美国金属学会热处理手册 C卷 感应加热与热处理

　　本书全面系统地介绍了感应加热与热处理技术。主要内容包括：感应加热的基本原理，钢的感应热处理，感应热处理的建模与仿真，感应加热成形，感应熔炼，感应加热设备，过程控制、检测、设计和质量保障，感应加热的特殊应用。本书提供了大量翔实、权威、可靠的感应加热与热处理技术数据，理论深入浅出，图表简明实用。本书由世界上感应加热与热处理领域的著名专家撰写而成，反映了当代感应加热与热处理的技术水平，具有先进性、全面性和实用性。

　　沈庆通，教授级高工。长期从事汽车、拖拉机零件的感应淬火工艺与工装设计。曾任全国感应加热技术委员会委员，中国热协工艺装备委员会委员，洛阳高新升华感应加热有限公司总工程师。编写出版《感应热处理问答》、《现代感应热处理技术》等著作。

中文版前言
序
前言
使用计量单位说明
第1章感应加热的基本原理1
1.1感应加热的发展历程与应用1
1.1.1感应加热的发展历程1
1.1.2感应加热的应用2
1.1.3感应加热的优势3
致谢4
参考文献4
1.2基本原理4
1.2.1热传递4
1.2.2直流电路、交流电路及其
基本定律15
1.2.3电磁场理论的基本概念18
参考文献32
1.3材料的电磁性能和热性能33
1.3.1热性能33
1.3.2电磁性能37
参考文献44
选择参考文献44
1.4感应加热基本参数的估算45
1.4.1透热加热工件应用的功率估计45
1.4.2线圈效率46
1.4.3频率选择47
1.4.4结论50
参考文献52
第2章钢的感应热处理53
2.1钢的感应淬火冶金原理53
2.1.1概述53
2.1.2钢铁热处理基础53
2.1.3感应热处理应用60
2.1.4感应热处理用钢67
致谢67
参考文献68
选择参考文献68
2.2感应淬火与检测的基本原理69
2.2.1概述69
2.2.2冶金学综述69
2.2.3电磁感应和热学基础70
2.2.4感应淬火技术79
2.2.5感应器和热形控制84
2.2.6淬火冷却技术89
2.2.7频率、功率和加热时间的选择92
2.2.8硬化层深度评估95
2.2.9表面硬度测试101
2.2.10感应淬火工件的无损检测102
参考文献103
2.3感应加热钢的淬火冷却104
2.3.1淬火冷却工艺105
2.3.2淬火硬化和淬火残余应力105
2.3.3淬火方式111
2.3.4淬火冷却介质114
2.3.5淬火冷却介质的维护121
2.3.6淬火冷却系统的设计122
2.3.7常见问题及原因123
致谢124
参考文献124
选择参考文献124
2.4感应淬火钢中的残余应力125
2.4.1概述125
2.4.2感应淬火硬化的一般特点125
2.4.3残余应力126
2.4.4淬火冷却引起的残余应力131
2.4.5残余应力的分布135
2.4.6疲劳强度139
2.4.7感应淬火对疲劳强度和残余应力的
影响145
2.4.8复合感应热处理156
参考文献160
2.5感应淬火钢的回火162
2.5.1钢淬火后的回火163
2.5.2感应加热工艺要求168
2.5.3自回火171
2.5.4感应回火方法173
2.5.5感应回火工艺参数174
2.5.6回火温度和时间的选择176
2.5.7工艺参数的影响186
2.5.8感应回火实践192
2.5.9回火零件的性能193
2.5.10小结203
致谢205
参考文献205
2.6驱动轴的感应淬火206
2.6.1概述206
2.6.2驱动轴206
2.6.3感应淬火驱动轴的性能208
2.6.4感应淬火的后续加工223
参考文献224
2.7曲轴和凸轮轴的感应淬火224
2.7.1曲轴的感应淬火224
2.7.2凸轮轴的感应淬火235
参考文献240
选择参考文献241
2.8齿轮和类齿零件的感应淬火241
2.8.1概述241
2.8.2齿轮技术242
2.8.3材料的选择245
2.8.4齿轮淬火层热形及其适用性247
2.8.5单齿沿齿沟淬火与旋转扫描
淬火248
2.8.6穿透加热的表面淬火256
2.8.7计算机建模260
2.8.8检验和测试261
2.8.9典型的失效形式及预防270
致谢270
参考文献270
2.9工程机械零件的感应淬火272
2.9.1典型应用272
2.9.2感应淬火用材料274
2.9.3工艺因素276
2.9.4工艺验证279
2.9.5设备因素281
2.9.6前景展望282
致谢282
参考文献283
2.10航空航天领域的感应淬火283
2.10.1要求和特点283
2.10.2零件的应用和材料285
2.10.3工艺监测288
2.10.4经济方面288
参考文献288
2.11感应淬火零件的缺陷和异常特征289
2.11.1原始显微组织和晶粒尺寸289
2.11.2脱碳290
2.11.3残余应力291
2.11.4碳和残余合金含量291
