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第一章 导论1

1.1热处理在制造业中的作用1

1.1.1热处理技术的进步推动制造业的创新1

1.1.2热处理是提高产品寿命和性能的决定性因素2

1.1.3改进预先热处理工艺可大幅度降低零件的加工成本7

1.2热处理技术的特点8

1.2.1合理的热处理工艺应视工件特点而异8

1.2.2没有最好，只有更好11

1.2.3质量控制难度大14

1.2.4从“技艺型”向“高度知识密集型”技术方向发展15

1.3怎样搞好热处理15

1.3.1质量第一，严字当头15

1.3.2重视理论对热处理生产的指导作用，将基础研究成果转化为实用技术16

1.3.3重视生产实践21

1.3.4掌握生产流程中各个环节对热处理及材料质量影响的规律，以全局的视野分析和解决问题24

1.3.5用信息技术改造和提升热处理技术25

参考文献26

第二章 金属材料的加热和冷却27

2.1加热和冷却过程中的传热学计算27

2.1.1近似计算法27

2.1.2薄件加热的传热计算29

2.1.3导热偏微分方程31

2.1.4导热偏微分方程的分析解32

2.1.5求解非稳态温度场的有限元法36

2.1.6温度场与相变的耦合44

2.1.7温度场有限元分析应用实例50

2.2加热介质59

2.2.1可控气氛加热59

2.2.2真空加热66

2.3钢的冷却71

2.3.1钢件热处理的冷却过程71

2.3.2钢的淬透性81

2.3.3淬火冷却介质83

参考文献110

第三章 工具热处理概述113

3.1工具热处理的特点113

3.2工具钢的冶金质量及冶金厂的热处理115

3.3工具钢的改锻118

3.4工具钢的预先热处理120

3.4.1原始组织对加工工艺性能的影响121

3.4.2退火组织对过共析工具钢淬火后的组织与性能的影响121

3.4.3工具钢球化退火工艺126

3.5工具钢的最终热处理129

3.5.1淬火加热129

3.5.2淬火冷却132

3.5.3微畸变淬火136

3.5.4回火137

3.5.5稳定化处理139

3.6硬质合金与钢结硬质合金139

3.6.1硬质合金139

3.6.2钢结硬质合金及其热处理140

3.7工具的化学热处理与表面强化143

3.7.1化学热处理与表面涂层的作用143

3.7.2化学热处理与表面涂层在工具中的应用144

3.7.3超硬涂层在工具中的应用147

参考文献147

第四章 高速钢刀具热处理149

4.1退火149

4.2淬火151

4.2.1淬火加热用设备的主要优缺点151

4.2.2淬火加热温度153

4.2.3淬火显微组织检验及质量控制156

4.2.4淬火加热时间157

4.2.5淬火冷却160

4.3回火166

4.3.1回火温度与时间的互换性166

4.3.2常规回火工艺166

4.3.3回火质量的检测168

4.3.4大型复杂件的回火168

4.3.5快速回火168

4.4冷处理169

4.5高速钢的化学及表面处理170

4.5.1蒸汽处理171

4.5.2渗氮173

4.5.3渗碳178

4.5.4气相沉积181

4.5.5激光热处理184

参考文献187

第五章 滚动轴承用高碳铬轴承钢的热处理及质量控制189

5.1滚动轴承用钢的工作条件及基本性能要求189

5.2高碳铬轴承钢的冶炼技术概述191

5.2.1真空脱气及炉外精炼技术191

5.2.2真空冶炼192

5.2.3其他冶炼技术193

5.2.4发达国家的冶炼技术194

5.3高碳铬轴承钢的成分与原材料检验195

5.3.1化学成分195

5.3.2成分设计特点196

5.3.3原材料检验197

5.4轴承钢的组织转变201

5.4.1Fe-C-Cr平衡状态图201

5.4.2加热时的转变203

5.4.3奥氏体晶粒度及其控制204

5.4.4GCr15钢过冷奥氏体的转变206

5.4.5GCr15钢在回火过程中的组织转变和应力变化209

5.5高碳铬轴承钢滚动轴承零件热处理工艺概述209

5.5.1轴承零件加工、热处理工序及其作用209

