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第1篇 金属固态相变基本原理1

第1章 相图、相变、合金相1

1.1 铁碳合金中的组元及基本相1

1.1.1 纯铁1

1.1.2 铁与碳的化合物2

1.2 铁碳相图5

1.3 合金元素对铁碳相图及相变的影响7

1.3.1 合金元素对铁碳相图的影响7

1.3.2 多元相图的垂直截面图9

1.4 合金相14

1.4.1 固溶体15

1.4.2 金属化合物20

参考文献22

第2章 过冷奥氏体转变图及其应用23

2.1 过冷奥氏体等温转变图23

2.1.1 过冷奥氏体等温转变图的测定23

2.1.2 过冷奥氏体转变贯序24

2.1.3 过冷奥氏体等温转变图的类型26

2.1.4 退火用过冷奥氏体等温转变图32

2.1.5 影响过冷奥氏体等温转变图的因素33

2.2 奥氏体连续冷却转变图34

参考文献36

第3章 奥氏体及其形成38

3.1 奥氏体38

3.1.1 奥氏体的组织形貌38

3.1.2 奥氏体的晶体结构39

3.2 奥氏体形成机理40

3.2.1 奥氏体形成的驱动力40

3.2.2 奥氏体形核40

3.2.3 奥氏体晶核的长大42

3.2.4 渗碳体的溶解和奥氏体成分的相对均匀化44

3.2.5 亚共析钢的奥氏体化45

3.2.6 过共析钢奥氏体的形成45

3.3 奥氏体等温形成动力学46

3.3.1 共析钢奥氏体等温形成动力学47

3.3.2 连续加热时奥氏体形成的TTA曲线48

3.3.3 影响奥氏体形成速度的因素48

3.4 连续加热时奥氏体的形成特征50

参考文献52

第4章 珠光体与共析分解53

4.1 珠光体的组织形貌和表面浮53

4.1.1 珠光体的定义53

4.1.2 珠光体的组织形貌53

4.1.3 珠光体的片间距55

4.1.4 珠光体的表面浮凸55

4.2 珠光体转变机理58

4.2.1 共析分解热力学58

4.2.2 珠光体转变59

4.2.3 相间沉淀的本质65

4.2.4 魏氏组织的形成67

4.2.5 珠光体组织中的位向关系69

4.3 珠光体转变动力学69

4.3.1 形核率69

4.3.2 相变动力学方程71

4.3.3 动力学曲线和等温转变图71

4.4 影响过冷奥氏体共析分解的因素74

4.4.1 奥氏体状态74

4.4.2 奥氏体固溶碳量的影响75

4.4.3 合金元素的影响75

4.4.4 合金元素的整合作用79

4.4.5 影响珠光体转变的外部因素81

参考文献82

第5章 马氏体相变与马氏体83

5.1 马氏体相变的分类、特征及定义83

5.1.1 马氏体相变的分类83

5.1.2 马氏体相变的特征87

5.1.3 马氏体的定义89

5.2 工业用钢的马氏体组织形貌90

5.2.1 超低碳钢的淬火马氏体90

5.2.2 低碳钢的淬火马氏体91

5.2.3 中碳钢的淬火马氏体92

5.2.4 高碳钢的淬火马氏体93

5.2.5 铸铁的淬火马氏体95

5.3 铁基马氏体的物理本质96

5.3.1 钢中马氏体的物理本质96

5.3.2 体心立方马氏体97

5.3.3 体心正方马氏体98

5.3.4 Fe-M系合金马氏体103

5.4 马氏体相变晶体学模型及其误区105

5.4.1 关于马氏体相变的晶体学模型105

5.4.2 切变机制的误区106

5.5 马氏体相变的形核112

5.5.1 马氏体形核的试验观察112

5.5.2 关于马氏体相变的形核机制114

5.6 马氏体的长大115

5.6.1 钢中马氏体长大分析115

5.6.2 非切变长大116

5.6.3 原子集体协同位移长大117

5.6.4 马氏体组织的形成过程119

5.7 马氏体组织的形成规律121

5.7.1 含碳量对马氏体组织的影响121

5.7.2 应变能对马氏体组织演化的影响121

5.7.3 隐晶马氏体的形成123

参考文献126

第6章 贝氏体相变与贝氏体129

6.1 贝氏体的组织形貌及亚结构129

6.1.1 超低碳贝氏体的组织形貌129

6.1.2 上贝氏体的组织形貌130

6.1.3 下贝氏体的组织形貌132

6.1.4 贝氏体铁素体的亚结构134

6.1.5 贝氏体的表面浮凸137

6.2 贝氏体相变的过渡性138

6.2.1 贝氏体相变的特性138

6.2.2 上贝氏体转变和共析分解的联系与区别138

6.2.3 下贝氏体转变和马氏体相变的联系与区别140

6.2.4 贝氏体组织结构的过渡性141

6.3 贝氏体相变理论的研究进展及学术论争142

6.4 贝氏体相变动力学146

6.4.1 贝氏体的长大速率146

6.4.2 贝氏体相变动力学图的特征146

6.5 贝氏体相变机制153

6.5.1 贫碳区的形成153

6.5.2 超低碳贝氏体的形成154

6.5.3 贝氏体铁素体的形核长大154

6.5.4 贝氏体碳化物的形成156

6.5.5 上、下贝氏体组织的形成157

参考文献158

第7章 马氏体的回火转变160

7.1 Fe-C马氏体的脱溶160

7.1.1 未脱溶马氏体在低温回火时性能的变化160

7.1.2 碳原子的偏聚162

7.1.3 Fe-C马氏体脱溶时的过渡相163

7.1.4 平衡相θ-Fe3C166

7.2 回火时α相和残留奥氏体的变化167

7.2.1 摒弃马氏体两相式分解的学说167

