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第一章金属学基础1

第一节 金属和合金的结构1

一、几种典型的金属结构1

二、晶体学知识简介2

三、元素的晶体结构5

四、金属的原子半径5

五、金属键和结合能5

第二节 固溶体5

一、固溶体类型5

二、代位固溶体及其规律6

三、填隙固溶体的晶体结构7

四、有序固溶体7

第三节 金属化合物8

第四节 金属材料中的各种缺陷10

一、点缺陷10

二、线缺陷——位错11

三、位错的结构11

四、位错的运动和切割14

五、位错的弹性性质16

七、位错的产生和直接观察19

六、位错增殖19

第二章二元合金相图22

第一节 纯金属相图22

第二节 二元合金相图22

第三节 匀晶相图23

一、相图形成条件及其特征23

二、结晶过程23

三、杠杆定理24

二、结晶过程举例25

一、相图形成条件及其特征25

第四节 共晶相图25

第五节 包晶相图27

一、相图形成条件及其特点27

二、结晶过程及组织产物28

第六节 共析相图28

第七节 铁碳合金相图29

一、铁碳合金的组成30

二、铁碳合金中的相30

第八节 几个典型铁碳合金的平衡结晶过程31

一、工业纯铁(C≤0.0218％)31

三、相图中的重要点和线31

二、共析钢(C=0.77％)32

三、亚共析钢(0.0218％33

四、过共析钢(0.77％33

五、共晶白口铸铁(C=4.3％)34

六、亚共晶白口铸铁(2.1135

七、过共晶白口铸铁(4.3％36

八、Fe-Fe3C相图的应用和局限性36

一、合金元素在钢中的溶解度38

二、合金元素与铁的相互作用38

第三章合金元素在钢中的作用38

第二节 合金元素与铁、碳的相互作用38

第一节 概述38

三、合金元素与碳的相互作用40

第三节 合金元素对铁碳相图的影响41

第四节 合金元素对钢加热时奥氏体转变的影响42

一、对奥氏体形成速度的影响(P→A)42

第五节 合金元素对钢冷却时转变的影响43

一、合金元素对珠光体转变的影响43

二、对奥氏体均匀化的影响43

三、合金元素对加热时奥氏体晶粒大小的影响43

二、合金元素对贝氏体转变的影响44

三、合金元素对马氏体转变的影响44

四、合金元素对过冷奥氏体等温转变曲线(TTT曲线)的影响45

第六节 合金元素对钢的淬透性的影响46

第七节 合金元素对淬火钢回火的影响47

一、合金元素对回火转变过程的影响47

二、回火时的二次硬化现象48

三、合金元素对回火时α的回复、再结晶的影响49

四、回火脆性49

一、合金元素对低合金结构钢性能的影响50

第八节 合金元素对合金结构钢性能的影响50

二、合金元素在渗碳钢中的作用51

三、合金元素对调质钢性能的影响52

第九节 合金元素对工具钢性能的影响52

一、高速钢52

二、高铬钢53

第四章钢的宏观检验55

第一节 酸浸试验55

一、热酸浸试验设备57

二、试片的取样和制备57

三、热酸浸试验及其操作58

四、常见的一些组织和缺陷60

第二节 冷酸浸试验72

第三节 断口试验74

一、试样的制备74

二、断口试样的分类74

三、断口试样的操作74

四、断口缺陷的鉴别75

第四节 塔形试验77

第五节 硫印试验79

一、硫印的基本原理79

二、试验方法79

第一节 金相试样的选取原则81

第三节 透射电镜在金属分析中的应用81

第五章金相试样的制备81

第二节 金相试样的截取82

第三节 金相试样的镶嵌与夹持84

一、金相试样的夹持84

二、金相试样的镶嵌85

第四节 金相试样的磨光88

一、粗磨89

二、细磨90

一、机械抛光92

第五节 金相试样的抛光92

二、电解抛光99

三、化学抛光104

第六节 显微组织的显示104

一、化学浸蚀104

三、几种特殊显示组织的方法107

二、电解浸浊107

第六章金相显微镜118

第一节 概述118

一、金相显微镜简述118

二、金相显微镜的分类118

