作者：刘子瑜、段莉萍 主编
出版社：化学工业出版社
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钢铁及合金物理检测技术试读：
前言
目前我国正在由制造大国向制造强国转变，实施“质量强国”战略是实现这一转变的必然选择。质量分析、试验、检测服务作为高技术产业类的一项重要内容在国家《产业结构调整指导目录（2011年本）》中被重点提出。钢铁及合金材料是国民经济建设最重要的物质基础之一，加强钢铁材料及其产品的质量控制势在必行。质量控制是为使检测结果具有一定水平的代表性、可靠性和可比性所采取的科学管理方法，钢铁及合金材料的物理检测技术是质量控制工作中重要的组成部分。
本书针对钢铁及合金材料及其产品的物理检测技术，打破常规的物理检测范畴，内容涵盖了金相检测、电子光学检测、物理性能检测、力学性能检测、无损检测，还包括了综合运用上述检测方法的失效分析技术。本书结合作者的实际工作经验深入浅出地讲述了检测方法、检测仪器设备，分析了钢铁材料和相关产品的检测特点。书中不乏作者的工作体会和检测分析技巧，不少内容是首次公开，例如通用设备的工装辅具、部分工业CT应用实例、部分金相组织和微观组织照片等。本书着重于钢铁及合金物理检测技术知识的归纳和总结，意在使准备步入和已在该行业工作的检测人员对钢铁及合金物理检测技术有一个更宏观、更直接的认识和了解，以便更好地进行工作和研究。
本书可作为从事钢铁及合金物理检测技术等技术人员的用书，还可作为钢铁及合金物理检测技术领域的大中专学生的学习用书，也可作为本行业从业人员职业技术考试培训用书。
由于编者水平所限，书中疏漏和不妥之处在所难免，敬请各位同行专家和广大读者批评指正，以便不断完善。编者第一章钢铁及合金基础知识第一节 钢铁及合金的分类和编号一、分类
1.钢的分类（1）按用途分 可分为结构钢、工具钢、特殊性能钢。
①结构钢 按成分可分为碳素结构钢和合金结构钢两类；按工艺可分为冷变形钢、易切削钢、调质钢、非调质钢、高强度马氏体钢、贝氏体钢、双相钢、弹簧钢、轴承钢等。
②工具钢 按用途可分为刀具用钢、模具用钢和量具用钢；按化学成分可分为碳素工具钢、合金工具钢和高速工具钢。模具钢按工作状态又可分为冷作模具钢、热作模具钢和塑料模具钢。
③特殊性能钢 可分为不锈钢、耐热钢、耐磨钢、磁钢等。不锈钢按组织可分为马氏体不锈钢［1Cr13、3Cr13、9Cr18、1Cr17Ni2、9Cr18MoV等（Cr低C高）］、铁素体不锈钢［0Cr13、1Cr17、1Cr28、1Cr17Ti、1Cr25Ti等（Cr高C低）］、奥氏体不锈钢（0Cr18Ni9、1Cr18Ni9、1Cr18Ni9Ti等）、双相不锈钢（0Cr21Ni5Mo2Ti、00Cr25Ni5Mn等）和沉淀硬化不锈钢（17-7PH、17-4PH、PH15-7Mo等）耐热钢按性能可分为抗氧化钢和热强钢；按组织可分为铁素体耐热钢（0Cr13Al、1Cr17、2Cr25N等）、珠光体铁素体耐热钢（15CrMo、12Cr1MoV、12Cr2MoWVB、17CrMo1V等）、马氏体耐热钢（1Cr13、1Cr11MoV、1Cr12WMoV、2Cr12NiMoWV、4Cr9、4Cr10Si2Mo等）、奥氏体耐热钢（0Cr19Ni9、1Cr18Ni9Ti、4Cr14Ni14W2Mo、5Cr21Mn9Ni4N、2Cr25Ni20等）。（2）按化学成分分 可分为碳素钢和合金钢。碳素钢又可分为低碳钢（w≤0.25％）、中碳钢（0.25％
①根据平衡态或退火组织分为亚共析钢、共析钢、过共析钢和莱氏体钢。
②根据正火组织分为珠光体钢、贝氏体钢、马氏体钢和奥氏体钢。