7.2.2 o相物理状态的变化168

7.2.3 残留奥氏体的转变172

7.2.4 回火组织的概念173

7.3 合金钢马氏体的回火175

7.3.1 Fe-M-C马氏体脱溶时的平衡相175

7.3.2 Fe-M-C马氏体脱溶时的（温度、时间）贯序176

7.4 合金钢马氏体的回火二次硬化180

7.4.1 回火二次硬化现象180

7.4.2 二次硬化机理181

参考文献184

第8章 脱溶与时效185

8.1 有色合金中的脱溶186

8.1.1 Al-Cu合金的脱溶186

8.1.2 晶体缺陷对时效的影响191

8.1.3 合金时效后的性能193

8.2 含铜钢中铜的脱溶194

8.2.1 含铜钢的时效194

8.2.2 Fe-Cu合金的沉淀产物196

参考文献199

第2篇 热处理技术理论201

第9章 金属的加热与冷却201

9.1 加热速度的确定201

9.1.1 加热设备的类型及功率的影响201

9.1.2 工件尺寸的影响201

9.1.3 实际生产中对加热速度的控制203

9.2 加热温度的选择204

9.3 加热与冷却的物理过程205

9.3.1 工件加热的物理过程205

9.3.2 工件冷却的物理过程209

9.4 热处理工艺计算机辅助设计预备知识211

9.5 锻轧材热处理工艺的有限差分法计算机辅助设计213

9.5.1 合金钢棒材热处理工艺的有限差分法计算机辅助设计213

9.5.2 合金钢钢坯退火工艺的有限差分法计算机辅助设计223

参考文献233

第10章 金属的氧化腐蚀234

10.1 金属氧化腐蚀的形式234

10.2 钢件与炉气间的化学作用235

10.2.1 钢件与氧的相互作用236

10.2.2 钢件表面在炉气中的氧化还原反应237

10.2.3 钢件在炉气中的脱碳增碳反应242

10.2.4 金属与其他气氛间的相互作用245

10.3 钢的氧化与脱碳245

10.3.1 氧化层的组织结构245

10.3.2 脱碳层的组织结构250

参考文献251

第11章 奥氏体晶粒度控制及组织细化252

11.1 细化奥氏体晶粒252

11.1.1 奥氏体晶粒的长大现象252

11.1.2 奥氏体晶粒的长大机理255

11.1.3 硬相微粒对奥氏体晶界的钉扎作用256

11.1.4 影响奥氏体晶粒大小的因素258

11.2 控制析出相颗粒的尺寸和组织细化258

11.2.1 弥散析出相的聚集长大259

11.2.2 条片状组织的粗化259

11.2.3 片状珠光体的球化260

11.3 钢材的粗晶组织及消除措施261

11.3.1 混晶和组织遗传261

11.3.2 防止混晶和组织遗传的措施262

11.4 魏氏组织及消除措施262

参考文献263

第12章 去应力、均质化和软化原理264

12.1 去应力退火264

12.1.1 钢锭退火的目的264

12.1.2 钢锭退火工艺设计264

12.1.3 退火典型工艺举例266

12.2 消除液析碳化物和预防白点的退火267

12.2.1 消除液析碳化物的退火268

12.2.2 预防白点的退火原理269

12.2.3 预防白点的退火工艺设计272

12.3 钢中的带状组织276

12.3.1 带状组织的形貌276

12.3.2 带状组织的成因277

12.3.3 消除带状组织的均匀化退火277

12.4 软化退火278

12.4.1 特定条件下过冷奥氏体的分解278

12.4.2 片状珠光体的低温退火278

12.4.3 退火软化机理279

12.4.4 典型钢种锻轧材的软化退火282

参考文献283

第13章 热处理变形规律284

13.1 热处理变形的一般规律284

13.1.1 热歪扭和相变歪扭284

13.1.2 歪扭（翘曲）变形的基本规律285

13.1.3 钢件体积变化的一般规律287

13.2 激冷引起的变形288

13.2.1 激冷时圆柱和环产生的歪扭288

13.2.2 圆柱由一侧激冷而造成的歪扭291

13.3 热处理变形机制293

13.3.1 热处理变形的原因293

13.3.2 热处理变形的控制294

参考文献295

第14章 钢件的热处理开裂296

14.1 马氏体显微开裂296

14.1.1 马氏体显微裂纹的形态296

14.1.2 马氏体显微裂纹的形成机理298

14.1.3 影响淬火显微开裂的因素300

14.1.4 显微裂纹对钢力学性能的影响302

14.2 马氏体沿晶裂纹及形成机理304

14.2.1 马氏体沿晶裂纹和断口的观察304

14.2.2 杂质元素的分布306

14.2.3 淬火马氏体沿晶断裂机制306

14.3 钢件淬火开裂机理309

14.3.1 淬火开裂的主要原因309

14.3.2 钢件淬裂的应力条件310

14.3.3 裂纹形状与应力的关系311

14.3.4 正常加热温度下的钢件淬裂分析311

14.4 影响淬火裂纹的因素312

14.4.1 碳及合金元素含量的影响312

14.4.2 原始组织的影响314

14.4.3 零件尺寸和形状的影响316

14.4.4 加热不当的影响317

14.4.5 淬火冷却的影响318

参考文献319

第15章 化学热处理原理320

15.1 化学热处理的基本过程320

15.2 化学热处理的质量控制324

15.3 化学热处理渗层的组织特征326

参考文献330