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第一章 金属材料及热处理基础1

第一节 钢的热处理基础知识1

一、铁碳合金状态图1

（一）Fe-Fe3C及Fe-C合金状态图的结构2

（二）Fe-Fe3C及Fe-C合金状态图中重要的点和线2

二、金属材料的性能与材料的选择4

三、钢的热处理原理7

（一）钢在加热过程中的组织转变7

（二）钢的过冷奥氏体转变8

四、钢铁的常规热处理工艺9

（一）钢铁零件的退火9

（二）钢铁零件的正火处理13

（三）钢铁零件退火、正火常见缺陷14

（四）钢的淬火14

（五）钢在回火时的转变21

（六）钢的冷处理24

五、合金元素在钢中的作用25

（一）合金元素与铁和碳的作用及其在钢中的分布25

（二）合金元素对Fe-Fe3C状态图的影响27

（三）合金元素对钢的相变和热处理的影响28

（四）合金元素对过冷奥氏体转变的影响29

（五）合金元素对淬火钢回火转变的影响29

第二节 碳钢、易切削钢、铸钢的牌号、临界点、性能与热处理工艺30

一、碳钢的分类、性能及常用热处理方法30

二、碳素结构钢的牌号、临界点、性能与热处理工艺30

三、碳素工具钢的牌号、临界点、性能与热处理工艺33

四、易切削结构钢的牌号、类型与两种状态下的纵向力学性能33

五、工程用铸钢的牌号、性能与热处理工艺35

第三节 合金结构钢的牌号、性能、临界点与热处理工艺40

一、合金钢的分类40

二、合金结构钢的牌号、临界点与热处理工艺41

三、低合金结构钢的牌号与性能45

四、弹簧钢的牌号、临界点、性能与热处理工艺45

五、轴承钢的牌号、临界点、性能与热处理工艺47

六、非调质机械结构钢的牌号与性能48

第四节 合金工具钢的牌号、临界点、性能与热处理工艺48

一、高速工具钢的牌号、临界点、性能与热处理工艺48

二、冷作模具钢的牌号、临界点、性能与热处理工艺48

三、热作模具钢的牌号、临界点、性能与热处理工艺48

四、塑料模具钢的牌号、临界点、性能与热处理工艺48

五、量具刃具用钢的牌号、临界点、性能与热处理工艺48

六、耐冲击工具用钢的牌号、临界点、性能与热处理工艺48

七、无磁模具钢的牌号、临界点、性能与热处理工艺54

八、部分美国工具钢的淬火回火参考工艺规范54

九、部分美国高速钢的淬火回火参考工艺规范55

第五节 特殊性能钢的牌号、性能与热处理工艺56

一、不锈钢的性能与热处理工艺56

二、耐热钢的性能与热处理工艺61

三、耐磨钢的水韧处理63

四、高温合金的牌号与热处理工艺64

（一）高温合金牌号命名法64

（二）铁基变形高温合金的热处理工艺65

（三）镍基变形高温合金的热处理工艺68

（四）铸造高温合金的热处理工艺71

第六节 铸铁的牌号、性能与热处理工艺73

一、灰铸铁73

（一）灰铸铁的牌号与性能73

（二）灰铸铁的热处理工艺75

二、球墨铸铁76

（一）球墨铸铁的牌号与性能76

（二）球墨铸铁的热处理工艺77

三、可锻铸铁79

（一）可锻铸铁的牌号与性能79

（二）可锻铸铁的热处理工艺80

四、蠕墨铸铁80

五、耐磨铸铁81

六、抗磨铸铁81

七、耐热铸铁82

八、高硅耐蚀铸铁83

第七节 有色金属的牌号、性能与热处理工艺83

一、铝及铝合金83

（一）铝的性能83

（二）工业纯铝的牌号及化学成分84

（三）变形铝合金85

（四）铸造铝合金97

（五）铝合金热处理常见缺陷及预防对策101

二、铜及铜合金102

（一）纯铜102

（二）铜合金103

三、镁及镁合金113

四、钛及钛合金118

（一）钛及钛合金的牌号及化学成分118

（二）钛及钛合金的热处理119

第八节 铁基粉末冶金材料的牌号、性能与热处理工艺125

一、铁基粉末冶金材料的牌号和特点125

二、铁基粉末冶金件的制造工艺流程126

三、铁基粉末冶金材料的标记方法126

第二章 真空热处理127

第一节 真空获得技术、真空测量和真空检漏127

一、真空基本知识127

二、真空获得技术128

（一）真空热处理炉常用的真空泵128

（二）真空系统129

（三）真空系统的主要附件131

三、真空测量132

四、真空检漏133