三、金相显微镜的组成119

第二节 光学基本原理120

一、光的特性、单色光、复色光120

二、光的反射和折射120

三、反射镜和棱镜122

四、透镜122

五、光学系统的象差124

六、金相显微镜的光学系统和特点126

第三节 金相显微镜的基本知识127

一、显微镜常用几何尺寸128

二、放大率129

三、数值孔径和分辨率130

四、实际视场132

第四节 金相显微镜的基本组成133

一、物镜133

二、目镜135

三、照明系统136

四、滤色片140

五、光栏141

六、显微镜镜架142

第五节 金相显微镜几种观察方法的基本原理及使用145

一、明场145

二、暗场145

三、相衬146

四、诺曼尔斯基式微分干涉相衬(D I C)146

五、偏光147

第六节 典型金相显微镜介绍及保管150

一、4XA金相显微镜150

二、XIL—02型立式金相显微镜152

第一节 显微硬度试验及其应用153

第七章显微硬度计153

三、MeF3型广视场万能金相显微镜153

四、XJG—05型卧式金相显微镜154

一、硬度的定义158

二、显微硬度试验158

三、显微硬度计158

四、显微硬度试验的优缺点及应用159

第二节 压入头类型及其试验法160

一、维氏(Vickers)硬度试验法160

二、努普(Knoop)硬度试验法161

第三节 常用显微硬度计162

三、努普硬度试验法相对维氏硬度试验法的优缺点162

一、台式显微硬度计163

二、哈纳门(Heneman)型显微硬度计166

第四节 显微硬度计的使用要点167

一、“零位”的校正167

二、负荷的选择168

三、试样的表面状态169

四、正确的测量方法169

五、硬度值对比原则169

第五节 显微硬度在金相研究中的应用170

一、合金中各组成相的性能研究170

六、其它注意事项170

二、研究热处理对合金性能的影响175

三、金属的表面研究175

四、微细制品的硬度测定177

五、其它方面的应用177

第六节 显微硬度计故障分析178

一、硬度值偏差178

二、异常压痕179

三、压痕位置失调180

四、测量显微镜故障181

五、升降系统故障182

第七节 显微硬度计的维护保养182

第八章钢中非金属夹杂物的金相鉴定184

第一节 钢中非金属夹杂物的种类及形态184

一、按夹杂物的化学成份分类184

二、按夹杂物的可塑性分类187

三、按夹杂物的来源分类188

第二节 夹杂物对钢的性能的影响189

一、夹杂物和裂纹的形成及应力集中189

二、夹杂物对钢的塑性和韧性的影响192

三、夹杂物对钢的疲劳性能的影响196

四、夹杂物对钢的热脆性的影响198

五、夹杂物对钢的切削性能的影响199

六、夹杂物对钢的电磁性能的影响199

第三节 夹杂物的鉴定方法概述200

一、夹杂物定性的方法200

二、夹杂物定量的方法202

第四节 夹杂物的金相鉴定205

一、样品的制备205

二、夹杂物的主要特征206

三、非全属夹杂物的鉴别程序207

四、钢中夹杂物的预推测方法210

第九章钢的缺陷金相组织218

第一节 概述218

第二节 显微组织的缺陷分析218

一、带状组织218

二、带状碳化物222

三、网状碳化物225

四、碳化物液析226

五、非金属夹杂物227

六、球化不良238

七、过热、过烧组织241

八、钢表面的脱碳246

第十章钢的晶粒度大小测定254

第一节 晶粒度的概念254

第二节 晶粒的显示255

一、奥氏体本质晶粒度的显示255

二、实际晶粒度的显示258

三、氢气脱碳法测定晶粒度262

一、用比较法测定晶粒度264

二、用弦计算法测定晶粒度264

第三节 晶粒度的评定和表示方法264

三、综合判断法265

四、铁素体晶粒度的评定266

第十一章钢在热处理时的几种基本转变276

第一节 钢在冷却时的组织转度、组织形态276

一、过冷奥氏体的等温转变曲线(TTT曲线)276

二、过冷奥氏体连续冷却转变曲线(CCT曲线)277

