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第1章 绪论1

1.1 特种合金钢概述1

1.2 特种合金钢选用与设计概述3

1.3 特种合金钢生产制备6

1.4 特种合金钢典型应用实例10

1.5 特种合金钢选用与设计的发展及其意义13

1.5.1 特种合金钢选用与设计系统13

1.5.2 特种合金钢选用与设计方法发展16

1.5.3 钢的选用与设计系统和产品全寿命周期17

1.5.4 钢的选用与设计系统和绿色制造17

1.5.5 特种合金钢选用与设计系统和可靠性19

1.5.6 特种合金钢选用与设计系统和延寿19

1.5.7 特种合金钢选用与设计系统和可持续发展20

1.6 本书内容与结构20

参考文献21

第2章 特种合金钢力学行为及特性23

2.1 特种合金钢力学性能及检测23

2.2 特种合金钢组织特征与强韧性能25

2.2.1 组织与性能概念25

2.2.2 钢的强化机制27

2.2.3 钢的韧化机制32

2.3 特种合金钢的疲劳性能34

2.3.1 疲劳性能概述34

2.3.2 特种合金钢产品应力集中35

2.3.3 钢的旋转弯曲疲劳性能37

2.3.4 钢的接触疲劳性能及影响因素40

2.3.5 特种合金钢产品疲劳的微观机制41

2.3.6 特种合金钢腐蚀疲劳损伤42

2.3.7 特种合金钢产品热机械疲劳43

2.3.8 特种合金钢产品磨损疲劳43

2.3.9 基于疲劳抗力材料选择原则44

2.4 特种合金钢的蠕变抗力与耐热性47

2.4.1 特种合金钢蠕变机理47

2.4.2 特种合金钢蠕变本质及评价48

2.4.3 特种合金钢抗蠕变过程52

2.4.4 钢在蠕变过程中微观组织演变54

2.4.5 特种合金钢使用温度及变形机制63

2.4.6 基于蠕变抗力材料选择原则64

参考文献65

第3章 特种合金钢的工艺适应性与产品环境适应性能67

3.1 工艺适应性与环境适应性的概念67

3.2 特种合金钢表面完整性67

3.3 特种合金钢耐腐蚀性能72

3.3.1 特种合金钢腐蚀类型72

3.3.2 钢的单一腐蚀失效模式73

3.3.3 钢的综合腐蚀失效模式75

3.3.4 特种合金钢成分对耐蚀性的影响76

3.3.5 特种合金钢防腐蚀选材方法77

3.4 特种合金钢耐磨损性能78

3.4.1 磨损的过程及类型78

3.4.2 基于材料耐磨性的选材方法81

参考文献83

第4章 特种合金钢表面处理与表面层84

4.1 特种合金钢表面处理类别84

4.2 表面化学热处理技术85

4.2.1 离子化学热处理85

4.2.2 特种合金钢渗碳工艺86

4.2.3 特种合金钢渗氮工艺91

4.2.4 碳氮共渗工艺93

4.2.5 碳氮复合化学热处理97

4.2.6 化学热处理组织与硬度98

4.3 其他表面技术104

4.3.1 离子注入技术104

4.3.2 气相沉积技术105

4.3.3 表面加热淬火技术105

4.3.4 激光熔覆耐磨涂层106

4.3.5 热喷涂技术108

4.3.6 真空熔结技术113

4.4 表层硬化结构113

4.5 表面处理技术的应用114

参考文献115

第5章 特种合金钢失效分析与表面特性117

5.1 失效分析概述117

5.1.1 失效与失效分析内涵117

5.1.2 失效分析作用与意义119

5.1.3 失效分析技术的发展120

5.2 失效分析思路121

5.3 失效模式与原因123

5.3.1 基本概念123

5.3.2 特种合金钢失效原因124

5.3.3 特种合金钢失效分析127

5.4 失效分析流程与方法130

5.4.1 失效分析的方法及过程130

5.4.2 常用失效测试装置132

5.5 特种合金钢产品残余应力分析133

5.5.1 残余应力分析133

5.5.2 表面处理后残余应力分布134

5.6 特种合金钢腐蚀疲劳失效分析136

5.7 产品表面质量分析137

参考文献138

第6章 特种合金钢选用与设计体系及原则139

6.1 选用与设计系统工程方法139

6.1.1 选用与设计系统逻辑结构139

6.1.2 系统工程内涵140

6.1.3 可靠性设计141

6.1.4 产品系统性144

6.2 特种合金钢选用依据144

6.2.1 特种合金钢环境适应性145

6.2.2 特种合金钢构件失效分析145

6.2.3 特种合金钢及构件表面特性145

