金相分析原理及技术PDF电子书下载

第一篇 金属学及热处理原理基础 2

第1章 金属和合金的结构 2

1.1 晶体中原子间的键合 2

1.1.1 金属键 2

1.1.2 共价键 2

1.1.3 离子键 3

1.1.4 范德瓦耳斯键 3

1.1.5 混合键 4

1.2 晶体结构基础 4

1.2.1 晶系和布拉菲点阵 4

1.2.2 晶面指数和晶向指数 5

1.2.3 晶带和晶带定律 7

1.2.4 晶面间距 7

1.3 金属的晶体结构 8

1.3.1 典型的金属晶体结构 8

1.3.2 3种晶体结构的特征 9

1.4 合金相的晶体结构 11

1.4.1 合金的组元、相及组织 11

1.4.2 固溶体 12

1.4.3 中间相结构 14

1.4.4 超结构（有序固溶体） 17

1.5 晶体缺陷 17

1.5.1 点缺陷 17

1.5.2 线缺陷 18

1.5.3 面缺陷 20

参考文献 21

第2章 合金相图 23

2.1 单元系相图和金属结晶 23

2.1.1 单元系相图和同素异构转变 23

2.1.2 纯金属结晶 24

2.2 二元系合金相图和合金的结晶 27

2.2.1 匀晶相图和合金的结晶 28

2.2.2 共晶相图和合金的结晶 31

2.2.3 包晶相图和合金的结晶 33

2.2.4 共析相图 35

2.2.5 二元系合金相图的应用 35

2.3 Fe-Fe3C和Fe-C相图和应用 37

2.3.1 铁碳合金的基本相 37

2.3.2 铁碳合金的平衡结晶过程和组织 38

2.4 三元系合金相图简介 42

2.4.1 三元系合金相图基本构成 42

2.4.2 Fe-N-C三元系相图实例 43

参考文献 44

第3章 钢在加热及冷却过程中的组织转变 45

3.1 钢在加热过程中的组织转变 45

3.1.1 钢中奥氏体的形成 45

3.1.2 奥氏体的形成方式及影响因素 47

3.1.3 奥氏体晶粒长大及影响因素 49

3.2 钢在冷却过程中的组织转变 50

3.2.1 过冷奥氏体的等温转变 50

3.2.2 过冷奥氏体的连续冷却转变 52

3.2.3 过冷奥氏体的珠光体转变 53

3.2.4 过冷奥氏体的马氏体转变 58

3.2.5 过冷奥氏体的贝氏体转变 67

3.3 淬火钢回火时的组织转变 74

3.3.1 淬火钢回火时的组织转变 75

3.3.2 马氏体回火后的组织 76

3.3.3 淬火钢回火后力学性能变化 77

3.3.4 钢中贝氏体的回火转变 78

3.3.5 淬火钢的回火脆性 78

3.4 其他固态相变简介 79

3.4.1 调幅分解转变 79

3.4.2 合金的时效强化转变 81

参考文献 81

第4章 合金元素在钢中的作用 83

4.1 合金元素与铁的交互作用 83

4.1.1 合金元素对Fe-M相图影响 83

4.1.2 合金元素与铁的交互作用 84

4.1.3 硼和铁的交互作用 85

4.2 合金元素与碳的交互作用 85

4.2.1 形成碳化物的稳定程度 85

4.2.2 形成碳化物的类型 85

4.2.3 碳化物的相互溶解及作用 87

4.3 合金元素间相互作用和金属间化合物 87

4.3.1 金属间化合物 87

4.3.2 合金元素与氮的交互作用 90

4.4 合金元素与钢中晶体缺陷交互作用 91

4.5 合金元素对Fe-Fe3C状态图的影响 92

4.5.1 改变共析温度（A1） 92

4.5.2 改变共析含碳量 92

4.5.3 改变奥氏体的最大溶碳量 92

4.6 合金元素对钢热处理过程中组织转变的影响 93

4.6.1 合金元素对钢加热转变的影响 93

4.6.2 合金元素对钢冷却转变的影响 94

4.6.3 合金元素对淬火钢回火转变的影响 96

4.7 合金元素对钢力学性能的影响 98

4.7.1 合金元素对退火（或正火）状态下钢的力学性能的影响 98

4.7.2 合金元素对淬火回火状态下钢的力学性能的影响 99

4.7.3 合金元素对钢在高温及低温时力学性能的影响 100

4.8 合金元素在钢中的分布 100

附录 102

参考文献 104

第二篇 金相分析常用技术 106

第5章 金相显微镜及应用 106

5.1 金相显微镜分类及基本组成 106

5.1.1 金相显微镜的分类 106

5.1.2 金相显微镜的基本组成 107

5.2 光学的基本概念及显微放大原理 107

5.2.1 光的基本特性 107

5.2.2 光的反射和折射 108

5.2.3 反射镜和棱镜 110

5.2.4 透镜及成像原理 110

5.2.5 透镜的像差 112

5.2.6 金相显微镜放大原理和光学特点 114

5.3 金相显微镜的基本组件 114

5.3.1 物镜 115

5.3.2 目镜 119

5.3.3 照明系统 119

5.3.4 光阑 121

5.3.5 滤光片 121

5.3.6 显微镜镜架系统 123

5.3.7 显微摄像系统 124

5.3.8 偏光、相衬等其他附件 125

5.4 金相显微镜主要技术参量 125

5.4.1 显微镜的总有效放大率 125

5.4.2 金相显微镜的分辨力、工作距离 127

5.4.3 主要几何尺寸 127

5.4.4 实际视场 128

5.5 金相显微镜的几种观察方法 128

5.5.1 明场观察 129

5.5.2 暗场观察 129

5.5.3 偏振光观察 130

5.5.4 微分干涉相衬观察 132

5.6 金相显微摄影操作要点 133

5.6.1 样品要求 133

5.6.2 操作要求 133

5.7 金相显微镜的安装、检定及维护 133

5.7.1 金相显微镜的安装 133

5.7.2 金相显微镜的检定 133

5.7.3 金相显微镜的品质及维护 134

5.8 典型金相显微镜介绍 135

5.8.1 全自动金相显微镜 136

5.8.2 电动金相显微镜 136

5.8.3 普及型金相显微镜 136

参考文献 136

第6章 定量金相及金相图像分析系统 137

6.1 体视学简介 137

6.2 定量金相技术 138

6.2.1 半定量测量——比较法 138

6.2.2 定量测量方法 138

