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美国金属学会热处理手册：C卷·感应加热与热处理 
定 价：329 元
9 7 6 8 9 7 6 1 5 1 8 1 2 读者对象:感应加热与热处理领域的工程技术人员，产品设计人员和相关专业的在校师生及研究人员 
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。
中文版前言
知之者不如好之者，好之者不如乐之者。 ——中国古代思想家和教育家孔子 本书是2014年出版的《美国金属手册》的4C卷《感应加热与热处理》的中文版。在此，我们特别感谢中国热处理学会和机械工业出版社组织翻译出版发行本卷手册。感应加热是一种涉及电磁感应效应、传热学、材料和冶金因素、电路分析及其复杂交互作用的多学科物理现象，这些复杂因素相互之间紧密关联、多方位而且非线性。 本书是一本全面反映当代感应热加工工艺的综合巨著，由来自10多个国家的著名大学、国家级研究实验室和工业公司的专家们撰稿，介绍了电磁感应相关的感应热加工世界顶尖技术和先进原理。这些年，专业学会在世界范围内出版发行了许许多多关于感应加热与热处理的论文、会议论文集和多种多样的技术书籍，但是本书中的绝大部分内容以前从来没有发表过。 在本书编撰过程中，所有作者表现出极大的热情，很显然，本书涵盖的主题感应加热不仅仅是他们的工作领域，也是许多专家们的一份感情，他们乐于把积累的知识财富分享给全球同行。操作者、学生、设计者、工程师、研究者、科学家和教授们总是处于好奇去探索他们每天工作中所碰到的常见感应加热问题的有效解决方法，而本书正是目前最全面、最前沿的感应加热应用手册。 我们愿意借用荀子的一句名言作为前言的结束语：不闻不若闻之，闻之不若见之，见之不若知之，知之不若行之；学至于行之而止矣。 我们衷心希望读者通过阅读学习本书，能在掌握和运用实际专业技能的基础上更上一层，并借此机会把最美好的祝愿献给多年来不仅仅局限于专业学术技术交流并且结下深厚友谊的中国同行。 Valery Rudnev George E.Totten ◆ 前言：◆ 中文版前言 知之者不如好之者，好之者不如乐之者。 ——中国古代思想家和教育家孔子 本书是2014年出版的《美国金属手册》的4C卷《感应加热与热处理》的中文版。在此，我们特别感谢中国热处理学会和机械工业出版社组织翻译出版发行本卷手册。感应加热是一种涉及电磁感应效应、传热学、材料和冶金因素、电路分析及其复杂交互作用的多学科物理现象，这些复杂因素相互之间紧密关联、多方位而且非线性。 本书是一本全面反映当代感应热加工工艺的综合巨著，由来自10多个国家的著名大学、国家级研究实验室和工业公司的专家们撰稿，介绍了电磁感应相关的感应热加工世界顶尖技术和先进原理。这些年，专业学会在世界范围内出版发行了许许多多关于感应加热与热处理的论文、会议论文集和多种多样的技术书籍，但是本书中的绝大部分内容以前从来没有发表过。 在本书编撰过程中，所有作者表现出极大的热情，很显然，本书涵盖的主题感应加热不仅仅是他们的工作领域，也是许多专家们的一份感情，他们乐于把积累的知识财富分享给全球同行。操作者、学生、设计者、工程师、研究者、科学家和教授们总是处于好奇去探索他们每天工作中所碰到的常见感应加热问题的有效解决方法，而本书正是目前最全面、最前沿的感应加热应用手册。 我们愿意借用荀子的一句名言作为前言的结束语：不闻不若闻之，闻之不若见之，见之不若知之，知之不若行之；学至于行之而止矣。 我们衷心希望读者通过阅读学习本书，能在掌握和运用实际专业技能的基础上更上一层，并借此机会把最美好的祝愿献给多年来不仅仅局限于专业学术技术交流并且结下深厚友谊的中国同行。 Valery Rudnev George E.Totten 前言 这卷新编写的《感应加热与热处理手册》是《美国金属手册》的一个重要扩展，超出了以往手册中热处理部分只聚焦传统炉内热处理的范畴。电磁感应加热是一个非常重要的技术主题，而且正在向多种不同的热加工工艺领域加速拓展，如淬火、回火、去应力、钎焊、焊接、熔炼，以及铁基和非铁金属温锻和热加工之前的预热等。正因为如此，本书实现了感应加热领域同行们力图编撰一本全新并综合概括21世纪感应加热加工工艺进展的大型工具书的雄心壮志。 延续《美国金属手册》系列的传统，本书为读者提供了便于使用的相图、工艺程序、使用指南，以及与其他技术不同的感应工艺规范与先进理论知识完美结合的成功实践。从温习与感应加热相关的电学、电磁学、传热学和材料科学基础开始，涵盖了与这一技术相关的以下几个关键方面： 1）论述了感应淬火、回火、去应力、锻前加热和熔炼相关的非平衡相变本质和其他冶金学基础。 2） 研究了汽车、工程机械、航空航天工程、农业机械、电器、石油和燃气机械领域的关键零部件，如齿轮、曲轴、凸轮轴、曲柄轴和其他零件的感应淬火。 3）评述了ASTM 和SAE关于正确测量硬化层深度及热影响区的标准和应用指南，与不同硬度测定技术、破坏性测试或无损检测相关的典型规范及其争议等复杂问题。 4）叙述了如何精心选择关键工艺参数和感应器类型来控制加热模式，怎样使用磁力线聚集器和设计冷却系统，并对一些常见错误概念和假设进行了评述和解释。 