本书介绍了金属学原理、热处理工艺、金属材料等基础知识；详细介绍了金相检验技术和常用的宏观及微观检验项目及方法；系统介绍了不同钢铁材料及常见有色金属材料的特点、应用及金相检验项目和质量控制要求；对失效分析及相关专业基础知识也做了介绍。

本书面向工业生产，侧重于实际应用，有较强的理论性和实用性，可作为金相检验人员的培训教材和工作参考用书，也可作为从事金属材料及制品研究、生产、技术质量管理等人员的参考用书。

序

前言

第一章 基础知识1

  第一节 金相学概论1

    一、金相学定义1

    二、光学金相学所包括的内容1

    三、电子金相学所包括的内容1

  第二节 金属与合金1

    一、材料的分类1

    二、金属与合金的基本概念2

    三、金属的结晶2

    四、晶体结构3

    五、晶体缺陷5

  第三节 合金相图与组织7

    一、相与相图7

    二、铁-碳相图9

    三、钢的组织转变12

  第四节 钢的热处理原理16

    一、奥氏体转变16

    二、铁素体的同素异构转变18

    三、珠光体转变18

    四、马氏体转变20

    五、贝氏体转变23

    六、魏氏组织的形成25

    七、钢的过冷奥氏体转变25

  第五节 钢的热处理工艺28

    一、整体热处理28

    二、钢的表面热处理32

    三、热处理新技术简介38

  第六节 热处理常用设备39

    一、热处理电阻炉40

    二、热处理燃料炉41

    三、热处理浴炉42

    四、真空热处理炉42

    五、热处理炉的使用与维护要点43

  第七节 合金元素在钢铁材料中的作用44

    一、钢中加入合金元素的目的44

    二、合金元素在结构钢中的作用44

  第八节 金属材料的性能46

  第九节 常见钢铁材料的缺陷及其危害47

    一、铸造缺陷47

    二、锻造与轧制缺陷49

    三、加热过程中的缺陷51

    四、淬火冷却时的缺陷52

    五、其他缺陷54

  思考题54

第二章 金相检验技术概论56

  第一节 金相试样的制备56

    一、金相试样的选取56

    二、金相试样的镶嵌56

    三、金相试样的磨制57

  第二节 金相组织的显示58

    一、化学浸蚀法58

    二、电解浸蚀法59

  第三节 金相分析常用仪器及其应用59

    一、金相显微镜59

    二、透射电子显微镜（TEM）64

    三、扫描电子显微镜（SEM）65

    四、X射线显微分析仪66

    五、俄歇电子能谱仪67

    六、X射线应力测定仪67

    七、共聚焦显微镜67

    八、体视显微镜68

  第四节 显微硬度计及其应用68

    一、显微硬度计的工作原理68

    二、试验操作要点69

    三、实验结果表示及处理70

    四、显微硬度计的日常检查方法70

    五、显微硬度计的维护70

  思考题70

第三章 钢的宏观检验71

  第一节 低倍组织检验71

    一、试样的选取71

    二、试样的制备72

    三、试验方法72

    四、热酸腐蚀试验73

    五、冷酸腐蚀试验74

    六、电解腐蚀试验75

    七、常见低倍组织缺陷76

  第二节 断口检验79

    一、断口试样的选取79

    二、热处理状态对断口试样的影响79

    三、断口试样的制备79

    四、断口试验80

    五、钢材断口分类及常见缺陷形态80

  第三节 塔形试验83

    一、试样的选取和制备84

    二、试验操作方法84

  第四节 硫印试验85

    一、硫在钢中的分布与影响85

    二、硫印试验的基本原理85

    三、硫印试验方法85

    四、硫印试样的选取和制备86

    五、硫印试验的材料和操作步骤86

  第五节 钢的淬透性试验87

    一、临界直径法87

    二、端淬法87

  思考题91

第四章 钢的微观检验92

  第一节 钢中非金属夹杂物检验92