第二节 真空热处理工艺136

一、真空热处理工艺原理136

二、真空热处理加热工艺参数的确定138

三、真空热处理的冷却方法140

（一）真空油淬140

（二）真空气淬143

（三）其他冷却方法148

四、真空气淬热处理技术的发展动向148

五、真空热处理工艺151

（一）真空退火151

（二）真空淬火、真空回火154

六、真空渗碳168

（一）常规的真空渗碳168

（二）低压真空渗碳173

（三）AvaC乙炔低压渗碳175

第三节 真空热处理炉178

一、真空热处理炉的分类及功率确定178

二、真空热处理炉的主要结构179

（一）炉壳179

（二）加热器179

（三）隔热屏186

（四）真空隔热闸门188

三、常用真空热处理炉简介189

（一）外热式真空热处理炉189

（二）内热式真空热处理炉189

（三）抽空炉198

（四）真空回火炉198

（五）真空退火炉199

四、真空热处理炉的辅助设施199

（一）真空热处理炉循环水冷却系统199

（二）氮气供给系统203

五、真空热处理炉的选用、保养及其他204

（一）真空热处理炉的选用原则204

（二）真空热处理炉的基本技术指标204

（三）真空炉的性能试验方法204

（四）真空炉的验收工作205

（五）真空炉的保养技术206

第三章 表面改性热处理208

第一节 表面加热淬火208

一、火焰淬火208

二、接触电阻加热淬火215

三、脉冲淬火216

第二节 钢的渗碳218

一、概述218

二、固体渗碳218

三、气体渗碳221

四、渗碳后的热处理229

五、渗碳件的质量检验230

六、渗碳件的常见缺陷、产生原因及防止措施233

第三节 钢的渗氮235

一、基本概念235

二、常用渗氮钢及其预备热处理237

三、气体渗氮238

（一）工件渗氮前的准备工作238

（二）气体渗氮工艺239

（三）典型工件应用实例241

四、离子渗氮242

（一）工件渗氮前的准备工作242

（二）离子渗氮工艺242

（三）典型工件应用实例244

（四）离子渗氮件的质量检查245

五、渗氮件的质量检验245

六、渗氮件的常见缺陷、产生原因及防止措施246

第四节 碳氮共渗与氮碳共渗248

一、气体碳氮共渗248

（一）气体碳氮共渗前的准备工作248

（二）气体碳氮共渗工艺248

（三）典型工件应用实例250

（四）碳氮共渗用钢及共渗后的热处理250

（五）碳氮共渗件的质量检验251

（六）碳氮共渗件的常见缺陷、产生原因及防止措施252

二、气体氮碳共渗252

（一）气体氮碳共渗前的准备工作252

（二）气体氮碳共渗工艺254

（三）气体氮碳共渗件的质量检验254

（四）应用实例255

（五）气体氮碳共渗件的常见缺陷、产生原因及防止措施256

三、液体氮碳共渗257

（一）液体氮碳共渗前的准备工作257

（二）液体氮碳共渗工艺257

（三）液体氮碳共渗件的质量检验259

（四）氮碳共渗用钢及共渗后的性能259

（五）液体氮碳共渗件的常见缺陷、产生原因及防止措施260

第五节 激光热处理260

一、激光发生器261

二、激光加热金属的特点264

三、激光淬火265

（一）激光淬火的适用钢材和铸铁265

（二）激光淬火前的准备工作265

（三）激光淬火工艺266

（四）应用实例267

（五）激光淬火件的质量检验267

第六节 气相沉积表面改性268

一、概述268

二、物理气相沉积技术269

（一）真空蒸发镀270

（二）溅射镀271

（三）离子镀274

三、化学气相沉积276

（一）CVD中的化学反应277

（二）CVD常用的硬质涂层方法279

（三）其他方法281

四、气相沉积技术的应用和发展282

（一）气相沉积硬质涂层283

（二）CVD涂层工具钢的热处理284

第四章 感应热处理286

第一节 感应加热原理286

一、电磁感应286

二、表面效应（集肤效应）286

三、邻近效应287

四、圆环效应287

五、导磁体槽口效应287

六、尖角效应288

第二节 感应热处理工艺288

一、硬化层深度288

二、电流频率288

三、功率290

四、加热方法和冷却方式294

