金相试样制备与显示技术 -中南大学出版社

金相试样制备与显示技术

【作者】：韩德伟、张建新
【出版时间】：2005-05
【字数】：300（千字）
【定价】：￥42（元）
【出版社】：中南大学出版社
【ISBN】：7-81105-018-8/TO·003
【页码】：363（页）
【开本】：32开

全书除绪论外, 分通论和各论两篇, 通论是讲共性, 金属材料金相试样制备与显示技术的基本机理; 各论是对每类金属材料, 如钢铁、常用有色金属(铝、铜、镁、钛、铅、锌、锡及其合金等)、粉末冶金(包括硬质合金)、粉末烧结材料、钢结硬质合金、金属陶瓷以及高温合金等, 均分章、节地论述了有关试样制备及显示技术的特点。此外, 对难熔金属、贵金属、稀有金属、半金属及其合金的金相试样显示也提供了与其相适用的浸蚀剂。为了使书内容更全面些, 对上述金属材料及零件的低倍组织及缺陷试样制备及显示技术, 也作了论述。总之, 作者想努力地把书编好, 内容充实实用, 图文并茂, 并使其具手册功能。

书中“举例”, 有的是作者本人或作者所在单位同事的工作; 也有的是从同行撰写的书籍或杂志或学会交流论文(资料)中择选的; 还有的来自相关标准, 想借此证明本书所述内容的有效和复现性, 增加读者对本书内容的认同感。

本书内容适用于大、中、小型机械、冶金、金属材料加工厂金相室和与金属材料有关的高等院校、研究院所的工程技术人员、教师、研究生及高年级相关专业学生参考使用; 亦可供作金相技术办班用书、技术人员等级培训、等级考试学习班作为教材选用。

绪论……………………(1)

0.1 焊接的重要性及焊接结构在工业生产中的应用和特点……………………(1)

0.2 焊接结构的分类……………………(5)

0.3 焊接结构生产工艺过程……………………(6)

0.4 课程的性质及主要内容……………………(7)

0.5 学习本课程应达到的能力目标……………………(8)

模块一焊接应力与变形……………………(10)

1.1 焊接应力与变形的产生……………………(10)

1.1.1 应力与变形的基本知识……………………(10)

1.1.2 研究焊接应力与变形的基本假定……………………(11)

1.1.3 焊接应力与变形产生的原因……………………(12)

【综合训练】……………………(15)

1.2 焊接残余应力……………………(15)

1.2.1 焊接残余应力的分布……………………(15)

1.2.2 焊接残余应力对焊接结构的影响……………………(20)

1.2.3 减小焊接残余应力的措施……………………(21)

1.2.4 消除焊接残余应力的方法……………………(24)

1.2.5 焊接残余应力的测定……………………(26)

1.2.6 焊接应力与变形分析实训……………………(26)

【综合训练】……………………(28)

1.3 焊接残余变形……………………(29)

1.3.1 焊接残余变形的种类及其影响因素……………………(29)

1.3.2 预防焊接残余变形的措施……………………(34)

1.3.3 矫正焊接残余变形的方法……………………(40)

1.3.4 焊接变形的观测实训……………………(42)

【综合训练】 ……………………(44)

小结……………………(45)

模块二焊接接头及焊接结构的强度……………………(46)

2.1 焊接接头及坡口……………………(46)

2.1.1 焊接接头的基础知识……………………(46)

2.1.2 焊接坡口的基础知识……………………(47)

2.1.3 焊接接头的基本形式……………………(48)

【综合训练】……………………(50)

2.2 焊缝类型及焊缝符号……………………(50)

2.2.1 焊缝类型……………………(50)

2.2.2 焊缝符号……………………(51)

【综合训练】……………………(55)

2.3 焊接接头设计及强度计算……………………(56)

2.3.1 焊接接头的设计及选用原则……………………(56)

2.3.2 常见焊接接头的合理性比较……………………(56)

2.3.3 焊接接头的静载强度计算……………………(57)

【综合训练】……………………(60)

2.4 焊接结构的疲劳与断裂……………………(61)

2.4.1 焊接结构的疲劳强度……………………(61)

2.4.2 焊接结构的脆性断裂……………………(65)

【综合训练】……………………(73)

2.5 焊接结构的应力腐蚀破坏……………………(73)

2.5.1 应力腐蚀的基本知识……………………(73)

2.5.2 应力腐蚀的断裂过程……………………(74)

2.5.3 提高结构抗应力腐蚀破坏的途径……………………(75)

【综合训练】……………………(76)

小结……………………(76)

模块三焊接结构的备料及成形加工……………………(78)

3.1 钢材的预处理……………………(78)