    一、非金属夹杂物对钢性能的影响92

    二、钢中非金属夹杂物的分类93

    三、非金属夹杂物检验94

  第二节 晶粒度检验96

    一、晶粒大小对钢性能的影响96

    二、晶粒分类97

    三、晶粒度检验97

  第三节 钢的脱碳层检验100

    一、脱碳对钢性能的影响101

    二、脱碳层组织定义及识别101

    三、脱碳层检验101

  第四节 钢铁材料渗层深度测定及组织检验103

    一、渗碳层检测103

    二、碳氮共渗层检测105

    三、渗氮层检测106

  思考题108

第五章 常用钢种及其检验109

  第一节 钢的分类与编号109

    一、钢的分类109

    二、合金钢的编号方法109

  第二节 结构钢113

    一、结构钢的分类113

    二、结构钢的金相检验113

    三、冷变形钢113

    四、易切削钢116

    五、低合金钢117

    六、调质钢119

    七、贝氏体钢120

    八、渗碳钢120

    九、渗氮钢121

    十、弹簧钢121

  第三节 轴承钢122

    一、轴承钢的分类123

    二、铬轴承钢的热处理123

    三、铬轴承零件的代表工艺及显微组织124

    四、轴承钢的基本检测项目125

  第四节 工具钢126

    一、工具钢的分类126

    二、碳素工具钢127

    三、合金工具钢129

    四、模具钢131

    五、高速工具钢134

  第五节 不锈钢139

    一、不锈钢工作条件下的性能要求139

    二、不锈钢的分类139

    三、不锈钢的化学成分特点140

    四、不锈钢中的组织和相140

    五、各类不锈钢的热处理及金相组织141

    六、不锈钢的金相检验147

  第六节 耐热钢148

    一、耐热钢的化学成分148

    二、耐热钢的性能要求148

    三、耐热钢的类型及特性149

    四、耐热钢高温运行时组织及性能的变化150

    五、金相检验项目150

  思考题150

第六章 铸钢和铸铁的金相检验与分析152

  第一节 铸钢152

    一、概述152

    二、铸钢的组织特点153

    三、铸钢件的热处理153

    四、铸造高锰钢154

  第二节 铸铁155

    一、概述155

    二、铸铁的石墨化及其影响因素156

    三、灰口铸铁156

    四、可锻铸铁162

    五、球墨铸铁170

    六、蠕墨铸铁182

    七、白口铸铁187

    八、铸铁热处理188

  思考题189

第七章 有色金属的金相检验与分析190

  第一节 铝及铝合金190

    一、铝及铝合金基本知识190

    二、组织检验及分析195

    三、铝合金常见缺陷200

  第二节 铜及铜合金202

    一、分类203

    二、铜合金的热处理208

    三、铜及铜合金常见疵病209

    四、铜合金的宏观检验210

    五、铜及铜合金的显微组织检验211

  第三节 镁合金212

    一、镁合金的分类及牌号212

    二、变形镁合金的检验214

  第四节 钛合金215

    一、钛合金的分类及牌号216

    二、钛的合金化217

    三、钛合金的热处理217

    四、钛合金的特性218

    五、常用合金元素对钛的性能的影响219

    六、钛合金中的介稳定相220

    七、钛合金在军事方面的应用221

    八、金相组织检验221

  思考题223

第八章 焊件的金相检验与分析225

  第一节 概述225

  第二节 焊接的热过程226

    一、焊接热循环226

    二、焊接加热和冷却过程的特点227

  第三节 焊接缺陷228

    一、焊接缺陷的种类228

    二、焊接裂纹的划分229

  第四节 焊件的宏观金相检验233

    一、外观检验233

    二、宏观组织检验234

