金相检验技术与应用

本书全面系统地介绍了金属材料的金相检验内容、方法和要求等，其主要内容包括：金属学及热处理基础、金相检验基础、钢的宏观检验技术、钢的显微组织评定、铸钢的金相检验、铸铁的金相检验、零件表面处理后的金相检验、焊接件的金相检验、工模具钢及特种钢的金相检验、非铁金属和粉末冶金材料的金相检验、金相检验常见问题。本书提供了丰富的金相图片和相关失效案例，实用性和针对性强。本书采用现行的相关国家标准和行业标准，内容由浅入深，注重理论与实践相结合，具有较强的工程应用价值。

中国中车股份有限公司计量理化技术委员会是中国中车股份有限公司计量、理化人员技术考核和资格鉴定工作的组织实施机构。其主要职责是：制定计量、理化人员技术考核和资格鉴定制度，组织培训教材编写和课程开发，负责建立培训师资库，组织开展相关人员培训、考核、鉴定等工作。 于跃斌，中国中车集团有限公司科技质量与信息化部部长，正高级工程师。长期从事铁路移动装备技术创新和科技管理工作，搭建了我国铁路货车研发、试验仿真、制造和产业化平台与标准体系，组织构建了中车“开放、协同、一体化、全球布局、自主可控”的科技创新体系，创造性提出并建设“两纵两横一贯通”的科技创新体系。享受政府特殊津贴，国家百千万人才工程“有突出贡献中青年专家”，获全国五一劳动奖章、詹天佑成就奖、中央企业劳动模范。获国家科技进步奖2项、省部级科技成果奖12项、发明专利34项，发表论文26篇。

前言 第1章金属学及热处理基础1 1 .1纯金属与合金的晶体结构1 1 .1 .1原子结构与键合1 1 .1 .2晶体学基础4 1 .1 .3纯金属的晶体结构6 1 .1 .4合金相的晶体结构7 1 .2纯晶体的凝固和晶体缺陷10 1 .2 .1纯晶体的凝固10 1 .2 .2晶体缺陷10 1 .3合金相图13 1 .3 .1二元相图13 1 .3 .2铁碳合金相图16 1 .4钢中的基本组织17 1 .4 .1铁素体17 1 .4 .2奥氏体17 1 .4 .3渗碳体18 1 .4 .4珠光体21 1 .4 .5魏氏组织22 1 .4 .6贝氏体23 1 .4 .7马氏体24 1 .4 .8回火组织26 1 .5钢的热处理基础27 1 .5 .1钢在加热时的转变27 1 .5 .2钢在冷却时的转变29 1 .5 .3钢的整体热处理33 第2章金相检验基础50 2 .1金相试样的制备50 2 .1 .1金相试样的选取及截取50 2 .1 .2金相试样的夹持及镶嵌51 2 .1 .3金相试样的磨制及抛光51 2 .1 .4金相试样的浸蚀53 2 .1 .5现场金相检验技术55 2 .2金相显微镜55 2 .2 .1金相显微镜概述55 2 .2 .2金相显微镜在金相检验中的应用58 2 .2 .3金相显微镜的操作与维护61 2 .3金属材料常见分析测试技术62 2 .3 .1扫描电子显微镜及其应用62 2 .3 .2透射电子显微镜及其应用64 2 .3 .3X射线衍射技术及其应用65 2 .3 .4电子背散射衍射技术及其应用67 2 .3 .5激光扫描共聚焦显微镜及其应用68 2 .4定量金相69 2 .4 .1试样的选取和制备69 2 .4 .2自动图像分析仪的应用70 2 .5显微硬度71 2 .5 .1显微硬度测试原理71 2 .5 .2影响显微硬度值的因素72 2 .5 .3显微硬度试验73 第3章钢的宏观检验技术76 3 .1钢锭的结晶过程及钢坯的形成方式76 3 .1 .1钢锭的结晶过程76 3 .1 .2钢坯的形成方式77 3 .2钢的低倍酸蚀试验及缺陷评定80 3 .2 .1低倍酸蚀试验81 3 .2 .2低倍组织缺陷评定标准概述84 3 .2 .3钢的低倍组织缺陷评级及评定原则85 3 .2 .4钢的低倍检验常见问题90 3 .3钢材塔形发纹检验91 3 .3 .1发纹的成因及特征91 3 .3 .2试样的选取和制备91 3 .3 .3检验方法92 3 .3 .4评定及结果表示92 3 .4钢材硫印、磷印检查93 3 .5钢材宏观断口检验94 3 .5 .1纵向断口制备方法94 3 .5 .2横向断口制备方法94 3 .5 .3钢材断口形貌及各种缺陷识别95 3 .6案例分析99 3 .6 .1针（气）孔99 3 .6 .2白点99 3 .6 .3过烧100 3 .6 .4发纹100 第4章钢的显微组织评定102 4 .1钢中非金属夹杂物含量测定方法102 