五、感应淬火温度294

六、冷却方法和冷却介质296

七、感应淬火件的回火297

八、工件感应淬火硬化区域的合理分布299

第三节 感应器的选用和设计制作300

一、工频感应器设计301

二、中高频感应器设计302

三、常用中高频感应器举例304

第四节 感应热处理设备308

一、高频感应加热电源装置308

二、中频感应加热电源装置310

三、超音频感应加热电源装置311

四、工频感应加热电源装置312

五、感应淬火机床312

（一）淬火机床的选择312

（二）常用感应淬火机床规格313

第五节 感应热处理件的质量检验、常见缺陷及预防措施315

一、感应热处理件的质量检查内容315

二、感应热处理件的常见缺陷及预防措施315

第五章 控制（可控）气氛热处理317

第一节 控制气氛基础知识317

一、几个物理量及相关定律317

二、气氛的主要组成320

三、炉内气氛的气体反应321

四、气氛的碳势322

第二节 常用热处理气氛及其获得325

一、常用热处理气氛325

二、制备气氛的主要原料326

三、常用气氛的制备329

四、气氛的分析测量和仪器设备333

第三节 控制气氛热处理炉335

一、控制气氛热处理炉的特性和基本要求335

二、常用控制气氛热处理炉336

第四节 控制气氛热处理操作的安全341

一、预防火灾和爆炸342

二、预防窒息和中毒342

三、车间安全生产指南344

第六章 淬火冷却和冷却介质345

第一节 钢的过冷奥氏体冷却转变345

一、过冷奥氏体等温冷却转变345

二、过冷奥氏体连续冷却转变347

三、钢的过冷奥氏体冷却曲线349

第二节 淬硬性和淬透性364

一、淬硬性364

二、淬透性364

三、影响淬透性的因素379

第三节 淬火冷却烈度和淬透层深度381

一、淬火冷却烈度381

二、淬透层深度382

三、临界冷却直径及端淬曲线的估算382

第四节 淬火冷却介质的选择与检测385

一、淬火冷却介质的分类与选择原则385

二、淬火冷却介质的性能和质量评判386

三、淬火冷却介质的检测方法387

第五节 油冷却介质388

一、一般淬火油389

二、专用淬火油390

三、真空淬火油393

四、淬火油的氧化／老化394

第六节 水及水溶性淬火介质395

一、水及无机物水溶性淬火介质395

二、有机聚合物水溶液淬火介质397

第七章 典型零件热处理400

第一节 机床零件热处理400

一、机床导轨热处理400

二、机床主轴热处理402

三、机床丝杆热处理405

第二节 汽车、拖拉机及动力机械零件热处理407

一、汽车、拖拉机零件热处理407

二、动力机械零件热处理411

第三节 大件热处理420

一、大型锻件热处理420

（一）大型锻件的冶金特点420

（二）大型锻件的锻后热处理421

（三）大型锻件的最终热处理427

二、轧辊热处理436

（一）热轧锻钢工作辊热处理437

（二）冷轧锻钢工作辊热处理438

（三）冷硬铸铁轧辊热处理439

三、大型重载齿轮渗碳淬火441

（一）重载齿轮的服役条件与失效形式441

（二）重载齿轮的热处理质量控制441

（三）大型重载齿轮渗碳淬火工艺441

四、汽轮机零件的热处理442

（一）汽轮机零件的常用热处理工艺442

（二）部分汽轮机零件的热处理443

第四节 量、刃具热处理446

一、量具热处理446

（一）游标卡尺尺身热处理446

（二）游标卡尺尺框热处理447

（三）标准硬度块热处理447

二、刃具热处理448

（一）直柄麻花钻热处理448

（二）锥柄麻花钻热处理450

（三）小钻头热处理451

（四）机用丝锥热处理452

（五）齿轮滚刀热处理453

（六）高速切削滚刀热处理454

（七）剃齿刀热处理456

（八）拉刀热处理457

第五节 模具热处理459

一、模具的工作条件、性能要求及材料459

二、常用模具钢的预备热处理463

三、常用模具钢的热处理工艺465

四、典型模具的热处理实例470

（一）塑料模具470

（二）冷作模具471

（三）热作模具473

第六节 紧固件、滚动轴承零件热处理476

一、紧固件热处理476