5.5.2正火工艺211

5.5.3球化退火工艺211

5.5.4淬火工艺215

5.5.5冷处理219

5.5.6回火和附加回火工艺研究220

5.6影响轴承寿命的材料因素及其控制220

5.6.1影响轴承寿命的材料因素220

5.6.2影响轴承寿命的材料因素的控制229

5.7其他较常用的轴承材料232

5.7.1中碳轴承钢232

5.7.2渗碳轴承钢232

5.7.3不锈轴承钢233

5.7.4高温轴承钢233

5.7.5其他较常用的钢种或合金233

5.7.6保持器常用的金属材料234

参考文献234

第六章 热作模具材料及其热处理236

6.1热作模具材料的主要性能要求236

6.1.1热作模具钢的分类236

6.1.2热作模具材料的使用性能要求237

6.1.3热作模具材料的工艺性能要求237

6.2热作模具材料的成分特点238

6.3低耐热高韧性热作模具钢及其热处理239

6.3.15CrNiMo、5CrMnMo钢239

6.3.2其他低耐热高韧性热作模具钢245

6.4中耐热热作模具钢及其热处理246

6.4.14Cr5MoSiV、4Cr5MoSiV1钢247

6.4.2Cr-Mo系钢（3Cr-3Mo系）253

6.4.3其他中耐热热作模具钢255

6.5高耐热热作模具钢及其热处理256

6.5.13Cr2W8V钢256

6.5.2其他高耐热热作模具钢262

6.6特殊用途的热作模具钢263

6.6.1奥氏体耐热钢263

6.6.2析出沉淀硬化型热作模具钢263

6.6.3高速钢、基体钢264

6.6.4马氏体时效钢264

6.6.5高温合金、难熔合金264

参考文献264

第七章 冷作模具材料及其热处理266

7.1冷挤压模266

7.1.1黑色金属冷挤压凸模的选材267

7.1.2高速钢碳化物偏析的控制270

7.1.3冷挤压凸模的淬火与回火274

7.1.4冷挤压凸模的表面强化275

7.1.5冷挤压凹模的选材和热处理278

7.2冷镦模、冷锻模278

7.3冲裁模281

7.3.1高铬莱氏体钢的锻造282

7.3.2高铬莱氏体钢的退火282

7.3.3高铬莱氏体钢的淬火与回火282

7.3.4冲裁模热处理畸变的控制283

参考文献286

第八章 机器零件的热处理287

8.1零件的制造过程287

8.2结构钢机器零件的加工工艺过程288

8.3机器零件热处理工艺选择的一般原则290

8.4零件设计及机械加工与热处理工艺的关系291

8.4.1选材291

8.4.2拟定合理的热处理技术条件292

8.4.3合理的零件结构设计293

8.4.4机械加工与热处理的正确配合297

8.4.5热处理与切削加工性的关系297

8.5典型零件热处理工艺举例300

8.5.1连杆螺栓——要求整体具有良好综合力学性能的零件300

8.5.2活塞销——耐磨、抗弯曲疲劳的零件303

8.5.3曲轴——耐磨、抗弯曲疲劳、扭转疲劳和易发生热处理畸变的零件305

8.5.4连杆——承受拉压疲劳的零件314

8.5.5齿轮——量大面广、热处理形式多样化的零件316

8.5.6轴类零件——大长径比的高精度零件326

8.5.7机床零件——要求高精度、稳定性好的零件335

8.5.8在满足使用性能要求的前提下通过改变热处理方式来优化制造方法的几个例子347

8.5.9热处理定形处理的薄板、薄片件352

参考文献355

第九章 大锻件的热处理357

9.1概述357

9.1.1大锻件及其应用357

9.1.2大锻件热处理的特点357

9.2冶金因素对大锻件质量的影响358

9.2.1冶炼质量对大锻件质量的影响359

9.2.2铸锭工艺对大锻件质量的影响361

9.2.3锻造工艺对大锻件质量的影响364

9.3大锻件的第一热处理369

9.3.1第一热处理的目的369

9.3.2大锻件中的氢和白点370

9.3.3大锻件的晶粒细化问题376

9.3.4大锻件的第一热处理工艺378

9.4大锻件的最终热处理384

9.4.1概述384

9.4.2大锻件的淬火、正火387

9.4.3大锻件的回火400