2.11.5夹杂物291
2.11.6过热或过烧291
2.11.7淬火裂纹292
2.11.8螺旋纹效应293
2.11.9内部裂纹和晶粒异常长大293
2.11.10裂缝、重叠和其他磁粉显示的
缺陷295
2.11.11硬度和显微组织不合格296
2.11.12机械矫直裂纹302
2.11.13淬硬层深度不合格302
2.11.14铸铁件303
参考文献303
第3章感应热处理的建模与仿真304
3.1物理过程分析设计方法、工具和
软件304
3.1.1静态、瞬态、频域耦合问题和多物
理场304
3.1.2解析法——分离变量法306
3.1.3有限差分法309
3.1.4有限单元法和能量变分法312
3.1.5体积积分耦合电路法315
3.1.6典型的数值模拟程序结构316
参考文献324
3.2电磁问题求解325
3.2.1麦克斯韦方程组326
3.2.2电磁场数学模型327
参考文献329
3.3温度问题求解330
3.3.1概述330
3.3.2数学模型330
参考文献332
3.4耦合问题求解332
3.4.1弱耦合法333
3.4.2准耦合法334
3.4.3硬耦合法334
参考文献334
3.5钢感应淬火中应力应变的建模和
模拟335
3.5.1钢的化学成分和显微组织335
3.5.2奥氏体形成和分解模型336
3.5.3应力和变形的数值模拟341
3.5.4开裂问题347
3.5.5感应淬火的应力350
3.5.6整体感应淬火的应力状态353
参考文献358
选择参考文献359
第4章感应加热成形360
4.1温成形与热成形360
4.1.1普通碳素钢和低合金钢360
4.1.2微合金锻钢362
4.1.3不锈钢364
4.1.4铝合金366
4.1.5钛合金367
4.1.6高温合金368
4.1.7铜合金370
4.2碳素钢和合金钢的温热成形371
4.2.1微观组织对钢感应加热的
影响371
4.2.2不同合金钢感应加热注意事项373
4.2.3热锻温度374
4.2.4合金钢的成分范围374
参考文献375
4.3高温合金和不锈钢加热温度要求375
4.3.1不锈钢375
4.3.2镍基高温合金376
4.3.3不锈钢和高温合金的感应加热
工艺376
4.3.4感应加热过程的数值模拟380
参考文献382
4.4钛合金、铝合金、镁合金和铜合金的
加热温度要求384
4.4.1铝及铝合金384
4.4.2铜合金387
4.4.3镁合金388
4.4.4钛合金390
4.4.5钛合金、铝合金、镁合金和铜合金
的电阻率与电导率394
参考文献408
4.5坯料、杆材和棒料的感应加热技术410
4.5.1感应加热基本工艺参数的估算412
4.5.2坯料感应加热设计理念419
参考文献430
4.6局部感应加热431
4.6.1棒材、杆材和坯料的端部
加热431
4.6.2螺旋形端部感应加热线圈435
4.6.3椭圆形线圈438
4.6.4隧道形感应器439
4.6.5棒料和坯料端部加热的计算机
模拟440
4.6.6局部去应力441
4.6.7管子端部去应力441
4.6.8焊缝去应力442
4.6.9弯管的局部加热445
4.6.10其他应用和感应器设计446
参考文献447
4.7电磁设备的优化设计原理和多目标
优化447
4.7.1设计、优化和电磁学计算447
4.7.2设计问题的多目标公式化448
4.7.3帕累托优化方法概述449
4.7.4进化计算451
4.7.5基于场的优化问题452
4.7.6盘状石墨的感应加热——饼状感
应器的优化设计453
4.7.7计算结果454
4.7.8小结455
参考文献455
4.8金属温热成形前的感应加热优化
控制456
4.8.1感应加热过程的优化问题456
4.8.2金属感应加热优化过程的计算
方法463
4.8.3静态感应加热过程的优化控制466
4.8.4步进式和连续式感应加热过程的
优化控制489
4.8.5复杂金属热成形操作中技术流程的
复合优化497
参考文献503
第5章感应熔炼505
5.1感应熔炼的基本原理505
5.1.1感应熔炼过程的物理原理506
5.1.2坩埚式感应炉的基本原理506
5.1.3沟槽式感应炉的基本原理511
5.1.4冷坩埚式感应炉的基本原理515
5.1.5渣壳感应熔炼的基本原理517
参考文献518
5.2感应熔炼的计算模型和试验验证518
5.2.1基本热现象518
5.2.2流体动力学的基本现象526
5.2.3质量传递现象532
5.2.4湍流流动与热质交换536
5.2.5流体流动的数值计算543
5.2.6坩埚式感应炉内湍流流动的数值
模型550
参考文献557
5.3坩埚式感应炉的构成与设计559
5.3.1炉体559
5.3.2供电电源566


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