三、珠光体型相变278

四、马氏体相变281

五、贝氏体相变285

一、钢的退火状态的组织转变、组织判断288

第二节 钢的退火、正火、淬火、回火状态的组织转变、组织判断288

二、钢的正火状态的组织转变、组织判断290

三、钢在淬火状态的组织转变、组织判断290

四、钢在回火状况的组织转变、组织判断292

第十二章调质钢与弹簧钢及其金相分析296

第一节 调质钢的分类、成分、性能、工艺和用途296

一、选材296

二、工艺选择297

第二节 调质钢组织分析301

一、调质钢淬火组织302

二、调质钢的回火组织304

三、调质钢的原始组织306

第三节 40Cr钢连杆螺栓金相检验标准311

一、铁素体含量评定级别图312

二、粒状碳化物含量评定级别图313

第四节 弹簧和弹簧钢314

一、弹簧314

二、弹簧材料的技术要求315

三、弹簧钢的分类、牌号和机械性能316

四、弹簧钢的热处理及其金相分析318

三、弹簧钢丝及其金相组织328

二、冷拉状态弹簧钢及其金相组织328

一、热轧供应状态的金相组织328

第五节 弹簧钢供应状态的金相分析328

四、弹簧钢热处理及金相组织330

五、弹簧钢金相标准331

第六节 弹簧钢的缺陷组织和失效实例337

一、材料常见的表面缺陷337

二、显微组织缺陷337

三、失效实例340

第一节 轴承钢的成分与冶金质量343

一、化学成份343

第十三章轴承钢及其金相分析343

二、低倍组织缺陷344

三、显微组织检验344

第二节 轴承钢加热和冷却时的组织转变347

一、轴承钢在加热过程中的组织转变348

二、轴承钢在冷却过程中的组织转变348

第三节 轴承钢的热处理350

一、正火及金相组织350

二、球化退火及金相组织350

三、淬火回火及金相组织356

第四节 轴承零件的磨削烧伤组织361

第五节 轴承钢在柴油机燃油系统三对精密偶件的应用362

第十四章工具钢及其金相分析365

第一节 概述365

第二节 碳素工具钢的金相检验366

一、原材料的金相检验366

二、热加工工序制品的金相检验370

三、热处理的金相检验370

第三节 合金工具钢的金相检验376

一、原材料的金相检验376

二、热加工工序制品的金相检验383

三、热处理的金相检验383

第四节 高速工具钢的金相检验386

一、原材料的金相检验387

二、热加工工序制品的金相检验397

三、热处理的金相检验399

第五节 工具钢的的缺陷分析及其防止方法411

一、材质不良引起的开裂411

二、制坯工艺不当引起的开裂414

三、热处理不当造成的开裂416

四、结构、形状与表面状态不良造成的开裂418

五、其他因素引起的开裂418

一、热强性420

第二节 耐热材料的特性420

第十五章耐热钢和耐热合金的金相分析420

第一节 概述420

二、组织稳定性421

三、抗氧化性421

第三节 耐热钢的金相分析422

一、耐热钢的分类、化学成份及用途422

二、耐热钢的热处理及力学性能423

三、耐热钢的金相分析424

一、耐热合金的分类和化学成份431

二、合金元素的基本作用431

第四节 耐热合金的金相分析431

三、耐热合金中的常见相432

四、耐热合金金相分析436

第五节 金相分析方法439

一、试样制备439

二、组织显示440

第十六章不锈钢及其金相分析443

第一节 概述443

第二节 马氏体不锈钢444

一、马氏体不锈钢热处理后的组织与性能445

二、马氏体不锈钢的耐腐蚀性能452

三、马氏体不锈钢的金相检验455

第三节 奥氏体不锈钢456

一、奥氏体不锈钢热处理后的组织和性能457

二、奥氏体不锈钢的耐腐蚀性能461

三、奥氏体不锈钢的金相检验464

第四节 铁素体不锈钢465

一、铁素体不锈钢的组织和性能465

二、铁素体不锈钢的耐腐蚀性能468

第五节 沉淀硬化不锈钢468

一、半奥氏体型沉淀硬化不锈钢470

二、马氏体型沉淀硬化不锈钢471

第十七章渗碳、碳氮共渗、氮化的金相分析473

