本手册是一部热处理专业的综合工具书，共4卷。本卷是第4卷，共13章，内容包括：硬度检验、表面硬化层深度测定、材料化学成分的检验、宏观组织检验与断口分析、显微组织分析与检验、热处理金相检验与评级、力学性能试验、无损检测、残余应力的测定、合金相分析及相变过程测试、金属腐蚀与防护试验、热处理常用基础数据、热处理常用工艺数据。本手册由中国机械工程学会热处理分会组织编写，内容系统全面，具有一定的权威性、科学性、实用性、可靠性和先进性。

前言

第1章硬度检验1

1.1硬度试验方法分类与选用原则1

1.1.1硬度试验方法分类1

1.1.2硬度试验方法选用原则2

1.2硬度试验方法3

1.2.1布氏硬度试验3

1.2.2洛氏硬度试验16

1.2.3维氏硬度和努氏硬度试验19

1.2.4肖氏硬度试验23

1.2.5里氏硬度试验24

1.2.6超声接触阻抗法25

1.3硬度检测前工件或试样的氧化脱碳层处理25

1.4硬度与强度及各种硬度之间的换算关系26

参考文献31

第2章表面硬化层深度测定32

2.1表面硬化层深度测定通则32

2.1.1试样选取及试样制备32

2.1.2硬度梯度的测定32

2.2钢件渗碳或碳氮共渗淬火硬化层深度测定33

2.2.1渗碳淬火硬化层深度的定义33

2.2.2硬度法测定硬化层深度33

2.2.3渗碳淬火硬化层深度测定结果表示方法33

2.2.4金相法测定渗碳淬火硬化层深度33

2.2.5浅渗碳硬化层深度测定34

2.3钢件渗氮层深度测定34

2.3.1渗氮层深度的定义34

2.3.2硬度法测定渗氮层深度34

2.3.3金相法测定渗氮层深度34

2.4钢件表面淬火硬化层深度的测定34

2.4.1表面淬火硬化层深度的定义34

2.4.2硬度法测定表面淬火硬化层深度35

2.4.3金相法测定表面淬火硬化层深度35

2.5钢件渗金属渗层深度的测定35

2.5.1渗层深度及渗层界面线35

2.5.2渗金属层深度金相测定法36

2.6钢铁材料渗硼层深度的测定36

参考文献37

第3章材料化学成分的检验38

3.1钢的火花检验38

3.1.1火花的形成及结构38

3.1.2检验设备与操作39

3.1.3钢的成分与火花特征39

3.2光谱分析44

3.2.1原子吸收光谱分析44

3.2.2原子荧光光谱分析45

3.2.3原子发射光谱分析45

3.2.4X射线荧光光谱分析46

3.2.5红外光谱分析46

3.3微区化学成分分析47

3.3.1X射线能量色散谱分析47

3.3.2俄歇电子能谱分析47

3.3.3X射线光电子能谱分析48

3.3.4探针显微分析49

3.3.5穆斯堡尔谱分析53

参考文献54

第4章宏观组织检验与断口分析55

4.1宏观检验55

4.1.1酸蚀检验55

4.1.2印痕法检验60

4.1.3着色渗透检验61

4.2断口分析62

4.2.1断口试样的选择62

4.2.2断口试样的清洗64

4.2.3断口试样的保存65

4.3宏观断口分析66

4.3.1断裂分类66

4.3.2各类断口形貌特征68

4.3.3裂纹源位置及裂纹扩展方向的判别70

4.4显微断口分析71

4.4.1显微断口分析方法71

4.4.2断口显微形貌特征72

4.4.3断口显微形貌与显微组织的关系74

4.4.4断口的典型显微形貌特征举例75

4.5失效分析77

4.5.1失效的定义与类型77

4.5.2失效分析的目的78

4.5.3失效分析方法79

参考文献81

第5章显微组织分析与检验82

5.1金相试样的制备82

5.1.1取样82

5.1.2制样82

5.1.3显微组织的显示87

5.1.4制样中常见缺陷及其消除措施88

5.2光学显微镜与电子显微镜的应用90

5.2.1光学显微镜的应用90

5.2.2电子显微镜的应用95

5.3定量金相方法99

5.3.1定量金相的标准符号及基本公式100

5.3.2测量方法100

5.3.3定量金相数据的统计分析101

5.3.4常用显微组织参数测定举例102

5.3.5金相组织的数字图像及其处理技术106

5.3.6显微组织软件定量分析举例109

5.4彩色金相技术113

5.4.1彩色成像的基本原理113

5.4.2干涉膜形成方法113

5.4.3彩色显微摄影115

5.4.4彩色金相在显微检验中的应用115

5.5典型工程材料的显微组织检验119

5.5.1结构钢与工具钢的显微组织检验119

5.5.2钢中非金属夹杂物的检验125

5.5.3不锈钢与高锰钢的显微组织检验129

5.5.4铸铁的显微组织检验130

5.5.5铝及铝合金的显微组织检验132