6.2.3 定量测量的误差统计分析 140

6.3 定量金相测量试样要求 141

6.4 金相图像分析系统 141

6.4.1 金相数字图像定量测量基本方法 142

6.4.2 金相图像分析基本构成 143

6.4.3 数字成像过程的控制 144

6.4.4 数字图像处理高级技术 146

6.4.5 图像分析系统发展 148

6.5 金相图像分析中图像处理基本操作技术 149

6.5.1 定义标尺 149

6.5.2 图像清晰处理 150

6.5.3 图像灰度调整 151

参考文献 152

第7章 显微硬度试验及应用 153

7.1 显微维氏（Vickers）硬度试验 153

7.1.1 试验原理及计算公式 153

7.1.2 维氏压头及试验法的特点 154

7.1.3 试验方法和注意事项 156

7.1.4 试样最小厚度与最大检测力间的关系 156

7.1.5 显微维氏硬度计性能要求及检定系统 159

7.1.6 维氏硬度试验测量结果不确定度的评定 161

7.1.7 维氏显微硬度试验的应用 161

7.1.8 钢铁、有色合金、难熔化合物组成相的显微硬度值 164

7.2 努氏（Knoop）硬度试验 166

7.2.1 试验原理及计算公式 167

7.2.2 检测方法和注意事项 167

7.2.3 试样最小厚度与试验力间关系 169

7.2.4 努氏硬度计性能要求 170

7.2.5 努氏硬度试验的应用 171

7.3 显微维氏和努氏硬度试验方法及压头的比较 172

7.3.1 试验压头的比较 172

7.3.2 试验方法及应用比较 173

7.4 影响显微硬度试验结果的因素 174

7.4.1 硬度计的影响 174

7.4.2 试样的影响 175

7.4.3 操作的影响 175

7.4.4 压痕异常判断 176

7.5 显微硬度计 177

7.5.1 哈纳门（Hanemann）型显微硬度计 177

7.5.2 早期手动显微硬度计 178

7.5.3 数显式显微硬度计 179

7.5.4 半自动硬度测量的显微硬度计 179

参考文献 180

第8章 金相试样的制备 181

8.1 金相试样的选取及截取 181

8.1.1 金相试样的选取 181

8.1.2 金相试样的截取 182

8.2 金相试样的夹持及镶嵌 183

8.2.1 金相试样的夹持 183

8.2.2 金相试样的镶嵌 184

8.3 金相试样的磨光 186

8.3.1 磨光机理 186

8.3.2 磨光用材料 187

8.3.3 磨光方法 187

8.4 金相试样的抛光 189

8.4.1 机械抛光 189

8.4.2 电解抛光 193

8.4.3 化学抛光 196

8.5 显微组织的显示 197

8.5.1 化学浸蚀 197

8.5.2 电解浸蚀 199

8.5.3 特殊显示方法 199

8.6 非钢铁金属的制样及组织显示方法 203

8.7 现场金相及金相复型技术 204

8.7.1 现场金相制样 205

8.7.2 金相复型技术 205

附录：常用金相抛光浸蚀试剂 206

参考文献 207

第9章 扫描电子显微镜及应用 208

9.1 扫描电子显微镜工作基础 208

9.1.1 背散射电子 208

9.1.2 二次电子 209

9.1.3 透射电子 209

9.1.4 特征X射线 209

9.1.5 俄歇电子 210

9.2 扫描电子显微镜结构及工作原理 210

9.2.1 扫描电子显微镜结构 210

9.2.2 扫描电子显微镜各种图像的成像原理 211

9.3 X射线波谱仪 214

9.3.1 X射线波谱仪的结构原理 214

9.3.2 X射线波谱仪的分析方式 216

9.3.3 X射线波谱定量分析 216

9.4 X射线能谱仪 218

9.4.1 能谱分析的原理 218

9.4.2 能谱仪的结构 218

9.4.3 X射线能谱分析 219

9.4.4 X射线波谱和X射线能谱分析的特点 219

9.5 电子通道效应及电子背散射衍射 221

9.5.1 电子通道效应 221

9.5.2 背散射电子衍射（EBSD） 222

9.6 新颖扫描电镜简介 223

9.6.1 高分辨场发射扫描电镜 223

9.6.2 低电压扫描电镜和低真空扫描电镜 224

9.7 扫描电子显微镜的试样制备方法 224

9.7.1 金属断口试样的制备 225

9.7.2 金相试样的制备 225

9.7.3 导电性差和不导电试样制备 226

9.7.4 粉末试样的制备 226

9.8 典型应用 227

9.8.1 断裂和断口分析 227

9.8.2 金相显微组织分析 229

9.8.3 金属及合金表面形貌分析 231

9.8.4 粉末颗粒的测定和纳米材料的研究 232

9.8.5 晶体取向研究 232

9.8.6 动态观察 233

参考文献 233

第10章 透射电子显微镜及应用 234

10.1 透射电子显微镜原理 234

10.1.1 电子的性质 234

10.1.2 电磁透镜 234

10.1.3 电子显微镜的分辨力 237

10.1.4 透射电子显微镜的场深和焦深 237

10.2 透射电子显微镜的构造 238

10.2.1 镜筒 238

10.2.2 真空系统 240

10.2.3 供电系统 240

10.3 透射电镜的样品制备技术 240

10.3.1 表面形貌复型及投影技术 240

10.3.2 萃取复型 243

10.3.3 粉末样品制备方法 244

10.3.4 金属薄膜样品制备方法 245

10.4 复型像分析及应用 247

10.4.1 复型图像分析 247

10.4.2 金相显微组织形态分析 248

10.4.3 现场检验分析中的应用 249

10.4.4 失效分析中的应用 250

10.5 电子衍射分析及应用 251

10.5.1 电子衍射原理 251

10.5.2 电子显微镜中的电子衍射 253

10.5.3 电子衍射花样分析 253

10.5.4 电子衍射在金相分析中的应用 256

10.6 金属薄膜衍衬像及应用 257

10.6.1 衍衬成像原理 257

10.6.2 衍衬像分析应用 257