第一节 渗碳热处理后金相分析473

一、渗碳用钢473

二、渗碳的基本原理473

三、渗碳钢中合金元素的作用476

四、渗碳浓度、深度对性能的影响478

五、渗碳层的显微组织480

二、碳氮共渗工艺简介502

一、碳氮共渗用钢502

第二节 碳氮共渗后的金相分析502

三、碳氮共渗层的显微组织503

四、碳氮共渗层深度的测量505

五、碳氮共渗层的缺陷分析506

第三节 氮化金相组织分析508

一、气体氮化后的金相分析508

二、软氮化后的金相分析519

第一节 钢的渗铬527

一、渗铬的原理与工艺527

第十八章钢的渗金属及其金相分析527

二、渗铬层的金相组织与性能530

第二节 钢的渗铝534

一、渗铝的原理与工艺534

二、渗铝层的金相组织与性能536

第三节 钢的渗钒538

一、盐浴渗钒538

二、渗钒层的金相组织与性能539

第四节 钢的渗锌540

一、渗锌的方法540

二、渗锌层的金相组织与性能542

一、渗硼的原理与工艺544

第五节 钢的渗硼544

二、渗硼层的金相组织与性能547

第六节 钢的渗硅551

一、渗硅方法551

二、渗硅层的金相组织与性能552

第七节 金属表面的气相沉积554

一、气相沉极的原理与工艺554

二、沉积层的金相组织与性能557

一、真空方面的基本概念562

第十九章真空热处理、激光热理理及其组织和性能562

第一节 真空热处理及其组织和性能562

二、真空在热处理中的金属学效果563

三、真空热处理的优点565

四、真空热处理的组织和性能566

五、真空热处理实际应用举例569

第二节 激光热处理及其组织和性能572

一、激光热处理的特点572

二、激光器的概况573

三、激光表面处理技术的内容575

四、激光表面淬火和组织特征576

五、激光淬火的性能579

七、激光表面合金化585

八、激光表面涂复587

第二十章粉末冶金及其金相分析590

第一节 概述590

第二节 铁基、铜基粉末冶金材料的牌号和性能及其工艺流程590

一、铁基、铜基粉末冶金材料的牌号和性能590

二、粉末冶金制品的工艺流程592

六、激光淬火新工艺的应用实例593

二、金相磨面的制备599

一、金相磨面的选择599

第三节 金相试样的制备599

三、抛光600

四、浸浊600

第四节 铁基粉末冶金制品的各类组织鉴别601

一、孔隙、石墨鉴定603

二、夹杂物的鉴定604

三、珠光体、渗碳体形态和级别604

六、过热608

五、欠热608

四、脱碳608

二、表面微孔608

一、分层裂纹608

第五节 粉末冶金缺陷组织分析608

三、白亮麻点分析608

七、表面氧化609

八、渗碳体密集609

第六节 制品的热处理和化学处理609

一、硫化处理611

三、浸渍塑料处理613

四、氧化处理613

二、渗铜处理613

五、渗硼、渗钒处理614

第七节 粉末冶金的热锻工艺及其显微组织614

第二十一章铸铁及其金相分析618

第一节 Fc—C合金双重相图和Fe-C-Si三元相图618

一、Fe-C合金双重相图618

二、Fe-C-Si三元相图619

第二节 石墨化过程及其影响因素620

一、铸铁的石墨化过程620

二、影响铸铁石墨化的因素621

一、灰口铸铁凝固过程的模式623

第三节 灰口铸铁的凝固的过程及石墨组织623

二、灰口铸铁的牌号的技术要求624

三、灰口铸铁的石墨形状625

四、石墨长度626

五、灰口铸铁的基体组织628

六、灰口铸铁的热处理组织638

第四节 固态石墨化——可锻铸铁640

一、可锻铸铁的材料要求641

二、可锻铸铁的金相检验642

三、可锻铸铁的热处理649

第五节 球墨铸铁650

一、球状石墨的结晶构造650

二、球墨铸铁的牌号及其机械性能652

三、稀土镁球墨铸铁石墨形态鉴别654

四、球状石墨大小656

五、球墨铸铁的组织分类657

六、球墨铸铁等温淬火的金相检验657

七、球墨铸铁金相试样的制备662

第六节 蠕墨铸铁663