③根据室温组织分为铁素体钢、奥氏体钢、马氏体钢和双相钢。（4）按品级（主要是依据钢中P、S等有害元素的含量）分 可分为普通钢、优质钢、高级优质钢和特级优质钢。
2.铸铁的分类
按照碳的存在形式可分为白口铸铁（渗碳体形式）、灰口铸铁（石墨形式）、麻口铸铁（两种形式都有）。在实际运用中最常用的是灰口铸铁，根据石墨的形态又可分为灰铸铁、可锻铸铁、球墨铸铁和蠕墨铸铁。
3.合金的分类
根据组成元素的数目可分为二元合金、三元合金和多元合金；根据结构可分为混合物合金（共熔混合物）、固溶体合金、金属互化物合金。高温合金按成分可分为铁基、镍基、钴基，还有铬基、钼基等；按基本成形方式分为变形高温合金、铸造高温合金、焊接用高温合金、粉末冶金高温合金和弥散强化高温合金。二、编号
1.钢的编号
我国的钢材编号采用国际化学符号、汉语拼音字母和阿拉伯数字并用的原则。稀土元素含量不多但种类却不少，因此用RE表示其总含量。产品名称、用途、冶炼和浇注方法等，采用汉语拼音字母表示。采用汉语拼音字母，原则上只取一个，一般不超过两个。（1）普通碳素结构钢
①由Q+数字+质量等级符号+脱氧方法符号组成。它的钢号冠以Q，代表钢材的屈服点，后面的数字表示屈服点数值，单位是MPa。例如，Q235表示屈服点为235MPa的碳素结构钢。
②必要时钢号后面可标出表示质量等级和脱氧方法的符号。质量等级符号分别为A、B、C、D。脱氧方法符号：F表示沸腾钢；b表示半镇静钢；Z表示镇静钢；TZ表示特殊镇静钢，镇静钢可不标符号，即Z和TZ都可不标。例如，Q235-AF表示A级沸腾钢。
③专门用途的碳素钢，如桥梁钢、船用钢等，基本上采用碳素结构钢的表示方法，但在钢号最后附加表示用途的字母。（2）优质碳素结构钢
①钢号开头的两位数字表示钢的碳含量，以平均碳含量的万分之几表示。例如，平均碳含量为0.45％的钢，钢号为45，它不是顺序号，所以不能读成45号钢。
②锰含量较高的优质碳素结构钢，应将锰元素标出，如50Mn。
③沸腾钢、半镇静钢及专门用途的优质碳素结构钢应在钢号最后特别标出，如平均碳含量为0.1％的半镇静钢，其钢号为10b。（3）碳素工具钢
①钢号冠以T，以免与其他钢类相混。
②钢号中的数字表示碳含量，以平均碳含量的千分之几表示。例如，T8表示平均碳含量为0.8％。
③锰含量较高者，在钢号最后标出Mn，如T8Mn。
④高级优质碳素工具钢的磷、硫含量，比一般优质碳素工具钢低，在钢号最后加注字母A，以示区别，如T8MnA。（4）合金结构钢
①钢号开头的两位数字表示钢的碳含量，以平均碳含量的万分之几表示，如40Cr。
②钢中主要合金元素，除个别微合金元素外，一般以百分之几表示。当平均合金含量<1.5％时，钢号中一般只标出元素符号，而不标明含量，但在特殊情况下易导致混淆者，在元素符号后也可标以数字1，如钢号12CrMoV和12Cr1MoV，前者铬含量为0.4％～0.6％，后者为0.9％～1.2％，其余成分全部相同。当合金元素平均含量≥1.5％、≥2.5％、≥3.5％等时，在元素符号后面应标明含量，可相应表示为2、3、4等，如18Cr2Ni4WA。
③钢中的钒V、钛Ti、铝Al、硼B、稀土RE等合金元素，均属微合金元素，虽然含量很低，仍应在钢号中标出。例如，20MnVB中钒含量为0.07％～0.12％，硼含量为0.001％～0.005％。
④高级优质钢应在钢号最后加A，以区别于优质钢。
⑤专门用途的合金结构钢，钢号冠以（或后缀）代表该钢种用途的符号。例如铆螺专用钢30CrMnSi，钢号表示为ML30CrMnSi。（5）合金工具钢和高速工具钢
①合金工具钢钢号的平均碳含量≥1.0％时，不标出碳含量，当平均碳含量<1.0％时，以千分之几表示，如Cr12、CrWMn、9SiCr、3Cr2W8V。