10.7 分析电子显微镜及应用 260

10.7.1 透射扫描电子显微镜 260

10.7.2 薄晶体X射线显微分析 260

10.7.3 动态分析 260

10.7.4 高分辨电子显微分析 261

10.7.5 分析电镜应用实例 261

参考文献 262

第11章 X射线衍射及在金属分析中的应用 263

11.1 X射线衍射的基本原理 263

11.1.1 晶体结构的基本特点 263

11.1.2 晶体对X射线的衍射 265

11.1.3 X射线衍射的结构分析 267

11.2 X射线衍射仪的构造 267

11.2.1 X射线粉末衍射仪 267

11.2.2 多功能衍射仪 269

11.3 X射线衍射在金属分析中的一些应用 271

11.3.1 物相定性分析 271

11.3.2 宏观（残余）应力的测定 274

11.3.3 点阵常数的测定 277

11.3.4 物相定量分析 281

11.3.5 织构的测定 283

11.3.6 晶体结构的测定 287

11.3.7 衍射线形的分析 287

11.3.8 表面与薄膜分析 290

11.4 多晶体衍射全谱线形拟合法与晶体结构的测定 293

11.4.1 Rietveld全谱线形拟合法的基本概念 294

11.4.2 Rietveld全谱线形拟合精修结构应用举例 295

11.4.3 晶体结构的从头测定 296

11.4.4 全谱线形拟合法在粉末衍射传统领域中的应用简介 297

11.5 同步辐射与X射线分析简介 300

11.5.1 同步辐射的特性 300

11.5.2 同步辐射装置构造简介 301

11.5.3 上海光源的X射线分析技术简介 301

参考文献 304

第三篇 金相常规项目检测 308

第12章 钢铁材料的低倍检验 308

12.1 钢锭结晶过程及缺陷形成 308

12.2 钢的酸蚀试验方法及缺陷评定 309

12.2.1 试样的截取及制样 310

12.2.2 热酸蚀试验 311

12.2.3 冷酸蚀试验 312

12.2.4 钢的低倍组织缺陷及评定原则 313

12.3 连铸钢坯凝固组织及内部缺陷的评定 320

12.3.1 连铸钢坯凝固组织低倍评定方法 321

12.3.2 连铸钢坯低倍组织缺陷评级 322

12.4 低倍组织浸蚀方法的应用 323

12.5 断口试验及缺陷鉴别 324

12.5.1 检验断口的制备 324

12.5.2 检验用断口的分类 325

12.5.3 断口形貌及各种缺陷识别 325

12.6 钢材塔形发纹检验 329

12.6.1 发纹的特征及成因 330

12.6.2 塔形发纹检验试样制备 330

12.6.3 发纹检验方法 330

12.7 钢材硫印、磷印试验 331

12.7.1 磷印试验 331

12.7.2 硫印试验 332

参考文献 332

第13章 钢的显微组织常规分析及评定 333

13.1 带状组织评定 333

13.2 游离渗碳体分布评定 335

13.3 魏氏组织评定 337

13.4 碳化物不均匀度评定 339

13.4.1 共晶碳化物的不均匀度评定 339

13.4.2 二次共析碳化物偏聚评定 346

13.5 碳化物液析评定 348

13.6 钢材表面脱碳层鉴别与深度测定 350

13.7 球化退火处理及球化级别评定 351

13.7.1 共析、过共析钢球化退火及评级 351

13.7.2 亚共析钢球化退火及评级 353

13.8 高温使用中（珠光体）球化程度评定 356

13.8.1 20号系列钢珠光体球化评级（DL/T 674—1999） 356

13.8.2 12CrlMoV钢球化评级（DL/T 773—2001） 357

13.8.3 15CrMo类钢珠光体球化评级（DL/T 787—2001） 358

13.8.4 2.25Cr-1Mo类钢球化评级（DL/T 999—2006） 359

参考文献 360

第14章 钢中非金属夹杂物检测及评级 361

14.1 钢中非金属夹杂物的种类及形态 361

14.1.1 按夹杂物的化学成分分类 361

14.1.2 按夹杂物的可塑性分类 363

14.1.3 按夹杂物的来源分类 363

14.1.4 按夹杂物形态和分布分类 364

14.2 钢中非金属夹杂物的鉴定方法 364

14.2.1 金相分析法 364

14.2.2 电子探针方法 368

14.2.3 电解分离法 368

14.3 钢中非金属夹杂物显微检测评定方法 368

14.3.1 非金属夹杂物显微检测的取样与观察 369

14.3.2 GB/T 10561—2005（ISO 4967:1998）检测方法 370

14.3.3 原DIN 50 602:1985检测方法 375

14.3.4 ASTM E45-2011a检测方法 379

14.3.5 BS EN 10247:2007检测方法 381

14.3.6 钢材纯洁度级别检测 383

参考文献 384

第15章 金属材料晶粒度测定 385

15.1 金属材料晶粒度及晶粒度级别 385

15.1.1 晶粒度的基本概念 385

15.1.2 几种晶粒度级别的定义 386

15.2 常用晶粒度级别测定方法 389

15.2.1 比较法 389

15.2.2 面积法 393

15.2.3 截点法 393

15.2.4 测定报告 394

15.3 几种金属材料晶粒度级别的测定 394

15.3.1 低碳钢冷轧薄板铁素体晶粒度的测定 394

15.3.2 铜及铜合金晶粒度的测定 397

15.3.3 铝及铝合金晶粒度的测定 397

15.3.4 高速工具钢晶粒度的测定 402

15.4 双重晶粒度的测定方法 402

15.4.1 双重晶粒度分布类别 402

15.4.2 双重晶粒度级别的测定方法 403

15.5 晶粒度形成及显示 405

15.5.1 铁素体钢奥氏体晶粒度的形成与显示 405

15.5.2 高速工具钢奥氏体晶粒的显示 407

15.5.3 常用显示奥氏体晶粒浸蚀剂 407

参考文献 408

第四篇 常用金属工程材料及金相分析 410

第16章 通用结构钢及金相分析 410