一、蠕墨铸铁的金相组织和规范664

二、蠕墨铸铁的机械——物理性能665

三、蠕墨铸铁的制造工艺666

第七节 合金铸铁667

一、耐磨铸铁667

二、耐热铸铁672

三、耐蚀铸铁673

第二十二章铸钢及其金相分析675

第一节 概述675

第二节 铸造碳钢和铸造低合金结构钢675

一、凝固特点675

三、铸造碳钢和低合金钢的主要类别和钢种676

二、铸钢中的合金元素676

四、热处理和机械性能678

六、常见的铸件缺陷分析680

五、金相组织分析681

第三节 铸造不锈钢694

一、铬不锈钢和高铬不锈钢成分、热处理、性能及其组织694

二、铬镍氮不锈钢的成分、热处理、性能及其组织699

三、铬锰氮不锈钢的成分、热处理、性能及其组织705

四、其他铸造不锈钢的成分、热处理、性能及其组织705

五、不锈钢常见的失效形式708

二、焊缝凝固组织的的特征及形成原因712

一、焊接熔池结晶的特殊性712

第二十三章焊接接头的金相分析712

第一节 焊接金属的结晶712

三、焊缝中的偏析718

四、焊接时的热裂缝(凝固裂缝)720

五、焊缝金属的二次组织724

第二节 焊接热影响区的组织725

一、焊接热循环的特点725

二、焊接加热时组织转变的特点725

三、焊接热影响区的组织726

一、冷裂缝的危害性735

第三节 焊接接头的冷裂缝735

二、冷裂缝的特征736

三、导致冷裂缝形成的因素736

四、氮脆缝裂的金相特征和断口特征737

第二十四章铝及铝合金的金相分析739

第一节 铝及铝合金739

第二节 铝的合金化及铝合金热处理744

一、铝合金的分类744

二、合金元素在铝中的作用744

三、铝合金的热处理745

第三节 铸造铝合金748

一、Al-Si合金750

二、Al-Cu合金753

三、Al-Mg合金755

第四节 形变铝合金757

一、硬铝合金(LY)757

二、超硬铝合金(LC)759

三、锻铝合金(LD)759

四、防锈铝合金(LF)759

第五节 铝合金的相鉴定760

第六节 铝合金试样制备及常见的组织缺陷764

一、低倍缺陷766

二、铝合金金相试样制备特点768

三、高倍缺陷768

第二十五章铜及铜合金相分析772

第一节 纯铜772

第二节 黄铜774

一、普遍黄铜774

第三节 青铜779

一、锡青铜779

二、铝青铜780

三、铍青铜781

四、其它特殊青铜782

第四节 常见铜及铜合金的疵病785

第五节 铜及铜合金热处理786

第六节 铜合金的金相分析787

一、铜及铜合金金相试样的制备787

二、铜合金显微组织分析举例788

第二十六章定量金相主要测定的参数792

第一节 定量金相主要测定的参数792

第二节 国际通用体视学符号和基本公式简介794

第三节 定量金相的基本测定方法795

一、比较法795

二、测量法795

第四节 定量金相的实际应用797

一、体积百分数测定797

二、晶粒大小的测定799

三、截面上和体积内线长度的测定802

四、粒子间距的测定802

五、体积内界面的测定803

六、颗粒尺寸的分布803

第五节 定量金相仪简介805

第二十七章透射电镜在金属显微组织分析中的应用807

第一节 电子显微镜的原理及构造807

一、电分的波动性及电磁透镜807

二、电磁透镜的分辩能力809

三、电子显微镜的分辩能力809

第二节 透射电镜的样品制备810

一、复型技术810

二、金属薄膜812

一、电子金相检验814

二、断口分析中的应用817

三、电子衍衬824

四、金属薄膜衍衬象829

第一节 微电子束与样品的交互作用833

一、二次电子833

第二十八章扫描电镜在金属显微分析中的应用833

二、背散射电子835

三、吸收电子835

四、俄歇电子836

第二节 SEM的图象837

一、仪器结构和成象原理837

五、特征X光子837

二、图象衬度类型839

三、影响图象质量的仪器和操作因素841

四、SEM的应用特点842

第三节 X射线分光谱仪843