②钢中合金元素含量的表示方法，基本上与合金结构钢相同。但对铬含量较低的合金工具钢钢号，其铬含量以千分之几表示，并在表示含量的数字前加0，以便把它和一般元素含量按百分之几表示的方法区别开来，如Cr06。
③高速工具钢的钢号一般不标出碳含量，只标出各种合金元素平均含量的百分之几。例如，钨系高速钢的钢号表示为W18Cr4V。钢号冠以字母C者，表示其碳含量高于未冠C的通用钢号。（6）滚动轴承钢
①钢号冠以字母G，表示滚动轴承钢。
②高碳铬轴承钢钢号的碳含量不标出，铬含量以千分之几表示，如GCr15。渗碳轴承钢的钢号表示方法，基本上和合金结构钢相同。（7）不锈钢和耐热钢
①钢号中碳含量以千分之几表示。例如，2Cr13的平均碳含量为0.2％。钢中碳含量≤0.03％或≤0.08％者，钢号前分别加00及0，如00Cr17Ni14Mo2、0Cr18Ni9等。
②对钢中主要合金元素以百分之几表示，而钛、铌、锆、氮等则按上述合金结构钢对微合金元素的表示方法标出。（8）易切削钢
①钢号冠以Y，以区别于优质碳素结构钢。
②字母Y后的数字表示碳含量，以平均碳含量的万分之几表示。例如，平均碳含量为0.3％的易切削钢，其钢号为Y30。
③锰含量较高者，也在钢号后标出Mn，如Y40Mn。（9）弹簧钢 按化学成分可分为碳素弹簧钢和合金弹簧钢两类，其钢号表示方法，前者基本上与优质碳素结构钢相同，后者基本上与合金结构钢相同。
2.铸铁的编号
铸铁的牌号表示方法参见GB/T 5612—2008《铸铁牌号表示方法》。铸铁基本代号由表示该铸铁特征的汉语拼音的第一个大写字母组成，当两种铸铁名称的代号字母相同时，可在该大写字母后加小写字母来区别。当要表示铸铁组织特征或特殊性能时，代表铸铁组织特征或特殊性能的汉语拼音的第一个大写字母排列在基本代号的后面，如HT代表灰铸铁，HTS代表耐蚀灰铸铁。
以化学成分表示铸铁牌号时，合金元素符号及名义含量排在铸铁代号之后，按元素含量递减次序排列。常规元素（碳、硅、锰、硫、磷）只在有特殊作用时才标注，合金元素名义含量数值修约按GB/T 8170执行，如HTSSi15Cr4RE。
以力学性能表示铸铁牌号时，力学性能值排在铸铁代号及合金元素符号之后，与合金元素符号和含量之间用“-”隔开。力学性能第一组数字表示抗拉强度（MPa），第二组数字表示伸长率（％），两组数字间用“-”隔开，如QT400-18。也有只用抗拉强度一组数字表示的。
3.高温合金的编号
采用字母前缀和阿拉伯数字的表示方法。变形高温合金用GH表示，等轴晶铸造高温合金用K表示，定向凝固柱晶高温合金用DZ表示，单晶高温合金用DD表示，焊接用高温合金丝用HGH表示，粉末冶金高温合金用FGH表示，弥散强化高温合金用MGH表示，金属间化合物高温材料用JG表示。
阿拉伯数字的表示方法分为两类。变形高温合金和焊接用高温合金丝牌号中有四位阿拉伯数字，第一位表示合金的分类号，第二位至第四位表示合金的编号，不足三位的合金编号用数字0补齐，0放在第一位表示分类号的数字与合金编号之间。铸造高温合金一般用三位阿拉伯数字表示，其余类型高温合金和金属间化合物高温材料用四位阿拉伯数字表示。详细编号参照GB/T 14992—2005《高温合金及金属间化合物高温材料的分类和牌号》。三、钢铁及合金牌号统一数字代号体系
2014年9月1日中国国家标准化管理委员会发布了GB/T 17616—2013《钢铁及合金牌号统一数字代号体系》，与现行GB/T 221—2000《钢铁产品牌号表示方法》并用。其中统一数字代号由固定的六位符号组成，左边首位用大写的拉丁字母作前缀，后接五位阿拉伯数字，字母和数字之间应无间隙排列。统一数字代号的结构形式如下：
钢铁及合金的分类和编组主要按其基本成分、特性和用途，同时兼顾我国现有的习惯。详细编号规则见标准。例如，GCr15和HT100按照该标准统一数字代号分别为B00150和C00100。第二节 金属学一、金属和金属键