5.5.6铜及铜合金的显微组织检验135

5.5.7钛及钛合金的显微组织检验136

5.5.8镁及镁合金的显微组织检验137

5.5.9锌及锌合金的显微组织检验138

5.5.10镍及镍合金的显微组织检验138

5.5.11轴承合金的显微组织检验138

5.5.12粉末冶金材料与硬质合金的显微组织检验139

5.6热处理显微组织检验的相关标准141

5.7热处理缺陷组织检验141

5.7.1偏析与带状组织检验141

5.7.2过热与过烧组织检验142

5.7.3脱碳组织检验144

参考文献145

第6章热处理金相检验与评级146

6.1低、中碳钢球化体评级146

6.2中碳钢和中碳合金钢马氏体评级152

6.3热作模具钢马氏体评级158

6.4高碳高合金冷作模具钢金相检验与评级163

6.4.1Cr12系列钢金相检验与评级163

6.4.2CrWMn钢金相检验164

6.5高速工具钢金相检验与评级166

6.5.1淬火晶粒度评级166

6.5.2淬火回火后过热程度评级167

6.6钢件感应淬火金相检验与评级168

6.7珠光体球墨铸铁件感应淬火金相检验与评级170

6.8钢件渗碳淬火回火金相检验与评级172

6.8.1渗碳层中马氏体评级172

6.8.2渗碳层中残留奥氏体评级172

6.8.3渗碳层中碳化物评级175

6.8.4渗碳件心部组织评级177

6.8.5渗碳表层内氧化评级177

6.9渗氮层金相检验与评级178

6.9.1渗氮层脆性评级178

6.9.2渗氮层疏松评级178

6.9.3渗氮层中氮化物评级180

6.10渗硼层金相检验与评级180

6.11渗金属金相检验181

6.11.1渗铬层的金相检验181

6.11.2渗铝层的金相检验182

6.11.3渗锌层的金相检验183

参考文献184

第7章力学性能试验185

7.1静拉伸试验185

7.1.1静拉伸试验的特点185

7.1.2试样185

7.1.3拉伸试验机186

7.1.4应力-应变曲线和力学性能指标186

7.1.5正应力-应变曲线189

7.1.6缺口拉伸与缺口偏斜拉伸试验190

7.1.7高/低温拉伸试验191

7.1.8拉伸试样断口分析192

7.1.9几种常用钢材的静拉伸数据193

7.1.10影响拉伸试验性能数据的主要因素193

7.1.11拉伸试验中的计算机控制194

7.2冲击试验194

7.2.1冲击试验的特点194

7.2.2冲击试验与冲击试验机194

7.2.3冲击试验的应用196

7.2.4几种接近实际服役条件的冲击试验199

7.3疲劳试验203

7.3.1疲劳失效的特点203

7.3.2疲劳性能指标203

7.3.3疲劳性能的影响因素208

7.3.4多次冲击抗力试验211

7.3.5疲劳裂纹萌生与扩展的性能212

7.3.6疲劳试验技术216

7.3.7疲劳试验机219

7.4磨损试验220

7.4.1磨损分类221

7.4.2磨损试验机225

7.4.3磨损量的测量及表示方法227

7.5剪切试验227

7.5.1双剪切试验228

7.5.2单剪切试验228

7.5.3冲压剪切试验228

7.6静扭转试验228

7.7断裂韧度试验230

7.7.1断裂过程和断裂力学的一般概念230

7.7.2应力强度因子K和平面应变断裂韧度KIC230

7.7.3裂纹尖端张开位移CTOD和J积分237

7.7.4断裂韧度测试技术239

7.8高温力学性能试验242

7.8.1高温蠕变242

7.8.2松弛稳定性245

7.8.3其他高温力学性能248

7.9双轴拉伸试验251

7.10纳米力学性能试验251

7.10.1纳米压入试验251

7.10.2纳米划痕试验253

7.10.3纳米压缩试验253

7.10.4纳米拉伸试验254

参考文献255

第8章无损检测256

8.1内部缺陷检测256

8.1.1X射线与γ射线检测技术256

8.1.2超声检测270

8.1.3声发射检测284

8.2表面及近表面缺陷检测287

8.2.1磁力检测287

8.2.2涡流检测293

8.2.3渗透检测297

8.3材质与热处理质量的无损检测302

8.3.1硬度的无损检测302

8.3.2表面硬化层深度的无损检测305

8.3.3力学性能、显微组织的无损检测306

8.4红外检测与微波检测310

8.4.1红外检测310

8.4.2微波检测310

参考文献312

第9章残余应力的测定313

9.1概述313

9.1.1残余应力及其由来313

9.1.2残余应力的分类314

9.1.3残余应力的影响316

9.1.4测定应力的方法318