16.1 通用结构钢的特性及组成 410

16.1.1 通用结构钢的主要特性及影响因素 410

16.1.2 通用结构钢的成分组成 411

16.1.3 合金元素在结构钢中的作用 412

16.2 各种工艺条件下调质结构钢金相分析 414

16.2.1 轧制处理及金相分析 414

16.2.2 退火处理及金相分析 414

16.2.3 锻造及金相分析 415

16.2.4 淬火-低温回火及金相分析 417

16.2.5 淬火-高温回火（调质）及金相分析 418

16.2.6 中温等温处理及金相分析 419

16.2.7 拉拔工艺及金相分析 422

16.3 非调质机械结构钢及金相分析 422

16.3.1 非调质机械结构钢的成分和工艺特点 423

16.3.2 铁素体-珠光体非调质钢及金相分析 426

16.3.3 贝氏体型非调质钢 427

16.3.4 冷作强化非调质钢及金相分析 430

16.4 通用结构钢常见组织缺陷及诊断 430

16.4.1 过热及过烧组织 431

16.4.2 表面脱碳 432

16.4.3 淬火（调质）组织中存在铁素体 433

16.4.4 开裂 434

16.4.5 其他缺陷组织 434

参考文献 435

第17章 弹簧钢及金相分析 436

17.1 弹簧及弹簧钢 436

17.1.1 弹簧的分类及主要特性 436

17.1.2 弹簧钢的性能要求 436

17.1.3 弹簧钢所含合金元素及作用 437

17.2 弹簧钢原材料加工及金相分析 442

17.2.1 热轧弹簧钢型材及金相分析 442

17.2.2 冷拉弹簧钢型材及金相分析 442

17.2.3 预强化弹簧钢丝及金相分析 442

17.3 弹簧成型后的热处理及金相分析 444

17.3.1 弹簧成型后的基本热处理及金相分析 444

17.3.2 几种常用弹簧钢的热处理及金相分析 446

17.4 弹簧的表面处理 452

17.4.1 表面化学保护层 452

17.4.2 弹簧表面的金属防护层 452

17.5 弹簧钢的缺陷组织和判别 453

17.5.1 弹簧常见的表面缺陷 453

17.5.2 弹簧钢的显微组织缺陷 454

参考文献 456

第18章 轴承钢及金相分析 457

18.1 轴承钢的分类 457

18.1.1 高碳铬轴承钢 459

18.1.2 表面硬化轴承钢 459

18.1.3 高碳铬不锈轴承钢 460

18.1.4 高温轴承钢 461

18.1.5 其他轴承材料 462

18.2 高碳铬轴承钢的成分与冶金质量 463

18.2.1 化学成分的控制 463

18.2.2 低倍组织缺陷 464

18.2.3 原材料微观缺陷的检验 466

18.3 高碳铬轴承钢在加热和冷却时的组织转变 470

18.3.1 高碳铬轴承钢在加热过程中的组织转变 470

18.3.2 高碳铬轴承钢在冷却过程中的组织转变 471

18.4 高碳铬轴承钢的锻造及组织 472

18.4.1 高碳铬轴承钢的锻造 472

18.4.2 锻件的显微组织 473

18.4.3 锻造缺陷 474

18.5 高碳铬轴承钢热处理及金相组织 475

18.5.1 正火 476

18.5.2 球化退火 476

18.5.3 淬火、回火 478

18.5.4 等温淬火回火处理 481

18.5.5 深冷处理 482

18.6 其他轴承钢热处理及金相组织简介 483

18.6.1 高温轴承钢的热处理及金相组织 483

18.6.2 高碳铬不锈轴承钢热处理及金相组织 485

18.6.3 表面处理轴承钢热处理及金相组织 486

18.7 轴承零件常见失效形式及诊断 486

18.7.1 轴承零件的磨削烧伤及诊断 486

18.7.2 轴承零件接触疲劳失效及诊断 487

参考文献 488

第19章 工具钢及金相分析 489

19.1 工具钢分类及基本特性 489

19.1.1 工具钢分类 489

19.1.2 工具钢基本特性 489

19.2 碳素工具钢及金相分析 490

19.2.1 碳素工具钢的牌号及特点 490

19.2.2 碳素工具钢原材料的金相分析 491

19.2.3 碳素工具钢热处理及金相分析 493

19.3 合金工具钢及金相分析 496

19.3.1 合金工具钢牌号及化学成分 496

19.3.2 合金工具钢原材料的金相分析 496

19.3.3 合金工具钢热处理及金相分析 498

19.4 高速工具钢及金相分析 500

19.4.1 高速工具钢组成、牌号及分类 500

19.4.2 高速工具钢原材料金相分析 503

19.4.3 高速工具钢热处理及金相分析 510

19.5 高速工具钢表面改性及金相分析 517

19.5.1 蒸汽处理 518

19.5.2 氧氮化处理 518

19.5.3 硫氮共渗蒸汽处理的复合处理 519

19.5.4 高速钢的渗氮处理 520

19.5.5 高速钢的PVD镀层 520

19.6 工具钢的缺陷分析 522

19.6.1 原材料缺陷 522

19.6.2 制坯工艺不当造成的缺陷 525

19.6.3 热处理不当造成的缺陷 527

19.6.4 其他因素造成的缺陷 530

参考文献 530

第20章 模具钢及金相分析 531

20.1 模具钢分类 531

20.2 冷作模具钢及金相分析 532

20.2.1 冷作模具钢特性及组成 532

20.2.2 冷作模具钢原材料金相检验 533

20.2.3 冷作模具钢的热处理及金相检验 535

20.3 热作模具钢及金相分析 540

20.3.1 热作模具钢特性及组成 540

20.3.2 热作模具钢的原材料金相检验 542

20.3.3 热作模具钢的热处理及金相检验 543

20.4 塑料模具专用钢及金相分析 550

20.4.1 塑料模具钢的特性及组成 550

20.4.2 预硬型塑料模具专用钢的热处理及金相检验 551

20.4.3 时效硬化型塑料模具钢热处理及金相检验 552

20.5 模具钢的缺陷组织及诊断 554

20.5.1 组织偏析 554

20.5.2 碳化物偏析 554

20.5.3 淬火欠热及过热过烧组织 554

