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金属热处理缺陷分析及案例第2版
《金属热处理缺陷分析及案例(第2版)》采取理论分析与实际经验相结合的方法,对金属热处理缺陷进行了全面系统论述。《金属热处理缺陷分析及案例(第2版)》着重介绍了热处理裂纹、热处理变形超指标、残留内应力过大、组织不合格、力学性能不合格、脆性等常见热处理缺陷的特征、产生原因、危害性及预防挽救措施;专门介绍了真空热处理、保护热处理及非铁金属热处理可能出现的缺陷;从预防的角度介绍了热处理质量全面控制;最后列举了84个各种类型的热处理缺陷分析案例,可供读者有针对性的参考。
《金属热处理缺陷分析及案例(第2版)》可供热处理工程技术人员和管理人员阅读,对从事机械产品设计和冷热加工工艺编制的技术人员,以及相关专业在校师生也具有重要参考价值。
前言
热处理质量直接影响各种机械产品的性能和使用安全,对开发新产品和提高产品竞争力有着重要作用。因此,减少和避免热处理缺陷、提高热处理质量是机械行业关注的焦点之一,也是热处理工作者的重要使命。为了推动热处理技术进步和生产发展,促进机械产品质量提高,我们受全国热处理学会委托,于1997年编写出版了《金属热处理缺陷分析及案例》(第1版)。此书全面系统地阐述了热处理缺陷分析理论,列举了生产中发生的典型实例,填补了热处理专业书库的缺项,对热处理生产具有借鉴和参考价值。
热处理缺陷主要有热处理裂纹、变形超指标、残留应力过大、组织不合格、力学性能不合格、脆性,还有表面热处理和化学热处理硬化层深度不合格、真空热处理和保护热处理表面层元素变化、表面不光亮,以及非铁金属热处理特殊缺陷等。本书对各种热处理缺陷的形态和危害、产生原因、预防和补救措施等方面,进行了全面分析论述。从预防热处理缺陷角度介绍了热处理全面质量控制,根治热处理缺陷的重要措施是对热处理全过程,包括热处理前、热处理中、热处理后,进行认真质量控制,对热处理生产的环境、设备、工艺、原材料、人员等环节严格要求和控制,把热处理缺陷消灭在形成过程中。在全国广大热处理工作者支持下,我们收集并选登了各种热处理缺陷案例,从缺陷形貌特征、试验分析、验证试验及预防挽救措施等方面详实地介绍了常见热处理缺陷分析结果。
《金属热处理缺陷分析及案例》第1版自1997年出版以来,深受读者欢迎,已多次重印。近年来热处理技术迅速发展,热处理缺陷研究更为系统和深入。为了适应热处理行业发展形势和需求,我们对该书进行了增补和修订。在“第1章概论”中,增加了“热处理缺陷分析方法”一节;在“第5章组织不合格”中,增加了“感应加热淬火组织缺陷”一节;在“第8章其他热处理缺陷”一章中,对“真空热处理和保护热处理缺陷”进行了重写,增加了较多内容;在“第9章热处理缺陷预防与全面质量控制”中,重写了“质量管理”有关内容;第10章新增了40个案例,总共介绍了84个热处理缺陷分析案例,并按热处理缺陷性质对这84个案例进行了分类编排。此外,我们又对书中内容进行了更新,对不妥之处进行了修改。
本书第1、8、9章由王广生编写;第2章由石康才编写;第3、4、6、7章由周敬恩编写;第5章由王广生、石康才编写,第10章的案例由有关工厂、研究院所的专业人员提供,由王广生、曹敏达、王志刚进行整理。全书由王广生统稿。在热处理缺陷分析案例收集过程中,得到了有关作者和《金属热处理》杂志编辑部的大力支持;在编写过程中,航空热处理中心的同志给予了很多帮助,在此表示衷心感谢。
由于我们水平有限,书中难免有缺点和不妥之处,望广大读者批评指正。
作者
前言
第1章概论1
1.1热处理缺陷及分类1
1.2热处理缺陷分析方法4
第2章热处理裂纹8
2.1热处理裂纹的一般概念8
2.2加热不当形成的裂纹9
2.2.1升温速度过快引起的
裂纹9
2.2.2表面增碳或脱碳引起
的裂纹10
2.2.3过热或过烧引起的