    三、宏观金相检验的浸蚀剂235

    四、焊接接头的断口检验236

  第五节 焊件的微观组织分析与检验236

    一、试样制取236

    二、焊接时组织转变的特点236

    三、焊缝的组织与偏析237

    四、焊接热影响区的组织238

    五、焊接热影响区的硬度分布240

  思考题242

第九章 高温合金及粉末冶金的检验与分析243

  第一节 高温合金243

    一、高温合金的主要特点243

    二、高温合金分类及表示方法244

  第二节 粉末冶金263

    一、粉末冶金分类263

    二、粉末冶金样品制备及检验264

  思考题265

第十章 失效分析266

  第一节 概述266

    一、金属构件失效及分析266

    二、失效分析在质量和效益方面的作用266

    三、失效分析与相关学科的关系267

  第二节 失效分析的一般步骤268

    一、现场调查和收集资料268

    二、失效件的观察、检测和试验269

    三、失效原因分析和提出改进措施269

  第三节 机械构件失效的常见类型269

    一、按失效形式分类269

    二、按失效原因分类271

  第四节 断口分析技术275

    一、断裂275

    二、断口278

    三、断口的分析279

    四、常见断口分析284

  第五节 金属的腐蚀失效291

    一、金属腐蚀失效的类型291

    二、常见金属腐蚀失效的特征及形成条件292

    三、金属腐蚀的防护296

    四、金属腐蚀的测试方法297

  思考题298

第十一章 相关专业基础知识299

  第一节 金属熔炼与压力加工工艺299

    一、熔炼299

    二、铸造300

    三、锻压301

  第二节 金属冷加工工艺302

    一、金属切削加工的工艺特点302

    二、冷冲压加工的工艺特点304

    三、冷旋压加工的工艺特点304

  第三节 无损检测基础知识305

    一、定义305

    二、无损检测的目的305

    三、无损检测常用方法306

    四、无损检测的特点308

  第四节 复合材料制造工艺308

    一、复合材料的分类及特点309

    二、复合材料的增强机制309

    三、复合材料的界面309

    四、复合材料制备方法310

  思考题312

参考文献313

当今世界正在经历百年未有之大变局，我国经济发展面临的国内外环境发生了深刻而复杂的变化。当前，科技发展水平以及创新能力对一个国家的国际竞争力的影响越来越大。理化检测技术的水平是衡量一个国家科学技术水平的重要标志之一，理化检测工作的发展和技术水平的提高对于深入认识自然界的规律，促进科学技术进步和国民经济的发展都起着十分重要的作用。理化检测技术作为技术基础工作的重要组成部分，是保障产品质量的重要手段，也是新材料、新工艺、新技术工程应用研究，开发新产品，产品失效分析，寿命检测，工程设计，环境保护等工作的基础性技术。在工业制造和高新技术武器装备的科研生产过程中，需要采用大量先进的理化检测技术和精密设备来评价产品的设计质量和制造质量，这在很大程度上依赖于检测人员的专业素质、能力、经验和技术水平。只有合格的理化检测技术人员才能保证正确应用理化检测技术，确保理化检测结果的可靠性，从而保证产品质量。

兵器工业理化检测人员技术资格鉴定工作自2005年开展以来，受到集团公司有关部门领导及各企事业单位的高度重视，经过16年的发展和工作实践，已经形成独特的理化检测技术培训体系。为了进一步加强和规范兵器工业理化检测人员的培训考核工作，提高理化检测人员的技术水平和学习能力，并将兵器行业多年积累下来的宝贵经验和知识财富加以推广和普及，自2019年开始，我们组织多位兵器行业内具有丰富工作经验的专家学者，在《兵器工业理化检测人员培训考核大纲》和原内部教材的基础上，总结了多年来在理化检测科研和生产工作中的经验，并结合国内外的科技发展动态和现行有效的标准资料，以及兵器行业、国防科技工业在理化检测人员资格鉴定工作中的实际情况，围绕生产工作中实际应用的知识需求，兼顾各专业的基础理论，编写了这套《理化检测人员培训系列教材》。 