20.5.4 淬火组织中的贝氏体 555

参考文献 556

第21章 不锈钢和耐热钢及金相分析 557

21.1 不锈钢特性、分类及牌号 557

21.1.1 不锈钢耐腐蚀原理和合金元素的作用 557

21.1.2 不锈钢的分类 558

21.1.3 不锈钢牌号的命名 559

21.2 马氏体不锈钢和耐热钢及金相分析 561

21.2.1 马氏体不锈钢和耐热钢的牌号、成分及性能 561

21.2.2 马氏体不锈钢及耐热钢合金化的特点 562

21.2.3 马氏体不锈钢和耐热钢的热处理及金相组织 565

21.3 奥氏体不锈钢和耐热钢及金相分析 571

21.3.1 奥氏体不锈钢和耐热钢的牌号、成分及特点 571

21.3.2 奥氏体不锈钢合金化特点 574

21.3.3 奥氏体不锈钢的热处理 576

21.3.4 奥氏体不锈钢的金相检验 577

21.4 铁素体不锈钢和耐热钢及金相分析 582

21.4.1 铁素体不锈钢和耐热钢的牌号、成分及性能 582

21.4.2 铁素体不锈钢和耐热钢合金化特点 584

21.4.3 铁素体不锈钢的热加工及金相组织 585

21.4.4 铁素体不锈钢的脆化现象 585

21.5 双相不锈钢及金相分析 586

21.5.1 双相不锈钢的特点和分类、牌号 586

21.5.2 双相不锈钢中的合金化特点 588

21.5.3 双相不锈钢的热加工工艺及对组织、性能的影响 588

21.5.4 双相不锈钢的组织及金相检验 589

21.6 沉淀硬化型不锈钢及金相分析 592

21.6.1 沉淀硬化型不锈钢特点、分类及牌号 592

21.6.2 奥氏体-马氏体沉淀硬化不锈钢强化工艺及组织 593

21.6.2 马氏体沉淀硬化不锈钢强化工艺及组织 594

21.7 不锈钢的腐蚀行为 597

21.7.1 不锈钢腐蚀行为及分类 597

21.7.2 各类不锈钢的耐腐蚀性能 599

21.8 不锈钢和耐热钢的样品制备及相鉴别 602

21.8.1 不锈钢和耐热钢金相试样制备 602

21.8.2 不锈钢、耐热钢中相的鉴别 605

参考文献 606

第22章 高温合金及金相分析 607

22.1 高温合金特点、分类及牌号表示方法 607

22.1.1 高温合金的主要特性 607

22.1.2 高温合金的分类 608

22.1.3 高温合金的牌号表示方法 609

22.1.4 英国和美国的高温合金体系 609

22.2 高温合金中各元素的特性和作用 610

22.2.1 基体元素的特性 610

22.2.2 合金元素的作用 611

22.3 高温合金的强化原理 611

22.3.1 固溶强化 611

22.3.2 第二相（时效）强化 612

22.3.3 晶界强化 612

22.3.4 工艺强韧化 612

22.4 高温合金常见相及其作用 613

22.4.1 高温合金中常见析出相及分类 613

22.4.2 高温合金中几何密排相及其作用 614

22.4.3 拓扑密排相（TCP） 618

22.4.4 间隙相 620

22.5 高温合金的热处理 624

22.5.1 固溶处理 624

22.5.2 中间处理 624

22.5.3 时效处理 625

22.5.4 弯曲晶界热处理 625

22.5.5 高温合金的退火处理 625

22.6 高温合金的金相组织 626

22.6.1 铁基变形高温合金及金相组织 626

22.6.2 镍基变形高温合金及金相组织 631

22.6.3 钴基变形高温合金及金相组织 636

22.6.4 铸造高温合金及金相组织 636

22.7 高温合金的金相分析 637

22.7.1 高温合金的金相制样及相鉴别 637

22.7.2 变形高温合金的组织评定 642

附录 648

参考文献 649

第23章 铸钢及金相分析 650

23.1 铸钢的工艺特点 650

23.1.1 铸钢件的成型及其组织性能特点 650

23.1.2 铸钢件的常规热处理特点 652

23.2 铸造碳钢及其金相分析 653

23.2.1 铸造碳素钢的牌号和化学成分 653

23.2.2 铸造碳素钢的金相分析 654

23.3 铸造低合金钢及其金相分析 656

23.3.1 一般工程与结构用低合金铸钢件 656

23.3.2 铸造低合金结构钢的金相组织 659

23.4 铸造不锈钢及金相分析 663

23.4.1 铸造不锈钢分类、牌号及其化学成分 663

23.4.2 铸造马氏体不锈钢 665

23.4.3 铸造奥氏体不锈钢及金相分析 666

23.4.4 铸造奥氏体铁素体双相不锈钢 670

23.4.5 铸造马氏体沉淀硬化不锈钢 672

23.4.6 铸造不锈钢的腐蚀形式 673

23.5 铸造奥氏体锰钢及其金相分析 673

23.5.1 铸造奥氏体锰钢的化学成分 674

23.5.2 合金元素在奥氏体锰钢中的作用 674

23.5.3 奥氏体锰钢的热处理 676

23.5.4 奥氏体锰钢的力学性能 677

23.5.5 铸造奥氏体锰钢的金相分析 677

23.5.6 铸造奥氏体锰钢的常见缺陷 680

23.6 铸钢的缺陷组织及诊断 682

23.6.1 铸造热裂纹 682

23.6.2 铸造冷裂纹 684

23.6.3 缩孔和缩松 684

23.6.4 气体类缺陷 685

23.6.5 夹砂和夹渣 685

23.6.6 焊补缺陷 685

参考文献 686

第24章 铸铁及金相分析 687

24.1 铸铁的分类及其牌号 687

24.2 铸铁的石墨化过程 688

24.2.1 铁-碳合金双重相图和Fe-C-Si三元相图 688

24.2.2 铸铁的石墨化过程 689

24.2.3 影响铸铁石墨化的因素 691

24.3 灰铸铁及金相分析 692

24.3.1 灰铸铁的牌号及性能 692

24.3.2 灰铸铁的石墨评定 694

24.3.3 灰铸铁中的组织及分级 698

24.4 球墨铸铁及金相分析 701

24.4.1 球墨铸铁牌号及性能 701

24.4.2 球状石墨的特性和结构 703

24.4.3 球墨铸铁的石墨评级 704

24.4.4 球墨铸铁的组织及分类 705

24.5 可锻铸铁及金相分析 706