裂纹10
2.2.4在含氢气氛中加热引
起的氢致裂纹11
2.3金属零件的淬火裂纹13
2.3.1马氏体的显微裂纹13
2.3.2淬火裂纹14
2.4影响淬火裂纹形成的因素21
2.4.1冶金因素的影响21
2.4.2零件尺寸和结构的
影响25
2.4.3工艺因素的影响27
2.5预防淬火裂纹的方法29
2.5.1正确进行产品设计29
2.5.2合理安排工艺路线35
2.5.3确定合理的加热参数36
2.5.4选定合适的淬火方法41
2.5.5淬火介质的选择47
2.5.6防止淬火裂纹的其他
措施51
2.6其他热处理裂纹51
2.6.1回火裂纹51
2.6.2冷处理裂纹52
2.6.3时效裂纹53
2.6.4磨削裂纹53
2.6.5电镀裂纹55
第3章热处理变形56
3.1工件热处理的尺寸变化56
3.2工件热处理的形状畸变59
3.3热处理变形的一般规律60
3.3.1淬火变形的趋势60
3.3.2影响热处理变形的
因素62
3.3.3化学热处理工件的
变形71
3.4热处理变形的校正75
3.4.1机械校正法75
3.4.2热处理校正法75
第4章残留内应力77
4.1热处理内应力77
4.1.1热应力77
4.1.2组织应力78
4.1.3热处理工件的残留应
力分布及影响因素78
4.1.4表面淬火工件的残留
应力80
4.1.5化学热处理工件的残
留应力82
4.2残留应力对力学性能的
影响83
4.2.1残留应力与硬度84
4.2.2残留应力与磨损84
4.2.3残留应力与疲劳86
4.2.4残留应力与腐蚀92
4.2.5残留应力与电镀92
4.3残留应力的调整和消除93
第5章组织不合格96
5.1热处理与组织、性能的关系96
5.2氧化与脱碳99
5.2.1氧化99
5.2.2脱碳100
5.2.3防止和减轻氧化脱碳
的措施101
5.3过热与过烧102
5.3.1过热102
5.3.2过烧105
5.4低、中碳钢预备热处理球化
体级别不合格106
5.5感应加热淬火组织缺陷107
5.6渗碳组织缺陷109
5.6.1表层碳化物过多、呈
大块状或网状分布109
5.6.2残留奥氏体量过多111
5.6.3马氏体粗大111
5.6.4内氧化112
5.6.5黑色组织114
5.7渗氮组织缺陷116
5.7.1渗前原始组织中铁素
体过多、回火索氏体组
织粗大116
5.7.2化合物层疏松117
5.7.3针状组织119
5.7.4网状和脉状氮化物119
5.8渗硼组织缺陷120
5.8.1渗硼层的非正常组织120
5.8.2渗硼层存在较多孔洞121
Ⅵ金属热处理缺陷分析及案例第6章力学性能不合格122
6.1热处理和硬度122
6.1.1软点123
6.1.2硬度不足123
6.1.3高频感应加热淬火和
渗碳工件的软点和
硬度不足124
6.2拉伸性能和疲劳强度不
合格124
6.2.1拉伸性能不合格125
6.2.2疲劳性能不合格126
6.3耐腐蚀性能不良129
6.3.1热处理对晶间腐蚀和
点腐蚀性能的影响130
6.3.2热处理对应力腐蚀开
裂的影响132
6.4持久蠕变性能不合格132
6.4.1高温合金热处理与持
久蠕变性能133
6.4.2高温蠕变脆性137
6.5非铁金属合金力学性能不
合格138
第7章脆性140
7.1回火脆性140
7.1.1第一类回火脆性140
7.1.2第二类回火脆性142
7.2低温脆性146
7.2.1低温脆性的评定146
7.2.2钢的成分和组织对低
温脆性断裂的影响147
7.3氢脆性151
7.3.1氢脆及其分类151
7.3.2钢的成分和组织对氢
脆的影响152
7.4σ脆性153
7.4.1σ相的性质及其对性
能的影响153
7.4.2钢的成分、热处理与σ
相的形成153
7.5电镀脆性154
7.5.1电镀脆性的影响因素154