通常人们所说的金属是具有良好的导电性、导热性、延展性（塑性）和金属光泽的物质。而对于金属比较严格的定义是：金属是具有正的电阻温度系数的物质，而所有的非金属的电阻都随着温度的升高而下降，其电阻温度系数为负值。
金属原子之间的连接通过金属键实现。根据近代物理和化学的观点，金属键是指处于聚集状态的金属原子，全部或大部分将它们的价电子贡献出来，这些价电子在所有原子核周围按量子力学规律运动着，即电子云，贡献出价电子的原子，则变成了正离子，沉浸在电子云中，它们依靠运动于其间的公有化的自由电子的静电作用而结合起来。二、晶体结构
自然界中的晶体有成千上万种，它们的晶体结构各不相同，但若根据晶胞的三个晶格常数和三个轴间夹角的相互关系，则晶体结构可分为7大晶系、14种空间点阵（关于晶胞及7大晶系、14种空间点阵的相关知识可参考《材料科学基础》）。
最常见的晶体结构有三种，即体心立方结构、面心立方结构和密排六方结构。前两者属于立方晶系，后一种属于六方晶系。
体心立方晶格的晶胞模型见图1-1，三条棱边长相等，三个轴夹角均为90°，8个原子处于立方体的角上，1个原子处于立方体的中心，角上8个原子与中心原子紧靠，其配位数为8，致密度为0.68。具有体心立方晶格的金属有钾（K）、钼（Mo）、钨（W）、钒（V）、α-铁（α-Fe，<912℃）等。图1-1 体心立方晶胞
面心立方晶格的晶胞模型见图1-2，同样三条棱边长相等，三个轴夹角均为90°，金属原子分布在立方体的8个角上和6个面的中心，面中心的原子与该面4个角上的原子紧靠，其配位数为12，致密度为0.74。具有这种晶格的金属有铝（Al）、铜（Cu）、镍（Ni）、金（Au）、银（Ag）、γ-铁（γ-Fe，912～1394℃）等。图1-2 面心立方晶胞
密排六方晶格的晶胞模型见图1-3，12个金属原子分布在六方体的12个角上，在上下底面的中心各分布1个原子，上下底面之间均匀分布3个原子，其配位数为12，致密度为0.74。具有密排六方晶格的金属有锌（Zn）、镁（Mg）、钛（α-Ti）等。图1-3 密排六方晶胞三、配位数和致密度
1.配位数
配位数是指晶体结构中与任一原子最邻近、等距离的原子数目。配位数越大，晶体的原子排列便越紧密。
2.致密度
若把原子看作刚性圆球，那么原子之间必然存在空隙，用原子所占体积与晶胞体积之比表示原子排列紧密程度，称为致密度，公式为
式中 K——晶体的致密度；
n——一个晶胞实际包含的原子数；
V——一个原子的体积；1
V——晶胞的体积。四、晶体缺陷
实际金属的原子排列不一定像理想的这么完美，它们总不可避免地存在一些偏离，从而造成排列不完整性的区域称为缺陷。根据晶体缺陷的几何特征，可把缺陷分为点缺陷、线缺陷和面缺陷。
点缺陷：其特征是三个方向上的尺寸都很小，相当于原子的尺寸，称零维缺陷，如空位、间隙原子、杂质原子等。
线缺陷：其特征是在两个方向尺寸上很小，另外两个方向延伸较长，也称一维缺陷，集中表现形式是位错。
面缺陷：其特征是二维尺度很大而第三维尺度很小的缺陷。面缺陷的种类繁多，金属晶体中的面缺陷主要有两种：晶界和亚晶界。五、合金的相
工业上使用的金属材料大多为合金，组成合金的基本、独立的物质称为组元。一般来说，组元就是组成合金的元素，但也可以是稳定的化合物。当不同的组元经熔炼或烧结组成合金时，这些组元间由于物理的和化学的相互作用，形成具有一定晶体结构和一定成分的相。相是指合金中结构相同、成分和性能均一、并以界面互相分开的组成部分。
由一种固相组成的合金称为单相合金，由几种不同的相组成的合金称为多相合金。不同的相有不同的特点，合金根据相的晶体结构特点可分为固溶体和金属间化合物。