24.5.1 可锻铸铁牌号及性能 706

24.5.2 可锻铸铁的石墨化机理 707

24.5.3 可锻铸铁的金相检验 708

24.6 蠕墨铸铁及金相分析 710

24.6.1 蠕墨铸铁牌号及其性能 710

24.6.2 蠕墨铸铁的蠕墨化过程 710

24.6.3 蠕墨铸铁的金相检验 710

24.7 特种铸铁及金相组织 711

24.7.1 减摩铸铁及金相组织 712

24.7.2 抗磨铸铁及金相组织 714

24.7.3 耐热铸铁及金相组织 717

24.7.4 耐蚀铸铁及金相组织 719

24.7.5 奥氏体铸铁及金相组织 720

24.8 铸铁常见缺陷及诊断 720

24.8.1 由气体引起的缺陷 720

24.8.2 针孔 722

24.8.3 缩孔 722

24.8.4 石墨偏析 723

24.8.5 组织的不均匀性 724

24.8.6 夹杂、夹渣 724

24.8.7 热裂、冷裂 725

参考文献 725

第25章 粉末冶金材料及金相分析 726

25.1 粉末冶金材料概述 726

25.1.1 粉末冶金材料的分类 726

25.1.2 粉末冶金材料的牌号、成分及性能 726

25.2 粉末冶金制品的工艺特点 732

25.2.1 金属粉末的制取方法 732

25.2.2 粉末冶金制品的成形方法 732

25.2.3 粉末冶金制品的固结 734

25.2.4 粉末冶金材料的熔渗和浸渗处理 735

25.2.5 硬质合金生产的工艺特点 736

25.3 铁基粉末冶金制品的热处理 736

25.3.1 铁基粉末冶金制品的热处理特点 736

25.3.2 铁基粉末冶金制品的整体淬火、回火处理 737

25.3.3 铁基粉末冶金制品的渗碳及碳氮共渗 737

25.3.4 铁基粉末冶金制品的氮碳共渗 737

25.3.5 铁基粉末冶金制品的烧结硬化 737

25.3.6 铁基粉末冶金制品的水蒸气处理 738

25.4 粉末冶金制品的金相分析 738

25.4.1 粉末冶金材料金相制样的特点 738

25.4.2 粉末冶金制品中孔隙、石墨及夹杂等检测 741

25.4.3 粉末冶金制品的金相组织及评定 743

25.5 硬质合金的金相分析 746

25.5.1 硬质合金金相制样特点 747

25.5.2 硬质合金的孔隙及非化合碳（石墨）检测 748

25.5.3 硬质合金的金相组织评定 750

25.5.4 硬质合金的组织缺陷 753

参考文献 754

第26章 铝、铝合金及金相分析 755

26.1 铝合金的分类、成分和牌号 755

26.1.1 纯铝的特性及牌号 755

26.1.2 铝合金中主要合金元素及作用 756

26.1.3 变形铝合金的分类及牌号 758

26.1.4 铸造铝合金分类、牌号及成分 759

26.1.5 铝合金工艺状态代号 760

26.2 铝合金的热处理 762

26.2.1 铝合金的均匀化退火 763

26.2.2 铝合金的回复与再结晶退火 763

26.2.3 铝合金的固溶处理 765

26.2.4 铝合金的时效 765

26.2.5 铝合金的回归现象及回归处理 766

26.2.6 铝合金的冷（冷热循环）处理 766

26.2.7 铸造铝合金热处理及力学性能 766

26.2.8 变形铝合金热处理及力学性能 767

26.3 铸造铝合金的金相分析 768

26.3.1 Al-Si系铸造铝合金及金相分析 768

26.3.2 Al-Cu系铸造铝合金及金相分析 776

26.3.3 Al-Mg系铸造铝合金及金相分析 780

26.3.4 Al-Zn系铸造铝合金及金相分析 781

26.3.5 Al-Re系铸造铝合金及金相分析 782

26.4 变形铝合金的金相分析 783

26.4.1 1×××系铝合金及金相分析 783

26.4.2 2×××系铝合金及金相分析 784

26.4.3 3×××系铝合金及金相分析 786

26.4.4 4×××系铝合金及金相分析 787

26.4.5 5×××系铝合金及金相分析 787

26.4.6 6×××系铝合金及金相分析 789

26.4.7 7×××系铝合金及金相分析 790

26.5 铝合金的相鉴别及试样制备 791

26.5.1 铝合金金相试样制备特点 792

26.5.2 铝合金相的鉴别 793

26.6 铝及铝合金晶粒度的测定 797

26.7 铝合金的常见缺陷及诊断 797

26.7.1 铝合金的常见铸造缺陷及诊断 797

26.7.2 变形铝合金压力加工低倍组织缺陷及诊断 800

26.7.3 铝合金热处理缺陷及判断 804

26.7.4 铝合金的腐蚀及诊断 806

参考文献 807

第27章 铜、铜合金及金相分析 808

27.1 铜及铜合金的合金化以及分类、牌号 808

27.1.1 铜的合金化 808

27.1.2 铜及铜合金的分类 808

27.1.3 铜及铜合金牌号命名 808

27.2 铜及铜合金的热处理 811

27.2.1 退火 811

27.2.2 淬火和回火 813

27.3 纯铜及金相分析 814

27.3.1 纯铜的牌号和化学成分 814

27.3.2 微量合金元素对纯铜组织及性能影响 814

27.3.3 纯铜的金相组织及评定 817

27.4 黄铜及金相分析 819

27.4.1 黄铜的分类、牌号和化学成分 819

27.4.2 普通黄铜的组织与性能 821

27.4.3 复杂黄铜的组织与性能 824

27.4.4 黄铜的金相评定 830

27.5 青铜及金相分析 830

27.5.1 锡青铜及金相分析 830

27.5.2 铝青铜及金相分析 835

27.5.3 铍青铜及金相分析 840

27.5.4 硅青铜及金相组织 844

27.5.5 其他青铜及金相分析 845

27.6 白铜及金相分析 846

27.6.1 白铜的代号和化学成分 846

27.6.2 普通白铜及金相组织 848

27.6.3 复杂白铜及金相组织 849

27.7 铜及铜合金的缺陷组织及判别 850

27.7.1 铜及铜合金的“氢病” 850

27.7.2 应力腐蚀开裂（季裂） 850