5）阐述了热处理过程中瞬变应力和残余应力的形成机理。 6）给出了碳素钢、合金钢、超合金、钛合金、铝合金和铜合金以及其他材料在热锻或温锻之前的加热温度要求，钢坯、钢棒、管材、杆材和其他金属工件的加热技术新进展。 7）根据多种不同的技术条件、服役极限和成本因素（如产量最大化、温度均匀性、节能效果、占地面积最小和材料节省），获得最佳工艺过程控制算法，从而实现整个工艺程序和策略的优化。 8）对感应热处理零件进行失效分析，并对组织缺陷和性能反常现象进行深入分析。 9）研究长寿命感应线圈的设计和制造方法，以及失效预防措施。 10）电磁感应加热的特殊应用，如玻璃和氧化物熔炼、光学纤维拉拔、纳米粒子加热和热疗应用。 11）感应加热用晶体管和闸流管电源的设计原理和运行细则。 12）现代感应加热工艺过程计算机建模和模拟细则。 本书还给出了很多颇具挑战性和高难度系数工件感应加热的案例。无论你是操作者、学生，还是工程师和科学家们总是试图找到解决常见感应加热问题的简单方案，本书将会告诉读者如何运用所学知识，去透彻理解现实中多种不同的相关物理现象。 本书囊括了相当数量的实践数据，包括标准和定制设备评述，还特别描述了质量保证、过程监控、安全维护程序、节能环保措施，如何控制暴露在外的磁场，评述了国际标准和规范。尽管美国金属学会年年出版发行有关感应加热与热处理方面的论文、会议论文集和各种各样的技术书籍，但是本书的绝大部分内容在这之前从来没有发表过。 本书的编撰工作对我们而言是一项艰巨的工作。作为主编，我们非常感激所有作者给予的支持、奉献和投入。没有这些作者，这一浩大的巨作是不可能完成的。还要特别感谢Steve Lampman和美国金属学会工作人员。在许多场合下，作者向我们表达了他们对于美国金属学会主要工作人员深厚的编辑专业功底的敬佩。特别感谢我们的家人，感谢所有作者的家人，如果没有他们的理解、奉献和支持，这一巨作是不可能问世的。 Valery Rudnev George E.Totten ◆ 译者序：◆ 译者序 众所周知，电磁感应加热涉及电学、电磁学、传热学和材料科学工程等多个学科，因其独特的技术优势，在热加工领域应用越来越广泛。2014年前后，美国金属学会 （ASM International）陆续修订再版了 《美国金属手册》。在这套包含23个分册（34卷）的手册中，1991年出版的仅1卷的热处理部分被扩充为5卷，其中《感应加热与热处理》第一次作为单独一卷（4C卷）出版，这是《金属手册》编写史上的一个重要里程碑，可见其新颖性和重要性。 本书共8章，分别由国际电磁感应加热领域的几十位著名专家撰写而成，综合反映了当今电磁感应加热的基础理论和工业实践最新进展。涵盖了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。本书详细论述了与电磁感应加热相关的冶金学理论，介绍了关键零部件感应加热与热处理工艺，讨论了电磁加热的磁场、热场和应力场建模和模拟，给出了感应电源、感应器和导磁体设计思路和应用案例，还给出了负载匹配与效率优化方法等。本书代表和反映了当代感应热处理与加热领域的技术水平，为同行提供了大量翔实、权威、可靠的实用性数据。 我国感应加热技术起步于20世纪50年代的汽车制造工业，经历了学习模仿、自力更生、引进消化和自主创新几个阶段，现已在IBGT电源研发生产、控制技术、典型零件感应淬火生产线等方面取得了长足的进步，实现了从无到有的有形制造，自动化和智能化程度越来越高；但与国外先进水平尚有差距，有待于在今后加强产学研合作，开展电磁感应加热的相关理论研究，创建自己的感应加热数据库，加快计算机建模和模拟研究，提高工艺装备的可靠性和安全性，保证工艺过程的一致性和稳定性，实现产品质量的性能控制。相信本书的翻译出版将对我国感应加热事业的技术发展及其应用发挥重要的作用。 本书的翻译工作，首先要感谢感应热处理前辈沈庆通先生的引荐和指导，其次要感谢中国热处理学会和国内感应加热与热处理领域知名专家、教授和生产一线同行的积极参与，携手并进，共同完成了本书的翻译工作。在整个翻译过程中，大家勤于思考，不断更新，在尊重原文的基础上，力求做到 “正确、专业、易懂”。本书第1章由赵前哲、葛运旺、武超翻译，第2章由闫满刚翻译，第3章由顾剑锋翻译，第4章由曾国庆、李勇志翻译，第5章由孙宁、冯伟年、蒋黎民、翟鹏远、李轩、侯蔚翻译，第6章由陈勇、赵俊平、余金科、闫满刚、胡帅显翻译，第7章由葛运旺、武超、王传智、邵周俊翻译，第8章由巫建清翻译。全书由邵周俊统稿。方力先生对本书“感应设备的水冷系统”部分进行了认真审校，另外，还有许多专家同行对翻译工作给予了技术支持和帮助，在此深表谢意！ 由于本书篇幅巨大，且内容涉及感应加热诸多领域，加之译者水平有限，不妥之处在所难免，恳请各位读者斧正。另外，在翻译过程中，对原文中的部分错误进行了注解和更正。 本书的引进与出版得到了好富顿国际公司的大力支持，在此表示感谢！ 邵周俊 收起全部↑
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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