按溶质原子在晶格中所占的位置，可把固溶体分为置换固溶体和间隙固溶体。置换固溶体是指溶质原子位于溶剂晶格的某些结点位置而形成的固溶体；间隙固溶体是指溶质原子不是占据溶剂晶格的正常位置，而是填入溶剂原子间的一些间隙中。
金属间化合物是合金组元间发生相互作用而形成的一种新相，又称中间相，其晶格类型及性能均不同于任一组元。在金属间化合物中，除了离子键、共价键外，金属键也参与作用，因而它具有一定的金属性质。第三节 热处理
钢的热处理工艺可分为普通热处理（退火、正火、淬火和回火）、表面热处理（表面淬火和化学热处理）及形变热处理等。一、退火
退火是将钢加热至临界点以上或以下温度，保温以后随炉缓慢冷却以获得近于平衡状态组织的热处理工艺。目的是均匀钢的化学成分及组织，细化晶粒，调整硬度，消除内应力和加工硬化，改善钢的成形及切削加工性能，并为淬火做好组织准备。
退火工艺按加热温度不同可分为完全退火、不完全退火和球化退火、扩散退火、去应力退火、再结晶退火。退火温度示意见图1-4。图1-4 退火、正火加热温度示意
完全退火主要用于亚共析钢，是将钢件加热到温度以上20～30℃，经完全奥氏体化后进行缓慢冷却，以获得近于平衡组织的热处理工艺。完全退火的目的是细化晶粒、均匀组织、消除内应力、降低硬度和改善钢的切削加工性能和冷塑性变形能力。
不完全退火主要用于过共析钢获得球状珠光体组织，是将钢加热至（亚共析钢）或（过共析钢）之间，经保温缓慢冷却以获得近于平衡组织的热处理工艺。不完全退火的目的是降低硬度、消除内应力、改善切削加工性。不完全退火又称为球化退火，实际上球化退火是不完全退火的一种。
球化退火主要用于共析钢、过共析钢和合金工具钢，是将钢中碳化物球化，获得粒状珠光体（图1-5）的一种热处理工艺。球化退火的目的是降低硬度、均匀组织、改善切削加工性，并为淬火做组织准备。过共析钢为片状珠光体和网状二次渗碳体时，不仅硬度高，难以进行切削加工，而且增大了钢的脆性，容易产生淬火变形和开裂。因此，必须进行球化退火，使碳化物球化后获得粒状珠光体。图1-5 粒状珠光体
扩散退火又称均匀化退火，是将铸件等加热至略低于固相线的温度下长时间保温，然后缓慢冷却以消除化学成分不均匀现象的热处理工艺。扩散退火目的是消除枝晶偏析及区域偏析，使成分均匀化。扩散退火通常为或以上150～300℃，具体加热温度视偏析程度而定。保温时间通常按照钢件的最大有效截面计算，一般不超过15h。
去应力退火是将工件加热到A以下的某个温度，一般在500～c1650℃之间，保温时间根据工件的截面尺寸和装炉量决定。保温一定时间后缓慢冷却，冷却到150～300℃后出炉，空冷至室温。钢材在热轧或锻造后，在冷却过程中因表面和心部冷却速度不同，造成内外温差会产生残余应力。这种应力和后续工艺因素产生的应力叠加，易使工件发生变形开裂。去应力退火的目的是为了消除锻件、焊接件、热轧件、冷冲件等的残余应力，以提高零件的尺寸稳定，防止变形开裂。
再结晶退火是把冷变形后的金属加热到再结晶温度以上保持适当的时间，使变形晶粒重新转变为均匀等轴晶粒而消除加工硬化的热处理工艺。冷变形钢的再结晶温度和化学成分、形变量等因素有关。一般来说，形变量越大，再结晶温度越低，再结晶退火温度也越低。一般钢材再结晶退火温度为650～700℃，保温时间为1～3h，然后空冷至室温。二、正火
正火是将钢加热到或以上适当温度，保温以后在空气中冷却到珠光体类组织（图1-6、图1-7）的热处理工艺。正火过程的实质是完全奥氏体化+伪共析转变。与完全退火相比，两者温度相同，但正火冷却速度较快，转变温度较低。因此钢材正火后获得的珠光体组织较细，钢的强度、硬度较高。图1-6 较低倍数时的珠光体和铁素体图1-7 较高倍数时的片状珠光体和铁素体
