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