二、滚动轴承零件热处理479

（一）滚动轴承的结构、服役条件和失效形式479

（二）轴承材料的基本要求479

（三）滚动轴承零件热处理的特点479

（四）相关标准480

（五）滚动轴承钢的常规热处理480

（六）轴承零件的表面热处理485

第七节 铍青铜弹性件热处理485

一、固溶处理485

二、时效（脱溶）处理486

第八章 热处理件的质量检测及评定分析487

第一节 常用力学性能试验487

一、力学性能试验的取样及制作487

二、金属拉伸试验487

三、金属弯曲试验492

四、金属冲击试验495

五、其他力学性能试验496

第二节 硬度试验504

一、金属布氏硬度试验504

二、金属洛氏及表面洛氏硬度试验505

三、金属维氏硬度试验507

四、金属肖氏硬度试验509

五、金属里氏硬度试验510

六、其他硬度试验（努氏、韦氏）511

七、各种硬度值之间的换算及硬度与强度的换算512

八、钢铁热处理件的硬度检验通则512

第三节 无损探伤513

一、磁粉探伤513

二、超声波探伤515

三、渗透探伤516

第四节 金相分析与评定517

一、取样与制作517

二、非金属夹杂物含量测定520

三、金属材料晶粒度评定522

四、带状组织（偏析）评定523

五、魏氏组织评定524

六、球粒状珠光体（球化体）评定525

七、马氏体组织评定527

八、残留奥氏体含量评定531

九、碳化物级别评定532

十、化学热处理件铁素体评定534

十一、化学热处理渗层深度金相测定535

十二、渗金属层检验536

十三、过热、过烧组织评定（工具钢、铝合金）536

十四、有效硬化层及硬化层深度的测定537

第五节 金属材料化学分析方法538

一、取样方法与规定539

二、常用化学分析方法539

三、微区成分分析方法541

四、化学分析的允许偏差541

第六节 钢的火花鉴别545

一、火花鉴别的原理546

二、火花鉴别的设备和方法546

三、火花的形状和鉴别546

四、碳及合金元素对火花特征的影响548

五、常用钢火花图谱550

第七节 热处理件相关失效分析方法551

一、失效和失效类型551

二、失效分析基本思路552

三、失效分析基本程序553

四、热处理件常见缺陷及对失效行为的一般影响554

五、裂纹的基本分析555

六、宏观断口的基本识别557

七、微观断口的基本识别560

八、热处理件的畸变及基本测量561

第九章 热处理通用设备563

第一节 加热设备563

一、电阻炉设备编号563

二、电阻炉的主要类型563

（一）箱式电阻炉563

（二）井式电阻炉565

（三）台车式电阻炉568

（四）井式渗碳炉569

（五）盐浴炉571

（六）流态粒子炉577

三、燃料炉579

第二节 冷却设备589

一、淬火槽589

（一）淬火冷却水槽589

（二）淬火冷却油槽590

（三）淬火冷却浴槽591

（四）淬火槽的主要附加装置592

二、喷雾冷却和喷液冷却装置593

三、循环冷却系统593

（一）循环冷却系统的类型593

（二）循环冷却系统的组成594

四、冷处理设备599

第三节 辅助设施601

一、工装夹具601

（一）工装夹具的设计原则601

（二）常用的工装夹具601

二、起重运输机械605

三、喷砂机605

第四节 热工仪表605

一、传感器（温度测量元件）与温度计606

二、温度显示与调节仪表615

三、温度控制系统的应用622

四、热处理炉内的气氛控制系统624

五、流量计626

六、压力测量仪表627

第五节 筑炉材料628

一、耐火材料628

二、保温材料636

三、耐热构件用金属材料638

四、电热材料与电热元件639

第十章 热处理安全、卫生、环保要求及节能650

第一节 热处理生产的安全、卫生要求650

一、热处理生产常见的危险因素650

二、热处理生产常见的有害因素650

三、热处理生产厂房的建设要求651

四、热处理作业环境的主要要求651

第二节 热处理设备的安全、卫生要求653

一、电阻炉的安全、卫生要求653

二、燃油、燃气炉的安全、卫生要求653

三、感应加热装置的安全、卫生要求653