正火可以作为预备热处理，为机械加工提供合适的硬度，又能细化晶粒、消除应力、消除魏氏组织和带状组织，为最终热处理提供合格的组织状态。正火还可以作为最终热处理，为某些受力较小、性能要求不高的碳素钢结构零件提供合适的机械性能。三、淬火
淬火是将钢加热到临界点A或A以上（30～50℃）一定温度，c3c1保温以后以大于临界冷却速度的速度冷却，得到马氏体或贝氏体为主的热处理工艺。目的是提高零件的强度、硬度和耐磨性。淬火温度的选择应以获得均匀细小的奥氏体晶粒为原则，以便淬火后获得细小的马氏体组织。淬火温度过高，组织粗大，韧性下降；淬火温度过低，无法得到马氏体组织。冷却速度过快，应力过大，容易开裂；冷却速度过慢，无法得到马氏体组织。因此适当选择冷却介质才能获得好的淬火效果。淬火冷却介质有水、不同浓度的盐水、各种矿物油等。
淬火过程中会发生形变和尺寸变化，有时甚至要产生淬火裂纹。主要是由于淬火会产生淬火应力，包括热应力和组织应力。热应力是淬火过程中不同位置存在温度差，导致热胀冷缩不一致而产生的应力。组织应力是冷却时由于温度差异造成不同部位组织转变不同而产生的应力。
淬火方法有单液淬火法、双液淬火法、喷射淬火法、分级淬火法、等温淬火法，它们的冷却曲线分别见图1-8。图1-8 各种淬火方法的冷却曲线1—单液淬火；2—双液淬火；3—分级淬火；4—等温淬火法
单液淬火用于形状简单的碳钢和合金钢工件，尺寸较大的碳素钢工件适宜采用双液淬火，喷射淬火主要用于局部淬火，分级淬火只适用于尺寸较小的工件和要求形变量很小的精密工件，等温淬火适宜处理形状复杂、尺寸要求精密的工具和重要的机器零件。
钢的淬透性是指奥氏体化后的钢在淬火时获得马氏体的能力，其大小表示在一定条件下淬火获得的淬透层深度。淬透层深度一般表现为由表面至半马氏体区的深度。四、回火
回火是将淬火钢在A以下温度加热，使其转变为稳定的回火组1织，并以适当的方式冷却到室温的工艺过程。回火的本质是淬火马氏体分解和碳化物的析出、聚集、长大过程。
回火有低温回火、中温回火和高温回火等几种。低温回火温度为150～250℃，回火组织为回火马氏体（图1-9、图1-10）；中温回火温度为350～500℃，回火组织为回火屈氏体（图1-11）；高温回火温度为500～650℃，回火组织为回火索氏体（图1-12）。淬火+高温回火称为调质处理，经调质处理后，钢材具有优良的综合性能。图1-9 回火马氏体（材料牌号：45）图1-10 细针状马氏体+碳化物（材料牌号：GCr15）图1-11 回火屈氏体+铁素体（材料牌号：45）图1-12 回火索氏体（材料牌号：42CrMo）
随着回火温度的升高，淬火钢的强度、硬度降低，而塑性、韧性增加。但在许多钢中发现，钢的韧性并非随回火温度的升高而连续提高，在某些温度范围内回火后，其韧性反而降低，这种现象称为回火脆性。回火脆性有低温回火脆性和高温回火脆性。
低温回火脆性是指淬火钢在250～400℃之间回火后出现韧性降低，几乎所有工业用钢都有不同程度的低温回火脆性。这是由于从马氏体中析出碳化物，沿着马氏体条间、束的边界或马氏体的孪晶带及晶界析出，并与S、P、Sb、As等有害微量元素在晶界、相界上聚集有关。
高温回火脆性是由于杂质元素S、P、Sb、As等在高温回火时偏聚在原奥氏体晶界上或微裂纹表面上引起的。一般含有Cr、Ni、Mn等合金元素的合金钢淬火后在450～650℃回火后产生韧性下降，是可逆的。第四节 铁碳相图一、相图中的点、线、区的意义
通常情况下，碳在钢中以FeC的形式存在，铁碳合金通常按Fe-3FeC相图进行转变。图1-13所示为Fe-FeC相图，它是研究钢铁材料33的基础，图中各特性点的温度、碳含量及意义见表1-1。各特性点的符号是国际通用的，不能随意更换。图1-13 铁碳相图表1-1 铁碳合金相图中的特性点