6.3 特种合金钢选用原则146

6.3.1 使用性能原则146

6.3.2 构件制造工艺性能原则148

6.3.3 性能及成本制约原则151

6.4 特种合金钢设计原则152

6.4.1 环境制约原则152

6.4.2 工艺适应性原则153

6.4.3 经济性制约原则155

6.5 特种合金钢的设计程序156

6.6 特种合金钢产品开发基础157

6.6.1 材料及产品设计157

6.6.2 表面处理及性能158

6.6.3 产品使用与维修159

6.6.4 考核与寿命评价159

6.6.5 材料及产品检测160

6.6.6 材料及产品技术体系160

6.6.7 材料及产品标准体系160

6.6.8 材料及产品失效系统161

参考文献161

第7章 特种合金钢在机械传动系统中的应用163

7.1 传动系统设计特征与服役性能163

7.2 滚动轴承钢165

7.2.1 滚动轴承钢工况与性能要求165

7.2.2 滚动轴承钢成分与制备166

7.2.3 滚动轴承钢工艺与组织控制168

7.2.4 渗碳层与摩擦磨损169

7.2.5 轴承类零件失效形式184

7.2.6 轴承零件失效典型特征与分析185

7.2.7 滚动轴承钢品种与用途186

7.3 齿轮用钢188

7.3.1 齿轮钢工况与材料服役性能188

7.3.2 齿轮钢材料及其表面处理190

7.3.3 齿轮钢制备与模锻成形194

7.3.4 齿轮类零件失效形式201

7.3.5 齿轮典型失效特征与分析204

7.3.6 齿轮钢的应用209

7.4 传动轴用钢210

7.4.1 轴件服役条件与材料性能211

7.4.2 轴件失效起源与形式212

7.4.3 轴件用钢失效分析及应用215

7.4.4 轴件结构设计分析217

参考文献220

第8章 特种合金钢在高温动力机械中的应用222

8.1 服役环境对耐热钢的影响222

8.2 超超临界电站锅炉工况及材料性能要求223

8.3 高温动力机械用钢开发及应用225

8.4 USC电站及其燃煤电站耐热钢229

8.5 高温动力机械用钢组织性能231

8.5.1 X12铁素体耐热钢231

8.5.2 HR3C奥氏体耐热钢231

8.5.3 高Cr马氏体耐热钢233

8.5.4 抗磨耐热钢研发238

参考文献239

第9章 航空用超高强度特种合金钢242

9.1 超高强度航空用钢242

9.2 低合金超高强度钢247

9.3 二次沉淀硬化钢249

9.4 马氏体时效钢251

参考文献258

第10章 高性能耐磨特种合金钢260

10.1 概述260

10.2 耐磨合金钢263

10.2.1 合金元素在耐磨合金钢中的作用263

10.2.2 低合金耐磨钢性能与工艺264

10.2.3 中合金耐磨钢性能266

10.3 特种高速钢267

10.4 特种模具钢272

10.4.1 工具钢及其分类272

10.4.2 模具钢使用工况与性能275

10.4.3 冷作模具钢的选用278

10.4.4 热作模具用钢的选用281

10.5 耐磨钢的合金成分设计285

参考文献286

第11章 高纯净高强度特种合金钢289

11.1 无间隙原子（IF）高强钢289

11.2 相变诱发塑性（TRIP）钢291

11.3 汽车用双相高强（DP）钢294

11.4 高品质管线用钢298

11.4.1 管线钢使用性能及发展298

11.4.2 管线钢产品关键工艺技术302

11.4.3 低碳贝氏体管线钢设计与开发303

11.4.4 低碳贝氏体钢控轧控冷新技术306

11.5 高性能海洋船舶用钢307

11.5.1 海洋船舶用钢服役环境与性能要求307

11.5.2 海洋船舶用钢失效分析309

11.5.3 海洋船舶用钢选用原则310

11.5.4 海洋船舶用钢成分组织设计311

11.5.5 海洋船舶产品防腐蚀设计312

参考文献312

第12章 特种合金钢开发与应用新进展314

12.1 特种合金钢产品开发新进展314

12.1.1 特种合金钢产品设计思想与方法314

12.1.2 特种合金钢及产品检测技术315

12.2 特种合金钢新产品317

12.2.1 航空发动机主轴轴承317

12.2.2 新一代超高强度钢与起落架构件319

12.3 特种合金钢应用新进展——高铁轴承材料321

12.3.1 高铁轴承服役环境及关键技术321

12.3.2 高铁轴承钢组织及其性能328

参考文献339