3.1.1 钢材的净化……………………(78)

3.1.2 钢材的矫形……………………(79)

【综合训练】……………………(90)

3.2 划线与放样……………………(91)

3.2.1 划线……………………(91)

3.2.2 放样与号料……………………(94)

3.2.3 展开放样……………………(96)

【综合训练】……………………(98)

3.3 下料……………………(99)

3.3.1 手工下料……………………(99)

3.3.2 机械下料……………………(100)

【综合训练】 ……………………(103)

3.4 弯曲成形……………………(103)

3.4.1 弯曲成形的基础知识……………………(103)

3.4.2 机械压弯成形……………………(105)

3.4.3 板材、型材展开长度的计算……………………(105)

3.4.4 卷板……………………(107)

【综合训练】 ……………………(110)

3.5 冲压成形……………………(110)

3.5.1 拉延……………………(110)

3.5.2 旋压……………………(112)

3.5.3 爆炸成形……………………(112)

【综合训练】 ……………………(113)

小结……………………(113)

模块四焊接结构的装配……………………(114)

4.1 装配基本知识……………………(114)

4.1.1 装配的基本条件……………………(114)

4.1.2 零件的定位原理及定位……………………(115)

4.1.3 装配中的测量……………………(116)

【综合训练】……………………(117)

4.2 装配用具及设备……………………(118)

4.2.1 装配用工具……………………(118)

4.2.2 装配用夹具……………………(118)

4.2.3 装配用设备……………………(120)

【综合训练】……………………(121)

4.3 常用装配方法及装配工艺过程的制定……………………(122)

4.3.1 常用装配方法……………………(122)

4.3.2 装配工艺过程制定……………………(124)

【综合训练】……………………(125)

4.4 典型焊接结构的装配……………………(125)

4.4.1 球形储罐的现场组装……………………(125)

4.4.2 钢制焊接立式圆筒形储罐的现场组装……………………(127)

【综合训练】 ……………………(128)

小结……………………(128)

模块五焊接结构生产工艺规程的编制……………………(129)

5.1 焊接结构的工艺性审查……………………(129)

5.1.1 焊接结构工艺性审查的目的……………………(129)

5.1.2 焊接结构工艺性审查的步骤……………………(129)

5.1.3 焊接结构工艺性审查的内容……………………(130)

5.1.4 焊接结构工艺性审查举例……………………(130)

【综合训练】……………………(132)

5.2 焊接结构制造工艺规程制定……………………(133)

5.2.1 焊接结构制造工艺规程的基本知识……………………(133)

5.2.2 焊接结构制造工艺规程的编制……………………(134)

5.2.3 典型焊接结构工艺规程举例……………………(135)

【综合训练】……………………(138)

5.3 焊接结构的焊接工艺……………………(139)

5.3.1 焊接工艺制订的内容和原则……………………(139)

5.3.2 焊接方法及焊接工艺参数的选择……………………(139)

5.3.3 焊接工艺评定……………………(141)

5.3.4 典型焊接结构焊接工艺举例……………………(143)

【综合训练】……………………(145)

5.4 焊接结构生产工艺过程分析……………………(146)

5.4.1 生产纲领对工艺过程分析的影响……………………(146)

5.4.2 结构生产的要求对工艺过程分析的影响……………………(147)

5.4.3 工艺过程分析的方法和内容……………………(148)

5.4.4 典型焊接结构工艺过程分析举例……………………(148)

【综合训练】……………………(149)

小结……………………(150)

模块六典型焊接结构的生产工艺……………………(152)

6.1 压力容器的生产工艺……………………(152)

6.1.1 压力容器的基础知识……………………(152)

6.1.2 压力容器所用焊接接头形式……………………(154)

6.1.3 压力容器制造……………………(155)

6.1.4 典型压力容器的焊接工艺……………………(158)

6.1.5 锅炉及压力容器受压件纵缝、环缝的返修……………………(164)

【综合训练】……………………(164)

6.2 桥式起重机的生产工艺……………………(166)

6.2.1 焊接梁的结构……………………(167)

6.2.2 箱形梁的装配与焊接……………………(168)

6.2.3 梁焊接后的变形及其防止措施……………………(170)

【综合训练】……………………(173)

小结……………………(174)

模块七装配-焊接工艺装备……………………(175)

7.1 装配-焊接工艺装备基本知识……………………(175)

7.1.1 焊接工艺装备在焊接生产中的地位及作用……………………(175)

7.1.2 焊接工艺装备的种类及特点……………………(176)

【综合训练】……………………(177)

7.2 焊接工装夹具……………………(178)