四、真空热处理设备的安全、卫生要求653

五、气氛炉的安全、卫生要求653

六、淬火、回火油槽的安全、卫生要求654

第三节 热处理工艺作业的安全、卫生要求654

一、整体热处理654

二、表面热处理654

三、化学热处理655

四、真空热处理655

第四节 热处理安全、卫生防护技术措施及管理措施655

一、“四防”656

二、消防656

三、爆炸的产生及防护659

四、热处理生产安全监督659

五、热处理生产的安全、卫生管理措施660

第五节 热处理的环境保护技术要求及环保治理660

一、热处理环境污染的分类和来源660

二、废气治理与排放661

三、废水治理与排放662

四、固体废物及其无害化处理663

五、噪声及其防治665

第六节 节能、清洁生产及热处理的能耗665

一、节能665

二、清洁生产与循环经济665

三、绿色热处理666

四、热处理的节能途径667

五、热处理的工艺电耗定额与综合工艺电耗定额的计算667

六、热处理的工艺燃料消耗定额与综合工艺燃料消耗定额的计算669

七、热处理加工万元产值能耗的统计计算669

八、热处理炉用电可比单耗分等670

新技术展望673

展望一 用于超高强度钢的淬火-碳分配-回火（沉淀）（Q-P-T）工艺&徐祖耀673

一、Q-P工艺和Q-P-T工艺673

二、Q-P-T钢的显微组织、性能、成分和热处理设计673

三、Q-P-T工艺的典型应用674

展望二 计算机模拟在热处理中的应用&潘健生 顾剑锋675

一、导言675

二、回顾675

三、热处理计算机模拟的应用实例676

四、计算机模拟在热处理上应用的前景695

附录698

附录一 常用材料力学性能的名称及符号（新旧标准对照）698

附录二 热处理专业名词解释699

一、总类699

二、退火、正火类701

三、淬火类702

四、回火类704

五、固溶热处理类705

六、渗碳类705

七、渗氮类706

八、渗其他非金属类及渗金属类707

九、共渗类707

十、表面处理及复合热处理类708

十一、沉积类708

十二、组织类709

十三、热处理缺陷类711

十四、热处理设备类712

附录三 标准代号及常用计量单位713

一、标准代号713

二、部分国家标准代号714

三、热处理常用计量单位714

四、十进倍数和分数单位的词头714

附录四 常用结构钢、工模具钢、不锈耐热钢和铸铁的化学成分及中外牌号对照715

一、常用结构钢的化学成分和中外钢号对照715

二、常用工模具钢的化学成分和中外钢号对照719

三、常用不锈钢、耐热钢的化学成分和中外钢号对照721

四、常用铸铁的化学成分和中外牌号对照722

附录五 不锈钢、耐热钢新旧牌号对照724

附录六 铸造形变铝、铜、钛、镁合金中外牌号对照726

一、铸造铝合金的中外牌号对照726

二、变形铝及铝合金的中外牌号对照727

三、铜合金的中外牌号对照728

四、镁合金的中外牌号对照729

五、钛合金的中外牌号对照729

附录七 洛氏、表面洛氏、肖氏与布氏、维氏硬度换算对照730

一、洛氏硬度HRC与其他硬度的换算对照730

二、黑色金属各种硬度之间的换算731

三、肖氏硬度与洛氏、布氏、维氏硬度的换算733

附录八 调质、轴类、套类及不同钢材套类零件热处理时需预留的加工余量734

一、调质件的加工余量734

二、轴类零件热处理时外圆预留的磨削余量735

三、套类零件热处理时预留的磨削余量735

四、不同钢材套类零件的预留余量736

附录九 常用钢材水、油、分级、等温淬火及按表面至半马氏体组织深度所确定的临界淬火直径737

一、常用钢材淬火后表面硬度HRC与截面厚度或直径的关系737

二、常用钢材在不同介质中淬火及分级淬火时的临界尺寸738

三、常用钢材等温淬火的最高硬度和最大有效厚度738

四、按表面至半马氏体组织的深度作为淬透性的判断标准的淬火临界直径738

附录十 钢的热处理工艺经验公式740

一、热处理相变点的计算740

二、钢的临界冷却速度的计算741

三、钢预冷淬火时空气预冷时间ty（s）和Ms点以上分级冷却时间tf（s）的计算741

四、钢的淬火硬度计算741

五、钢回火后的硬度计算742

参考文献743