7.5.2防止电镀脆性的措施155
7.6渗层脆性155
7.6.1渗氮层脆性155
7.6.2渗硼层脆性156
第8章其他热处理缺陷158
8.1化学热处理和表面热处理
特殊缺陷158
8.1.1渗碳硬化层深度不合格159
8.1.2渗氮硬化层深度不合格160
8.1.3渗硼、渗铝硬化层深
度不合格161
8.1.4感应加热淬火硬化层
深度不合格161
8.1.5火焰加热淬火硬化层
深度不合格162
8.2真空热处理和保护气氛热
处理缺陷162
8.2.1表面不光亮和氧化色163
8.2.2表面增碳或增氮164
8.2.3真空热处理表面合金
元素贫化与粘连167
8.2.4保护气氛热处理氢脆169
8.3非铁金属合金热处理缺陷171
8.3.1铝合金热处理缺陷171
8.3.2镁合金热处理缺陷172
8.3.3钛合金热处理缺陷173
8.3.4铜合金热处理缺陷174
8.3.5高温合金热处理缺陷174
第9章热处理缺陷预防与
全面质量控制177
9.1热处理全面质量控制的概念177
9.2基础条件控制178
9.2.1环境条件控制178
9.2.2设备与仪表控制181
9.2.3人员素质和管理水平192
9.3热处理前质量控制198
9.3.1热处理零件设计的质
量控制198
9.3.2原材料质量控制205
9.3.3热处理前各工序质量
控制209
9.4热处理中质量控制215
9.4.1待处理件的核查215
9.4.2预备热处理质量控制216
9.4.3淬火回火质量控制221
9.4.4表面热处理与化学热
处理的质量控制230
9.5热处理后质量控制240
9.5.1后处理质量控制240
9.5.2完善质量服务工作244
9.5.3重视环境保护和技术
安全工作244
目录Ⅶ第10章热处理缺陷分析
案例248
10.1热处理裂纹248
10.1.1汽车半轴淬火开裂与
疲劳断裂的分析及
防止措施248
10.1.245钢工件在易裂尺寸
范围开裂的分析及
防止措施251
10.1.3本体淬火裂纹的分析
及防止措施252
10.1.4三硝水空气双液淬
火裂纹的分析及
防止措施254
10.1.5绞肉机孔板淬火工艺
的改进256
10.1.6高碳钢及轴承钢零件
淬火裂纹的分析及
防止措施257
10.1.7机床活塞超音频感应
加热淬火裂纹的分析
及防止措施260
10.1.8汽车转向节中频感应
加热淬火裂纹的分析
及防止措施262
10.1.9大型工件热处理过程
中内裂的分析及防
止措施265
10.1.10高速钢焊接工具裂纹
的分析及防止
措施271
10.1.11石油钻杆接头表面开
裂原因分析274
10.1.12高碳低合金冷作模具
钢开裂原因分析277
10.1.1345A钢卡爪淬火开裂原
因分析280
10.1.14高碳马氏体钢球淬火
开裂原因分析284
10.1.1542CrMo钢高强度螺母
裂纹分析288
10.1.16销轴淬火裂纹的产生
及预防措施291
Ⅷ金属热处理缺陷分析及案例10.2热处理变形294
10.2.1曲线齿锥齿轮热处理
变形的分析及防止
措施294
10.2.2无压淬火减少曲线齿
锥齿轮平面翘曲变形297
10.2.3齿轮淬火变形的分析
及防止措施300
10.2.4锥齿轮花键孔变形的
分析及防止措施303
10.2.5汽车稳定杆淬火工艺
的改进304
10.2.6工字卡规热处理变形
的分析及防止措施305
10.2.7利用热应力预弯曲减
少上导轨淬火变形308
10.2.8碟形刀片的防止变形
热处理310
10.2.965Mn弹簧片热处理变
形的分析及防止措施312
10.2.10空心辊中频感应加热
表面淬火变形的分析
及防止措施313
10.2.11气体氮碳共渗零件变
形的分析及防止
措施317
10.2.12大型渗碳齿轮圈热处
理畸变及控制319
10.2.13高速柴油机曲轴渗氮畸