7.2.1 焊接工装夹具的分类及组成……………………(178)

7.2.2 焊接工装夹具的选择与设计……………………(178)

【综合训练】……………………(191)

7.3 焊接变位机械……………………(194)

7.3.1 焊件变位机械……………………(194)

7.3.2 焊机变位机械……………………(200)

7.3.3 焊工变位机械……………………(203)

【综合训练】……………………(203)

7.4 焊接机器人简介……………………(204)

7.4.1 焊接机器人的发展历程及其在国内外应用现状……………………(204)

7.4.2 焊接机器人系统的组成和分类……………………(205)

7.4.3 弧焊机器人工作站……………………(206)

【综合训练】……………………(210)

小结……………………(210)

模块八焊接结构生产的组织管理、劳动保护与安全文明生产……………………(212)

8.1 焊接结构生产车间的组成与设计……………………(212)

8.1.1 焊接结构生产车间的类型和组成……………………(212)

8.1.2 焊接结构生产车间的设计……………………(213)

8.1.3 焊接工时及材料定额……………………(218)

【综合训练】……………………(219)

8.2 焊接结构生产的组织与质量管理……………………(219)

8.2.1 焊接结构生产的组织……………………(219)

8.2.2 焊接结构生产的质量管理……………………(221)

8.2.3 焊接结构生产过程质量控制……………………(223)

【综合训练】……………………(228)

8.3 焊接结构生产的劳动保护与安全文明生产……………………(228)

8.3.1 企业安全文明生产常识……………………(228)

8.3.2 焊接安全操作常识……………………(229)

8.3.3 焊接劳动卫生与防护……………………(232)

8.3.4 焊接生产安全管理……………………(236)

小结……………………(237)

参考文献……………………(239)

多年来, 笔者长期从事金相技术教学和实验室工作, 在工作中深切体会到金相试样制备与显示技术对金属研究工作之重要。由于这属应用技术, 常在相关图书中有简要介绍, 很少见到专门讲述金相试样制备与显示技术的书籍。

现在, 有了时间, 笔者将过去多年收集的一些资料整理出来, 又查阅一些相关图书、手册, 加上多年工作中的一些体会和本书编写合作者无锡港下精密砂纸厂张建新厂长有多年制造金相器材的经验, 合作编写成此书, 供读者查阅, 也是希望给相关人员一点方便和帮助。

本书的编写和出版, 要特别感谢中南大学出版社及出版社原社长兼总编辑田荣璋教授给予的大力支持和帮助。在本书编写过程中, 从选题至纲目设定, 田教授都给予了具体的关心、帮助和指导; 在审定时反复推敲、字斟句酌, 认真修改直至定稿付梓。

上海材料研究所李炯辉高级工程师、北京有色金属研究总院王桂生高级工程师、湖南机械工程学会原理化分会主任朱旭仁高级工程师、中南大学材料科学与工程学院及李红英教授、周善初教授、谢先娇高级实验师对本书的编写都给予了具体的关心和帮助; 以及在编写本书时所用参考资料及学会交流论文的原作者、标准起草人和相关出版者一并表示衷心感谢。

由于编写人水平所限, 不当和失误之处, 祈请赐教和指正。

韩德伟

2005年1月于中南大学

我很喜欢并长期从事金相分析工作, 《金相试样制备与显示技术》一书是我策划和组稿的, 在作者撰稿过程中, 我们又经常在一起切磋问题, 出版社委托我对该书进行审定, 作者让我作序, 不敢推辞。

用光学显微镜观察金属磨面, 研究其组织微观形貌与成分和性能的关系, 是英国科学家索尔拜(H C Sorby)于1860年第1次尝试, 并于1864年在历史上最早发表关于金属显微组织的论文。此后, 光学显微镜逐渐成为研究和检验金属材料组织的有效手段。正因为如此, “金相学”被认为是金属学的先导和形成基础, 也是早期金属学的代名词。“金相学”后来被推广到其他学科(如矿相学), 乃至从以研究金属材料为对象的技术, 拓展到所有材料都应用的一门技术。

大约在20世纪40年代, 电子显微镜腾空出世, 不受光波限制, 分辨率比光学显微镜高得多。70年代, 高分辨率电子显微术问世, 可以观察到单个晶胞内的原子排列。1982年, 宾宁(Binnig)等发明了世界上第1台扫描隧道显微镜(STM), 有极高的分辨率, 分辨率可达0.01~0.001 nm。电子显微镜点分辨率达0.19 nm, 点阵条纹分辨率达0.102 nm。而光学金相显微镜最大分辨率约为160 nm。1965年又出现扫描电子显微镜(SEM), 它可以对约1 μm微区大小范围进行材料形貌、成分、结构与取向的综合分析。