这套教材共六册，包括《金属材料化学分析》《金属材料力学性能检测》《金相检验与分析》《非金属材料化学分析》《非金属材料性能检测》和《特种材料理化分析》，基本涵盖了兵器行业理化检测中各个专业必要的理论知识和经典的分析方法。其中《特种材料理化分析》主要是以火药、炸药和火工品为检测对象，结合兵器工业生产特点编写的检测方法；《非金属材料化学分析》是针对有机高分子材料科研生产的特点，系统地介绍了有机高分子材料的化学分析方法。每册教材都各具特色，理论联系实际，具有很好的指导意义和实用价值，可作为有一定专业知识基础、从事理化检测工作的技术人员的培训和自学用书，也可作为高等院校相关专业的教学参考用书。

这套教材的编写和出版，要感谢中国兵器工业集团有限公司、中国兵器工业标准化研究所、辽沈工业集团有限公司、内蒙古北方重工业集团有限公司、山东非金属材料研究所、西安近代化学研究所、北京北方车辆集团有限公司、内蒙古第一机械集团股份有限公司、内蒙金属材料研究所、西安北方惠安化学工业有限公司、山西北方兴安化学工业有限公司、辽宁庆阳特种化工有限公司、泸州北方化学工业有限公司、甘肃银光化学工业集团有限公司等单位的相关领导和专家的支持与帮助！特别要感谢中国兵器工业集团有限公司于同局长、张辉处长、王菲菲副处长、王树尊专务、朱宝祥处长，中国兵器工业标准化研究所郑元所长、孟冲云书记、康继纲副所长、马茂冬副所长、刘播雨所长助理、罗海盛主任、杨帆主任等领导的全力支持！感谢参与编写丛书的各位专家和同事！是他们利用业余时间，加班加点、辛勤付出，才有了今天丰硕的成果！也要特别感谢原内部教材的作者赵祥聪、胡文骏、董霞等专家所做的前期基础工作，以及对兵器工业理化检测人员培训考核工作所做出的贡献。还要感谢机械工业出版社的各专业编辑，他们对工作认真负责的态度，是这套教材得以高质量正式出版的保障！在编写过程中，还得到了广大理化检测人员的关心和支持，他们提出了大量建设性意见和建议，在此一并表示衷心的感谢！

由于理化检测技术的迅速发展，一些标准的更新速度加快，加之我们编写者的水平所限，书中难免存在不足之处，恳请广大读者提出批评和建议。

丛书主编靳京民

金相分析是金属材料试验研究的重要手段之一，采用定量金相学原理，运用放大镜和金相显微镜，通过对二维金相试样磨面或薄膜的金相显微组织的测量和计算来确定合金组织的形貌，从而建立合金成分、组织和性能间的定量关系。生产实际中常称之为金相检验。

金相检验主要是研究金属及合金成分、组织与性能关系的学科，可为正确选择材料、合理进行工程设计、制订热处理工艺和提高产品质量等提供依据。金相检验工作是一项理论性和实践性均很强的工作，对于提高金属制品的内在质量，提高企业经济效益和竞争力都起着非常重要的作用。

本书的特点是与时俱进，开拓创新，在讲述成熟理论的基础上，适当增加了新技术、新材料、新仪器，同时更加注重讲述实际操作要求，因此具有先进性和实用性，对于提高读者的理论水平、业务素质和实际工作能力都有很大帮助。

本书是在全面吸取兵器行业在理化检测人员资格鉴定工作经验的基础之上，根据现行标准和技术要求精心编写而成的，可作为各行业金属材料金相检验的公共培训教材，也可作为金相检验工作者的工作参考用书，还可作为从事金属材料及制品研究、生产、技术质量管理等人员的参考用书。考虑到各工业部门对金属材料的使用及要求不尽相同，当使用本书时应根据实际情况对有关内容作适当的增减和调整。

在本书的编写中，除参考了国内外公开出版的一些专著、教材、手册、文献外，还特别参考了兵器工业、国防科技工业的内部培训教材，编写组对有关作者表示衷心感谢。

由于作者水平有限，书中难免存在缺点，敬请读者批评指正。

作者