9.2宏观残余应力的衍射测定319

9.2.1应力衍射测定简介319

9.2.2应变的测量原理和衍射几何320

9.2.3宏观应力射线衍射测定的基本方法323

9.2.4单轴应力的测定原理和方法325

9.2.5平面应力的测定325

9.3残余应力测定衍射试验装置326

9.3.1利用二圆衍射仪进行应变测量326

9.3.2X射线应力测定仪327

9.3.3同步辐射X射线和中子应力测定设备329

9.4微应力和静畸变应力的衍射测定330

9.4.1谱线线形的卷积关系330

9.4.2微晶宽化和微应变宽化330

9.4.3分离微晶-微应力二重宽化效应的近似函数法331

9.4.4分离微晶-微应力二重宽化效应的最小二乘法331

9.4.5测定实例：求解微晶大小-微应力的作图法与最小二乘法的比较331

9.4.6第三类(静畸变）应力的测定332

9.5残余应力测定实例：双相钢喷丸残余应力及热处理效应333

9.5.1双相钢喷丸层宏观残余应力分布333

9.5.2双相钢喷丸残余应力在高温热处理的弛豫行为334

9.5.3双相钢喷丸表层微晶大小和微应变的测定335

9.5.4双相钢微晶大小和微应变在高温热处理过程中的变化335

参考文献336

第10章合金相分析及相变过程测试337

10.1合金相分析方法337

10.1.1X射线衍射分析337

10.1.2同步辐射光源X射线339

10.1.3电子衍射法340

10.1.4场离子显微分析345

10.1.5原子探针显微学346

10.2相变过程测试347

10.2.1相变点测定347

10.2.2奥氏体等温转变图与奥氏体连续冷却转变图的建立方法352

10.3钢中残留奥氏体含量测定356

10.3.1金相法测定残留奥氏体含量356

10.3.2磁性法测定残留奥氏体含量356

10.3.3X射线衍射法测定残留奥氏体含量357

10.4其他物理方法简介358

10.4.1内耗法358

10.4.2正电子湮没技术360

10.4.3穆斯堡尔谱仪361

10.4.4核磁共振法362

参考文献364

第11章金属腐蚀与防护试验365

11.1概述365

11.1.1金属腐蚀定义与分类365

11.1.2金属的氧化365

11.1.3电化学腐蚀367

11.1.4影响金属腐蚀的因素370

11.1.5金属腐蚀试验及评定方法375

11.2均匀腐蚀376

11.2.1电偶腐蚀376

11.2.2高温腐蚀377

11.2.3液态金属及熔盐腐蚀378

11.3局部腐蚀379

11.3.1点蚀379

11.3.2缝隙腐蚀381

11.3.3晶间腐蚀381

11.4金属在不同环境介质中的腐蚀383

11.4.1大气腐蚀383

11.4.2海水腐蚀385

11.4.3土壤腐蚀386

11.4.4微生物腐蚀387

11.5力学因素影响下的腐蚀388

11.5.1应力腐蚀开裂388

11.5.2腐蚀疲劳391

11.5.3氢致损伤392

11.6防腐蚀技术393

11.6.1合理选择与使用材料393

11.6.2表面防护涂层394

11.6.3缓蚀剂397

11.6.4电化学防护技术399

参考文献400

第12章热处理常用基础数据401

12.1常用物理和化学数据401

12.1.1金属元素的原子直径401

12.1.2元素周期表401

12.1.3元素的晶体结构及其对铁碳相图的影响401

12.1.4常见碳化物和金属间化合物的点阵结构404

12.1.5元素的物理和化学性质404

12.2常用金属材料的牌号、化学成分和性能409

12.2.1钢的牌号、化学成分和性能409

12.2.2铸钢的牌号、化学成分和性能483

12.2.3有色金属及其合金的牌号、化学成分和性能487

第13章热处理常用工艺数据559

13.1常用钢的热处理工艺参数559

13.1.1优质碳素结构钢的热处理工艺参数559

13.1.2合金结构钢的热处理工艺参数562

13.1.3弹簧钢的热处理工艺参数574

13.1.4滚动轴承钢的热处理工艺参数576

13.1.5工模具钢的热处理工艺参数578

13.1.6高速工具钢的热处理工艺参数586

13.1.7不锈钢和耐热钢的热处理工艺参数588

13.2常用钢的热处理工艺参考曲线图591

13.2.1常用钢的奥氏体等温转变图591

13.2.2常用钢的奥氏体连续冷却转变图618

13.2.3常用钢的改型连续冷却转变图638

13.2.4常用钢的淬透性曲线图661

13.3常用钢的回火曲线图和回火方程686

13.3.1常用钢的回火曲线图686

13.3.2常用钢的回火方程722