4 .1 .1内容与适用范围102 4 .1 .2术语和定义102 4 .1 .3试样的选取与制备103 4 .1 .4夹杂物含量的测定104 4 .1 .5国内外标准对比107 4 .1 .6非金属夹杂物图谱107 4 .2金属平均晶粒度测定方法109 4 .2 .1内容与适用范围109 4 .2 .2术语和定义109 4 .2 .3试样制备及晶粒度的显示方法110 4 .2 .4晶粒度的测定111 4 .2 .5晶粒图谱119 4 .3钢的脱碳层深度测定方法119 4 .3 .1内容与适用范围119 4 .3 .2术语120 4 .3 .3取样120 4 .3 .4脱碳层的测定120 4 .3 .5脱碳图谱125 4 .4钢的显微组织评定方法126 4 .4 .1内容与适用范围126 4 .4 .2术语和定义126 4 .4 .3取样126 4 .4 .4试样的制备127 4 .4 .5评定方法127 4 .4 .6带状组织图谱128 4 .5钢质模锻件金相组织检验130 4 .5 .1内容与适用范围130 4 .5 .2术语130 4 .5 .3试样的选取和制备130 4 .5 .4金相组织评定130 第5章铸钢的金相检验133 5 .1铸钢的分类及常用牌号133 5 .1 .1铸造碳素钢的牌号和化学成分133 5 .1 .2铸造低合金钢的牌号和化学成分134 5 .1 .3铸造不锈钢的牌号和化学成分135 5 .1 .4铸造高锰钢的牌号和化学成分135 5 .1 .5铁道机车车辆铸钢材料136 5 .2铸钢件的生产工艺及质量检验136 5 .2 .1铸钢件的生产工艺136 5 .2 .2铸钢件的质量检验137 5 .3铸钢中非金属夹杂物的检验139 5 .3 .1铸钢中非金属夹杂物的种类、成因及特点139 5 .3 .2非金属夹杂物对铸钢件质量的影响139 5 .3 .3铸钢中非金属夹杂物的检验方法139 5 .4铸钢件的金相检验141 5 .4 .1铸造碳素钢和低合金钢的金相检验141 5 .4 .2铸造不锈钢的金相检验146 5 .4 .3铸造高锰钢的金相检验147 5 .5案例分析148 5 .5 .1铸造热裂纹148 5 .5 .2铸造冷裂纹149 5 .5 .3缩孔与缩松149 5 .5 .4气孔150 5 .5 .5夹渣和夹砂150 5 .5 .6补焊150 5 .5 .7冷隔151 第6章铸铁的金相检验152 6 .1铸铁的分类及常用牌号152 6 .1 .1白口铸铁152 6 .1 .2灰铸铁153 6 .1 .3球墨铸铁153 6 .1 .4蠕墨铸铁154 6 .1 .5可锻铸铁155 6 .2灰铸铁的金相检验156 6 .2 .1灰铸铁石墨的检验157 6 .2 .2灰铸铁基体组织的检验158 6 .3球墨铸铁的金相检验167 6 .3 .1球墨铸铁石墨的检验168 6 .3 .2球墨铸铁基体组织的检验171 6 .3 .3球墨铸铁等温淬火组织的检验174 6 .3 .4球墨铸铁的几种常见铸造缺陷174 6 .4蠕墨铸铁的金相检验176 6 .4 .1蠕墨铸铁石墨的检验176 6 .4 .2蠕墨铸铁基体组织的检验178 6 .5案例分析181 6 .5 .1横臂裂纹分析181 6 .5 .2机车气缸套断裂分析182 6 .5 .3铁裙开裂原因分析183 6 .5 .4销座开裂原因分析184 第7章零件表面处理后的金相检验185 7 .1表面处理概述185 7 .2钢的渗碳层检验185 7 .2 .1渗碳用钢186 7 .2 .2渗碳后淬火、回火组织及其评定186 7 .2 .3渗碳层深度的测定193 7 .3钢的渗氮层检验195 7 .3 .1渗氮钢196 7 .3 .2渗氮过程简介196 7 .3 .3渗氮层表面组织评定196 7 .3 .4渗氮层深度的测定197 7 .3 .5渗氮层表面硬度检验197 7 .3 .6渗氮层的脆性检验198 7 .3 .7渗氮层的疏松检验198 7 .4钢的氮碳共渗层检验199 7 .4 .1氮碳共渗后显微组织200 7 .4 .2氮碳共渗层深度的测定201 7 .5钢的渗硼层检验201 7 .5 .1渗硼工艺分类201 7 .5 .2渗硼层显微组织202 7 .5 .3渗硼层测定203 7 .6钢的渗金属检验203 7 .6 .1钢的渗铬203 7 .6 .2钢的渗铝204 7 .6 .3钢的渗锌205 7 .7感应淬火热处理检验205 7 .7 .1感应淬火层组织205 7 .7 .2感应淬火缺陷组织206 7 .7 .3硬化层深度的测定207 第8章焊接件的金相检验210 8 .1焊接方法分类及特点210 8 .1 .1焊条电弧焊210 8 .1 .2熔化极气体保护焊210 8 .1 .3钨极氩弧焊211 8 .1 .4电阻点焊211 8 .1 .5激光焊211 8 .1 .6搅拌摩擦焊211 8 .2焊接接头宏观检验及常见缺欠212 8 .2 .1焊接接头的焊缝外观质量检验212 8 .2 .2焊接接头的低倍组织检验212 8 .2 .3熔化焊焊接接头常见焊接缺欠213 8 .2 .4弧焊焊接裂纹215 8 .2 .5铝合金搅拌摩擦焊218 8 .3焊接区域显微组织检验219 8 .3 .1焊接接头显微组织的显示方法219 8 .3 .2焊接接头各区域显微组织的特点219 8 .4案例分析221 8 .4 .1吊座焊缝裂纹221 8 .4 .2管、板焊缝处疲劳断裂221 8 .4 .3不锈钢转轴断裂222 8 .4 .4碳素钢焊板焊后延迟开裂223 8 .4 .5悬挂梁补焊处疲劳断裂224 第9章工模具钢及特种钢的金相检验226 9 .1工模具钢及其金相检验226 9 .1 .1工模具钢的分类及基本特性226 9 .1 .2工模具钢的金相检验228 9 .2轴承钢及其金相检验234 9 .2 .1轴承钢的分类及基本特性234 9 .2 .2高碳铬轴承钢的金相检验234 9 .3弹簧钢及其金相检验238 9 .3 .1弹簧钢的分类及基本特性238 9 .3 .2弹簧钢的金相检验240 9 .4不锈钢及其金相检验241 9 .4 .1不锈钢的分类及基本特性241 9 .4 .2不锈钢的金相检验243 9 .5案例分析250 9 .5 .1304不锈钢波纹管开裂250 9 .5 .217 -4PH不锈钢轴磁痕250 9 .5 .3316L不锈钢换热器开裂251 第10章非铁金属和粉末冶金材料的金相检验254 10 .1铝及铝合金的金相检验254 10 .1 .1概述254 10 .1 .2铝及铝合金的金相组织255 10 .1 .3铝及铝合金的金相检验方法257 10 .2铜及铜合金的金相检验261 10 .2 .1概述261 10 .2 .2铜及铜合金的金相组织261 10 .2 .3铜及铜合金的金相检验方法264 10 .3钛及钛合金的金相检验266 10 .3 .1概述266 10 .3 .2钛合金的金相组织266 10 .3 .3钛及钛合金金相样品的准备与浸蚀268 10 .4硬质合金的金相检验269 10 .4 .1概述269 10 .4 .2硬质合金的金相组织269 10 .4 .3硬质合金金相样品的准备与浸蚀270 10 .4 .4显微组织的鉴别271 10 .5案例分析274 10 .5 .1同步环断裂分析274 10 .5 .2增压器吸气弯头开裂分析274 第11章金相检验常见问题277 11 .1引言277 11 .2案例分析278 11 .2 .1低倍试片制样278 11 .2 .2非金属夹杂物检验279 11 .2 .3线切割制样280 11 .2 .4平面磨床制样281 11 .2 .5带状组织检验282 11 .2 .6彗星拖尾现象283 11 .2 .7保边不良现象284 11 .2 .8边缘渗水现象288 11 .2 .9划痕辨别288 11 .2 .10黑点辨别289 11 .2 .11（较硬）薄壁试样磨削加工290 11 .2 .12（较软）薄片试样单向磨削加工292 11 .2 .13二次抛光制样292 11 .2 .14脱碳层深度测量293 11 .2 .15表面“假性脱碳”294 11 .2 .16弹簧局部脱碳的漏检295 11 .2 .17感应淬火有效硬化层深度测量295 11 .2 .18感应淬火软点296 11 .2 .19浸蚀方法和浸蚀剂的选择297 11 .2 .20晶粒度检验298 11 .2 .21残留奥氏体含量检验300 11 .2 .22调质组织检验300 11 .2 .23下贝氏体和马氏体辨别302 11 .2 .24硬度试样检测面的选择302 11 .2 .25铸态遗传影响组织与残余铸态组织的区分302 11 .2 .26铝合金焊接组织检验304 11 .3结论305 参考文献306