变规律与控制措施322
10.2.14活塞环的渗氮变形与
控制327
10.2.15半联轴器渗碳淬火畸变
的分析及改进措施330
10.2.16控制氮碳共渗零件变形
的措施332
10.2.1750CrV钢针热处理
工艺335
10.2.18传动轴凸缘内孔收缩
产生的原因及改进
方法337
10.2.19主减齿轮渗碳淬火畸
变的控制339
10.3残留内应力342
10.3.1T10A模具线切割开裂的
分析及防止措施342
10.3.2大型冷冲模具热处理缺
陷分析及改进措施343
10.3.3热处理工艺对零件表面
组织及磨削裂纹的
影响344
10.3.4大直径曲轴热处理后的
残留应力研究349
10.3.5CrWMn钢模具炸裂原因
分析352
10.4组织不良355
10.4.1木工锯条热处理残品的
挽救措施355
10.4.2气体渗碳件的补修
工艺357
10.4.3高频感应加热淬火构件
低应力疲劳脆断的
分析及防止措施360
10.4.420钢板冷冲压产生裂纹
的原因及解决方法362
10.4.520CrMnTi钢预备热处理
组织缺陷分析364
10.4.645钢渣浆泵主轴早期疲
劳断裂分析366
10.4.7桥间差速器壳输入花键
轴失效分析370
10.4.8钻机制动毂裂纹失效分
析和改进373
10.4.9Cr12MoV钢旋压成形轮
早期断裂失效原因
分析378
目录Ⅸ10.4.10Q235钢波形护栏室温
脆断原因分析382
10.4.11斜齿轮早期断裂的原
因分析386
10.4.1240Cr钢活塞开裂原因
分析389
10.4.13W18Cr4V钢拉刀断裂
分析392
10.4.14碳氮共渗离合器主轴
的疲劳断裂395
10.4.15通用汽油机曲轴断裂
分析399
10.4.1627SiMnMoV钢渗碳针阀
体断裂失效分析402
10.5力学性能不合格405
10.5.120MnV钢圆环链质量
分析405
10.5.215Cr钢活塞销淬火工艺
的改进408
10.5.3游标卡尺测尺热处理新
工艺409
10.5.4球墨铸铁底座退火工艺
的改进411
10.5.5冷作模具失效分析及改
进措施413
10.5.6叉车半轴中频感应加热
淬火质量分析与工艺
改进416
10.5.7曲轴气体渗氮后表面硬
度偏低的挽救措施418
10.5.865Mn钢爪型接地弹簧垫
圈热处理工艺改进420
10.5.916MnCr5钢软化退火
工艺421
10.5.10中碳铬钼钒钢调质热
处理力学性能不足的
原因分析及对策425
10.6脆性429
10.6.1高强度钢甲醇裂解气保
护热处理氢脆429
10.6.220CrMnTi钢齿轮碳氮共
渗中的氢脆433
10.6.3渗碳齿轮通氨淬火的氢
脆现象437
10.6.4Z10硅钢片的脆化与
防止440
10.6.525Cr2Mo1V钢高温紧固螺
栓脆化及恢复热处理442
10.6.665Mn钢垫片开裂失效
分析445
10.6.7阀体开裂原因分析448
10.6.8弹性薄壁紧固件产生脆
性断裂的原因分析及
防止措施452
10.6.9液压缸断裂分析456
10.6.10扭力轴断裂原因
分析459
10.7其他热处理缺陷463
10.7.1汽车渗碳零件失效
分析463
10.7.21Cr18Ni9Ti钢桔皮状
表面的探讨469
10.7.3EQ1060变速器总成二轴
断裂失效分析471
10.7.4踏板式摩托车后轮输出
轴断裂失效分析473
10.7.55B05防锈铝预绞丝断裂
失效分析47910.7.6Q5251型摩托车车轮
开裂原因分析482
10.7.7控制1J79合金磁性能
的新工艺485
10.7.8GH2132高温合金热处理
后硬度低的原因分析487
参考文献490
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