27.7.3 黄铜的脱锌及脱铝腐蚀 851

27.7.4 晶粒粗大、不均匀 852

27.7.5 锡汗 852

27.8 铜及铜合金金相制样特点 852

27.8.1 铜及铜合金的抛光 852

27.8.2 铜及铜合金的组织显示 853

参考文献 855

第28章 钛、镁、锌及合金的金相分析 856

28.1 钛及钛合金的金相分析 856

28.1.1 钛及钛合金的特性、分类及牌号 856

28.1.2 钛合金的相变及热处理 861

28.1.3 钛及钛合金的金相组织 866

28.1.4 钛及钛合金金相制样特点 870

28.2 镁及镁合金的金相分析 871

28.2.1 镁及镁合金的特性、分类及牌号 871

28.2.2 镁合金的热处理 879

28.2.3 镁及镁合金的表面处理 884

28.2.4 镁合金的金相组织 886

28.2.5 镁及镁合金的制样特点及组织判定 888

28.3 锌及锌合金的金相分析 893

28.3.1 锌及锌合金的特性、分类及牌号 893

28.3.2 锌合金的热处理 899

28.3.3 锌及锌合金的金相组织及制样特点 900

参考文献 903

第五篇 几种工艺条件下的金相分析 906

第29章 钢件渗碳、碳氮共渗及金相分析 906

29.1 化学热处理的基本原理 906

29.2 钢件渗碳原理及工艺 907

29.2.1 气体渗碳原理 907

29.2.2 钢件气体渗碳工艺 909

29.2.3 渗碳工艺的发展 910

29.2.4 钢件渗碳后的热处理工艺 911

29.3 渗碳用钢 912

29.3.1 渗碳用钢的成分特点 912

29.3.2 渗碳用钢系列 914

29.3.3 渗碳用钢的质量控制要点 914

29.4 钢件渗碳及淬回火后的组织、性能 914

29.4.1 钢件渗碳（缓冷）后的组织 914

29.4.2 钢件渗碳淬回火后组织及评定 916

29.4.3 渗碳层深度测定 921

29.4.4 钢件渗碳淬回火后的性能 923

29.5 钢件碳氮共渗原理、特点及工艺 924

29.5.1 钢件碳氮共渗原理及特点 924

29.5.2 钢件碳氮共渗工艺简介 925

29.6 钢件碳氮共渗及淬回火后的组织、性能 926

29.6.1 钢件碳氮共渗后缓冷的组织 926

29.6.2 钢件碳氮共渗淬回火组织及评定 926

29.6.3 钢件碳氮共渗层深度测定 929

29.6.4 钢件碳氮共渗淬回火后的性能 929

29.7 钢件渗碳淬回火及碳氮共渗淬回火的组织缺陷 930

参考文献 931

第30章 钢件渗氮、氮碳共渗及金相分析 932

30.1 钢铁件渗氮基本原理及其工艺 932

30.1.1 钢铁件渗氮基本原理及组织 932

30.1.2 钢铁件气体渗氮原理及工艺 935

30.1.3 钢件渗氮前预处理及渗氮后的冷却 938

30.2 渗氮专用钢 939

30.2.1 渗氮钢的合金化 939

30.2.2 渗氮钢系列 941

30.3 钢件气体渗氮后性能 941

30.3.1 渗氮件表面硬度及耐磨性 941

30.3.2 渗氮件的疲劳强度 942

30.3.3 渗氮件的抗腐蚀性 942

30.3.4 气体渗氮件表面脆性 943

30.4 离子渗氮工艺、组织及性能 943

30.4.1 离子渗氮基本原理 943

30.4.2 离子渗氮工艺简介 944

30.4.3 离子渗氮件的组织及性能 945

30.5 氮碳共渗及金相分析 945

30.5.1 气体氮碳共渗原理及工艺 946

30.5.2 氮碳共渗的组织与性能 946

30.6 奥氏体氮碳共渗及金相分析 948

30.6.1 奥氏体氮碳共渗原理及工艺 948

30.6.2 奥氏体氮碳共渗组织及性能 950

30.7 渗氮（氮碳共渗）层深度测定和组织评定 951

30.7.1 渗氮（氮碳共渗）层深度测定 952

30.7.2 渗氮层组织检验评定 954

30.8 渗氮及氮碳共渗的常见缺陷组织 957

参考文献 959

第31章 渗镀处理及覆盖层的金相分析 960

31.1 渗铬及渗铬层的金相分析 960

31.1.1 渗铬的工艺及原理 960

31.1.2 渗铬层的金相组织与性能 961

31.2 渗铝及渗铝层的金相分析 964

31.2.1 渗铝的工艺及原理 964

31.2.2 渗铝层的金相组织与性能 965

31.3 渗锌及渗锌层的金相分析 970

31.3.1 渗锌的工艺原理 970

31.3.2 渗锌层的金相组织与性能 970

31.4 渗硅及渗硅层的金相分析 972

31.4.1 渗硅工艺 972

31.4.2 渗硅层的金相组织与性能 973

31.5 渗硼及渗硼层的金相分析 974

31.5.1 渗硼的原理与工艺 974

31.5.2 渗硼层的金相组织与性能 976

31.6 电镀及电镀层的金相分析 980

31.6.1 电镀工艺原理及分类 980

31.6.2 电镀层的组织形态及影响因素 982

31.6.3 电镀层检测及缺陷组织 984

31.7 气相沉积及气相沉积层的金相分析 988

31.7.1 物理气相沉积（PVD）基本原理及特点 988

31.7.2 化学气相沉积（CVD）基本原理及特点 989

31.7.3 气相沉积薄膜组织特点及金相分析 989

31.8 热喷涂及热喷涂层的金相分析 992

31.8.1 热喷涂的原理和工艺 992

31.8.2 常用热喷涂材料 993

31.8.3 热喷涂层的金相检验 994

31.9 化学转化膜及转化膜的金相分析 996

31.9.1 钢铁件的氧化处理及氧化膜金相检验 996

31.9.2 铝合金阳极氧化及氧化膜金相检验 998

31.9.3 磷化处理及磷化膜金相检验 1000

参考文献 1002

第32章 感应加热淬火、激光热处理及金相分析 1003

32.1 感应加热淬火及金相分析 1003

32.1.1 感应加热淬火的基本原理 1003

32.1.2 感应加热淬火工艺及特点 1006

32.1.3 感应加热淬火的组织和性能 1009

32.1.4 钢铁件感应淬火后有效硬化层深度的测定 1010

32.1.5 感应加热淬火后的金相检验 1012