相图中的液相线是ABCD，固相线是AHJECF。相图中有五个单相区，分别是：
ABCD以上——液相区（用符号L表示）；
AHNA——δ固溶体区（用符号δ表示）；
NJESGN——奥氏体区（用符号γ或A表示）；
GPQG——铁素体区（用符号α或F表示）；
DFKZ——渗碳体区（用FeC或Cm表示）。3
相图中还有七个两相区，它们是：L+δ，L+γ，L+FeC，δ+γ，α3+γ，γ+FeC，α+FeC。33
相图中有三条水平线，即HJB——包晶转变线，ECF——共晶转变线，PSK——共析转变线。两条水平虚线分别为铁素体的磁性转变线（770℃）和渗碳体的磁性转变线（230℃）二、包晶转变（水平线HJB）
在1495℃恒温下，碳含量（质量分数）为0.53％的液相与碳含量（质量分数）为0.09％的δ铁素体发生包晶反应，形成碳含量（质量分数）为0.17％的奥氏体，其反应式为
进行包晶反应时，奥氏体沿δ相和液相两个方向长大，δ相和液相同时耗尽，最终形成单相奥氏体。三、共晶反应（水平线ECF）
在1148℃恒温下，碳含量（质量分数）为4.3％的液相转变为碳含量（质量分数）为2.11％的奥氏体和渗碳体的机械混合物，又称为莱氏体，用L表示，其反应式为d
在莱氏体中，渗碳体是连续分布的相，奥氏体呈颗粒状分布在渗碳体的基底上，由于渗碳体很脆，所以莱氏体是塑性很差的组织。四、共析转变（水平线PSK）
在727℃恒温下，碳含量（质量分数）为0.77％的奥氏体转变为碳含量（质量分数）为0.0218％的铁素体和渗碳体的机械混合物，又称为珠光体，用P表示，其反应式为
经共析转变得到的珠光体是片层状的，其中铁素体的含量约是渗碳体的8倍（计算公式参考其他有关教材），因此在金相显微镜下，较厚的片是铁素体，较薄的片是渗碳体。五、固态转变线
GS线又称A线，是在冷却过程中，由奥氏体析出铁素体的开始3线，或者是在加热过程中，铁素体溶入奥氏体的终了线。
ES线又称线，是碳在奥氏体中的溶解度曲线，低于此温度，奥氏体中将析出渗碳体，称为二次渗碳体。
PQ线是碳在铁素体中的溶解度曲线，铁素体从727℃冷却，会从铁素体中析出渗碳体，称为三次渗碳体。第二章力学性能试验
钢铁及合金的力学性能是零件在设计和选材时的主要依据。根据零件服役时承受的载荷性质不同，对钢铁及合金要求的力学性能也不同。常用的力学性能指标包括强度、塑性、硬度、冲击韧性、多次冲击抗力和疲劳极限等。力学性能试验包括拉伸试验、硬度试验（其中布氏、洛氏、维氏三种试验方法应用最广）、冲击试验、压缩试验、弯曲试验、蠕变试验、疲劳试验和磨损试验等。第一节 拉伸试验一、概述
金属拉伸是历史最为悠久，应用最为广泛的力学性能试验方法之一。在大部分的材料手册工艺技术条件中都首先选用材料的拉伸性能指标来表征材料的性能。再者，拉伸指标也是材料供货、验收及生产和科研中最为主要的检测项目，是钢结构建筑和产品的重要设计依据。
拉伸性能试验可检测金属的抗拉强度、屈服强度、规定塑性延伸强度、断后伸长率和断面收缩率等。二、拉伸的基本原理
拉伸试验是在规定的温度、湿度和试验速率条件下，用静拉伸力对试样轴向拉伸，测量力和相应的伸长，一般都将样品拉至断裂，来测定其力学性能。在拉伸试验中，以纵坐标应力、横坐标应变绘制出的曲线称为应力-应变曲线。在应力-应变曲线上可方便地测得拉伸的各项性能指标。
伸长率是指断后标距的残余伸长（L-L）与原始标距（L）之u00比的百分率。
式中 A——断裂伸长率，％；
L——断后标距，mm；u
L——原始标距，mm。0
断面收缩率是指断裂后试样横截面积的最大缩减量（S-S）与0u原始横截面积（S）之比的百分率。0
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