一、结构原理843

二、分析方式845

三、定量处理846

第四节 X射线能谱仪847

一、Sr(Li)X射线检测器847

二、多道脉冲高度分析器848

三、X射线能谱分析850

四、能谱分析特点850

第五节 电子通道花样(ECP)851

一、ECP的衬度来源851

二、实验条件852

三、选区电子通道花样(SACP)853

第六节 典型应用854

一、断裂和断口分析854

四、应用854

二、金相组织858

三、颗粒和表面860

四、动态观察862

一、晶体的点群分类864

第一节 几何晶体学基础864

二、晶体的晶面864

第二十九章X射线衍射在金属材料中的应用864

第二节 X射线的产生及其性质867

一、X射线的产生867

三、实际金属晶体867

二、X射线的基本性质868

第三节 X射线衍射基础869

一、X射线衍射的基本原理870

二、散射因子和结构因子870

第四节 多晶体的衍射871

一、多晶体的衍射871

二、照相法872

三、衍射仪法874

四、从粉末衍射获得的信息876

第五节 X射线定性相分析876

一、定性相分析的基本原理877

二、检索操作879

三、定性相分析中的几个问题880

第六节 X射线定量分析881

一、定量相分析的基本公式881

二、定量相分析的方法881

三、定量相分析中的几个问题883

第七节 点阵参数的精确测定884

一、金属固溶体884

二、点阵参数测定的误差来源884

三、消除误差的方法886

四、应用举例888

第八节 残余应力的测定889

一、测量原理890

二、测量方法和实验技术891

一、金属中的织构892

三、应用举例892

第九节 金属中织构测定892

二、丝织构893

四、板织构894

第十节 晶粒度测定894

三、沉积织构894

第一节 负荷类型和失效形式896

一、负荷类型896

第三十章机械零件的失效分析896

二、失效形式897

第二节 失效分析方法与程序898

一、失效调查898

三、断口分析899

四、正确选择分析方法899

二、外观检查899

五、判断失效原因900

六、提出改进意见900

第三节 断裂901

八、写出报告901

一、脆性断裂901

七、实际试运行考核901

二、范性断裂910

三、疲劳断裂912

四、断口的保存和处理926

一、过量弹性变形失效927

二、过量塑性变形失效927

第四节 过量变形927

第五节 表面损伤失效928

一、磨损失效928

二、表面疲劳失效931

三、腐蚀失效934

四、穴蚀失效935

第六节 蠕变失效938

第七节 结束语939

一、临炉金相检查报告940

第一节 金相报告的内容940

二、常规金相检查报告940

第三十一章 金相试验报告940

三、综合性金相试验报告941

第二节 金相报告的格式942

第三节 金相试验报告的管理948

第三十二章金相试验室949

第一节 金相试验室在工厂中的任务949

第四节 金相试验室的平面布置950

第三节 金相试验室的人员配备950

一、小型金相试验室950

第二节 金相试验室的组织系统950

二、中型金相试验室951

三、大型金相试验室952

第五节 金相试验室的设备及试验材料953

一、抛磨设备及材料953

二、金相显微镜959

三、硬度汁962

四、金相试验室化学药品965

五、照相用的设备971

第六节 金相试验室的安全技术972

第七节 金相试验设备的操作规则972

第一节 摄影原理概述978

一、黑白感光材料的性质978

第三十三章显微摄影及暗室技术978

二、感光负片的曝光982

三、感光负片的显影原理983

四、感光材料定影原理986

第二节 暗室技术987

一、感光负片的冲洗987

二、印相与放大988

第三节 彩色金相摄影概述989

一、感光材料的组成及使用特点990

二、彩色照片的弹洗工艺(C—41)991

三、彩色照片的制作992

五、Neophot—30型卧式金相显微镜1555