那么, 是不是光学金相显微镜就可以不用或少用了呢? 不然, 各有各的用途, 各有各的长处和不足。目前, 金相分析技术仍是材料科学与工程领域最广泛应用的, 简单易行的, 高效实用的研究和检验方法。金相检验则是各国和ISO国际材料检验标准中的重要物理检验项目类别。金相检验分析技术成熟, 设备成套, 购价便宜, 安装容易, 操作简便, 大小单位都会有能力购置、安装和使用, 已成一种研究、检验金属材料不可替代的常用的一种方法。

在过去的几十年中, 有过许多关于金相图谱, 包括铝合金的、铜合金的、钢铁材料和各种金属及合金的图谱等的著作出版。这些著作对新材料的开发、新工艺的研究; 对现场生产工艺和产品品质的监控; 对争议的分析、判断和解决, 都起到了可贵的作用。

我国著名的冶金学家周志宏教授生前曾说过: “出色的金相图片是材料与艺术的相互辉映, 令人爱不释手。”而“优秀的金相图片, 无一不需金相工作者付出大量的精力和心血”。拍摄出优秀的金相图片和对金相试样做精确的分析, 故然和金相显微镜的改进、完善和发展有关。但是, 没有精湛的金相试样制备与显示技术, 有再好的金相显微镜也是妄然。

金相检验分析(包括用放大镜或肉眼宏观分析低倍组织)的基本方法是: 在待检验的材料上截取试样, 打上标记, 小的需要镶嵌。然后进行粗磨光、细磨光及精抛光。试样制备完后, 再进行组织显示, 一般采用化学浸蚀方法, 将材料组织蚀刻突显出来, 这就是《金相试样制备与显示技术》一书的内容, 也是金相分析最关键的工作。金相分析是否正确, 图片拍照是否精美, 都与这些操作有关, 因此说这本书是金相分析必备的应用技术书籍。

在我与作者一起修改书稿和审定《金相试样制备与显示技术》一书时, 深深感到作者具可深厚的理论基础和丰富的实践经验, 用心良苦, 把自己多年的实际心得揉入其中, 使书稿内容充实而全面, 说理清楚, 举例实在, 紧扣实际应用解决难点, 此前尚未见过像这样一本专门讲述金相试样制备与显示技术的书籍, 可以说它即是一本专著, 又是一本带有手册性质的工具书, 是一本不可多得的好书。但是, 不能说就十全十美了, 有些问题需再版时改进、完善和补充。

作者韩德伟和我是多年共事的老朋友, 他老当益壮, 退休后在短短的几年内, 连续地编撰出版两本书, 是值得学习的好榜样。

韩德伟编写的《金属硬度检测技术手册》, 2003年才出版, 他和张建新合编的《金相试样制备与显示技术》又付梓, 可喜可贺。韩德伟非常谦虚, 老是说这两本书都是“应用技术”, 别人不愿意写我来“滥竽充数”。我看不然。应用技术的图书要有实践经验的人才能编写得出来, 才能对现场实际工作人员有教育、指导和技术支持的作用。不重视应用技术就提不高科研、教学质量和产品品质, 这是在我国近些年来的实践中证明了的。

中南大学出版社长期重视并真心实意地想在应用技术上下点功夫, 组织出版了《铝合金及其加工手册》、《铜合金及其加工手册》都是填补我国空白的大型工具书, 对我国铝和铜的加工业发展及提高加工技术水平起到了推动、支撑和服务的作用。《金属硬度检测技术手册》, 深受第一线从事金属力学性能检测工作的读者好评, 第1次印刷3000册, 很快售罄。《金相试样制备与显示技术》一书, 在未出版之际, 已有1200册订数, 说明市场的需求。正在组织编写的《钛合金应用技术手册》, 预计年内交稿……

我觉得中南大学出版社有远见卓识, 我们国家太需要应用技术的图书啦, 如果能把“应用技术”图书抓下去, 对国家科技进步、教学质量提高和产品品质监控定有好处。

统计一下上述几种图书的作者, 绝大多数是离退休的老教师、老专家和老工程技术人员。这些人, 几十年从事专业工作, 有深厚的理论知识, 也有丰富的实践经验, 还有运用文字整理资料的能力, 像这样的离退休科技工作者, 是国家的重要财富, 不可小视。

另外, 《金相试样制备与显示技术》一书的作者, 一位是学校长年从事教学的老教师, 另一位是多年从事金相制样用品生产的技术人员, 二人结合在一起编书出版, 应是理论与实际, 学校与企业相结合的楷模。

田荣璋

2005年4月