32.1.6 感应加热淬火的常见缺陷 1015

32.2 激光热处理及金相分析 1016

32.2.1 激光及特点 1016

32.2.2 激光发生器原理 1017

32.2.3 热处理用激光器 1017

32.2.4 激光热处理工艺 1019

32.2.5 激光表面淬火及其组织、性能 1020

32.2.6 激光表面淬火金相检验 1024

32.2.7 激光表面合金化工艺及组织 1025

32.2.8 激光表面熔覆工艺及组织 1028

32.2.9 激光表面冲击强化和组织 1029

32.2.10 激光热处理常见缺陷 1030

参考文献 1032

第33章 焊接接头的金相分析 1033

33.1 焊接方法分类及特点 1033

33.2 焊接接头的宏观组织及宏观检测 1034

33.2.1 焊接接头的宏观组织 1034

33.2.2 焊接接头的宏观检测 1034

33.2.3 熔化焊焊缝宏观缺欠及分类 1035

33.3 焊接金属的结晶 1037

33.3.1 焊接熔池结晶的特殊性 1037

33.3.2 焊缝凝固组织的特征及形成原因 1037

33.3.3 焊缝中的偏析 1043

33.3.4 焊缝金属的二次组织 1044

33.4 焊接热影响区的组织 1045

33.4.1 焊接热循环的特点 1046

33.4.2 焊接加热时组织转变的特点 1046

33.4.3 焊接热影响区的组织 1046

33.4.4 分析热影响区组织时应考虑的因素 1049

33.4.5 焊接热影响区的性能 1051

33.5 焊接接头的开裂分析 1054

33.5.1 焊接热裂缝 1055

33.5.2 焊接接头的冷裂缝 1058

33.6 异种金属材料焊接的金相分析 1060

33.6.1 异种金属焊接的熔合区 1060

33.6.2 异种金属焊接接头显微组织稳定性 1062

33.6.3 异种金属焊接接头的主要缺陷 1062

33.7 钎焊工艺及金相分析 1063

33.7.1 钎焊的冶金过程 1064

33.7.2 钎焊接头的金相组织 1065

33.7.3 钎焊接头的主要缺陷 1066

33.8 焊接接头试样的组织显示 1067

33.8.1 宏观组织显示 1067

33.8.2 显微组织显示 1068

33.8.3 钎焊试样显示 1068

参考文献 1069

第六篇 金属构件失效分析概述 1072

第34章 金属构件的失效及失效形式 1072

34.1 金属构件的失效及分类 1072

34.2 金属构件受力类型及服役环境 1072

34.2.1 金属构件受力类型 1072

34.2.2 环境对金属构件的影响 1074

34.3 应力集中与构件失效 1074

34.3.1 应力集中与应力集中系数 1074

34.3.2 材料的缺口敏感性 1075

34.3.3 应力集中对构件失效的影响 1076

34.4 残余应力与构件失效 1077

34.4.1 金属构件的残余应力 1077

34.4.2 残余应力对金属构件失效影响 1078

34.5 金属构件失效形式及引发原因 1078

34.5.1 金属构件失效形式 1078

34.5.2 引发金属构件失效的原因 1079

34.5.3 各类失效发生的直接原因 1080

参考文献 1081

第35章 断口分析基础 1082

35.1 断口的分类及分析技术 1082

35.1.1 断口的分类 1082

35.1.2 断口的保护及清理 1083

35.1.3 断口分析用技术 1084

35.2 断口的宏观分析 1085

35.2.1 宏观断口的观察及记录（拍摄） 1085

35.2.2 宏观断口的断口要素 1087

35.2.3 宏观断口的特征及分类判断 1089

35.3 断口的微观分析 1091

35.3.1 断口微观分析方法 1091

35.3.2 沿晶断口 1091

35.3.3 解理断口 1092

35.3.4 准解理断口 1094

35.3.5 韧窝断口 1095

35.3.6 疲劳断口 1096

35.4 几种主要断裂模式下的断口分析 1098

35.4.1 韧性断裂及断口分析 1098

35.4.2 脆性断裂（低应力）及断口分析 1101

35.4.3 疲劳断裂的断口分析 1104

参考文献 1105

第36章 金属构件主要失效模式的诊断 1106

36.1 失效分析的思路、原则和程序 1106

36.1.1 失效分析基本思路 1106

36.1.2 分析思维过程的基本原则 1106

36.1.3 失效分析基本程序 1107

36.2 断裂失效的诊断 1108

36.2.1 裂纹的分类及走向的诊断 1108

36.2.2 三类典型断裂模式特征及诊断 1113

36.2.3 断裂的走向及负荷状态的判断 1114

36.2.4 断裂诱发因素分析 1116

36.3 疲劳断裂失效类型及诊断 1118

36.3.1 疲劳断裂的分类 1118

36.3.2 机械疲劳失效分类及诊断 1119

36.3.3 高周疲劳断裂及低周疲劳断裂的诊断 1122

36.3.4 热疲劳失效及诊断 1123

36.3.5 金属构件高温疲劳失效及诊断 1124

36.4 腐蚀失效的诊断 1125

36.4.1 腐蚀失效的基本特征 1125

36.4.2 全面腐蚀失效的诊断 1125

36.4.3 点腐蚀及诊断 1125

36.4.4 缝隙腐蚀及诊断 1127

36.4.5 晶间腐蚀及诊断 1127

36.4.6 应力腐蚀开裂的诊断 1128

36.4.7 氢致损伤（氢脆）失效及诊断 1130

36.4.8 腐蚀疲劳失效及诊断 1132

36.5 磨损失效及诊断 1133

36.5.1 粘着磨损失效及诊断 1134

36.5.2 磨粒磨损失效及诊断 1135

36.5.3 疲劳磨损失效及诊断 1137

36.5.4 微动磨损失效及判断 1138

36.6 畸变失效及诊断 1140

36.6.1 畸变失效及分类 1140

36.6.2 弹性畸变失效及诊断 1140

36.6.3 塑性畸变过量失效及诊断 1141

36.6.4 高温下的畸变失效 1141

参考文献 1142