9.4.4大锻件的最终热处理工艺实例404

参考文献407

第十章 气体渗碳408

10.1概述408

10.2气体渗碳与传统的碳势控制方法410

10.3气体渗碳的平衡问题412

10.4多组分体系中几个反应的相互影响415

10.5碳势控制方法的讨论415

10.6钢中碳的活度及合金元素的影响417

10.7气体渗碳过程中的物质传递问题418

10.7.1物质传递数学模型及其解析解418

10.7.2数值解法及其应用420

10.7.3传递系数的测定425

10.7.4简化的近似计算方法426

10.8渗碳工艺428

10.8.1渗碳温度的选择428

10.8.2渗碳时间430

10.8.3一段渗碳、两段渗碳及动态碳势控制431

10.8.4渗碳工艺的发展433

10.9渗碳后的热处理436

10.9.1直接淬火法436

10.9.2重新加热淬火436

10.9.3回火436

10.9.4高合金钢渗碳件的热处理437

10.10内氧化的热力学条件438

10.11碳化物形态的控制442

参考文献445

第十一章 渗氮447

11.1概述447

11.2渗氮层的组织及性能447

11.2.1典型的渗氮层显微组织447

11.2.2Fe-N状态图453

11.2.3纯铁和碳钢的渗层组织454

11.2.4合金钢渗氮的组织和扩散层中的沉淀硬化461

11.2.5疲劳强度464

11.2.6抗腐蚀性465

11.3渗氮热力学466

11.3.1氨分解反应466

11.3.2Fe-N系中氮的活度469

11.3.3氮势471

11.3.4渗氮气体与Fe-N系中各相平衡的条件473

11.3.5氮势与氨分解率及炉气成分的关系476

11.4合金钢渗氮的热力学问题478

11.5可控渗氮的动力学问题483

11.5.1氮势门槛值483

11.5.2氮势门槛值曲线的理论公式483

11.5.3测定门槛值曲线的简捷方法485

11.5.4渗氮过程物质传递数学模型的数值解法486

11.6渗氮工艺489

11.6.1常规渗氮工艺489

11.6.2可控渗氮工艺492

11.6.3微型计算机氮势动态控制494

11.6.4渗氮件的变形问题498

11.6.5钢的原始组织对渗氮后质量的影响504

11.7渗氮工艺的发展506

11.7.1表面纳米化渗氮507

11.7.2渗氮氧化复合处理507

11.7.3短时渗氮与脉冲渗氮507

11.7.4高速钢的短时渗氮510

11.7.5深层渗氮510

参考文献511

第十二章 氮碳共渗513

12.1铁素体氮碳共渗513

12.1.1气相反应514

12.1.2Fe-N-C状态图519

12.1.3铁素体氮碳共渗的渗层组织521

12.1.4高速钢气体铁素体氮碳共渗组织529

12.1.5气体铁素体氮碳共渗的渗层性能530

12.1.6铁素体氮碳共渗与短时渗氮的比较535

12.2奥氏体氮碳共渗537

12.2.1气相反应538

12.2.2渗层组织540

12.2.3奥氏体氮碳共渗工艺557

12.2.4奥氏体渗氮561

参考文献564

第十三章 表面工程技术566

13.1传统工艺566

13.1.1化学与表面热处理566

13.1.2化学与电化学沉积567

13.1.3化学、电化学转化575

13.1.4表面涂覆技术579

13.1.5表面形变强化580

13.2物理气相沉积582

13.2.1真空蒸镀582

13.2.2溅射镀594

13.2.3离子镀616

13.3化学气相沉积628

13.3.1化学气相沉积原理629

13.3.2常压化学气相沉积632

13.3.3低压化学气相沉积633

13.3.4等离子体化学气相沉积633

13.3.5金属有机化学气相沉积636

13.3.6激光化学气相沉积637

13.4高能束表面改性技术638

13.4.1激光束表面改性技术639

13.4.2电子束表面改性技术645

13.4.3离子注入648

13.5其他表面工程技术654

13.5.1外延技术654

13.5.2溶胶-凝胶法656

13.5.3表面工程复合处理技术657

参考文献659