金属材料与金属监督

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1、金属材料和金属监督2005年9月成分―――组织―――性能学习材料的一条主线一、金属材料及热处理基本知识金属材料的性能包括以下两个方面：使用性能和工艺性能使用：力学性能：强度、硬度、刚度、塑性、韧性物理性能：密度、熔点、导热性、热膨胀性化学性能：耐蚀性、热稳定性工艺：冷热加工，铸造　焊接　热处理　压力加工　切削加工钢的熔化温度在1500℃左右1、材料力学基本知识力学性能指标主要有强度、硬度、塑性、韧性1.1应力与应变物体在外力作用下，其形状尺寸所发生的相对改变称为应变。物体任一单位截面积上的内力大小常称为应力。1.2

2、强度金属的强度是指金属抵抗永久变形和断裂的能力评价材料强度性能的两个主要指标是抗拉强度和屈服强度δ0.2含义是材料塑性伸长0.2%作为屈服点，其屈服强度用δ0.2表示我国锅炉压力容器规范强度设计的安全系数的取值范围1.5~5.0锅炉ns1.5nb2.7容器ns1.6nb31.3塑性塑性是指材料在载荷作用下断裂前发生不可逆永久变形的能力。常用伸长率和断面收缩率δ5表示试件试件长度与直径的比值5δ10表示试件试件长度与直径的比值101.4硬度硬度是指材料抵抗局部塑性变形或表面损伤的能力里氏硬度是采用测量冲击测头的弹跳速

3、度方法来确定硬度值布氏硬度是采用测量压痕直径来确定硬度值维氏硬度是采用测量压痕两对角线平均长度来确定硬度值洛氏硬度是采用测量压痕深度来确定硬度值1.5冲击韧性冲击韧性是指材料在外加冲击载荷作用下断裂时消耗能量大小的特性塑性指标较高的材料不一定都具有较高的冲击韧性1.6有关材料方面的进一步知识剪切应力是一对方向相反，作用线相距很近的横向集中力。弯曲应力是一对大小相等方向相反的力偶。交变应力，构件在工作时出现随时间而交替变化的应力，正弦应力集中是由于截面的尺寸突然变化而引起的应力局部增大的现象，在锅炉压力容器中应力集中

4、往往是缺陷引起，咬边、气孔、夹渣、裂纹、未焊透、未熔合屈强比越大，材料的屈服强度与强度极限的比值越大,使用高屈强比的材料可以节省材料用量2、金属学与热处理基本知识2.1金属的晶体结构体心立方：α－铁、δ－铁Cr面心立方：AlCuNi密排六方：MgZn晶体的点缺陷、线缺陷、面缺陷晶格缺陷：空位、间隙原子、置代原子　　；位错　　；晶界空位、间隙原子、置代原子的存在使金属屈服点和抗拉强度增高位错的存在则使金属容易塑性变形，强度降低2.2铁碳合金的基本组织钢和铸铁统称为铁碳合金铁碳合金中含碳0.02%~2%称为钢。铁碳合金

5、中含碳大于2%称为铁。钢――强而韧　　铁――弱而脆铁碳合金状态图只研究含碳量小于6.67%的部分，这部分组元是铁与渗碳体FeFeC3铁素体是碳溶于α－铁或δ－铁中的固溶体奥氏体是碳溶于γ－铁的固溶体2.2铁碳合金的基本组织渗碳体是铁和碳的金属化合物珠光体是含碳量为0.77%的铁碳合金的组织含碳量小于0.77%的铁碳合金称为亚共析钢含碳量大于0.77%的铁碳合金称为过共析钢含碳量等于0.77%的铁碳合金称为共析钢2.2铁碳合金的基本组织低碳钢的正常组织是铁素体＋珠光体，碳含量越低，铁素体含量越多，塑性和韧性也就越好，

6、但强度和硬度却随之降低。过共析钢的组织是珠光体＋渗碳体含碳量等于0.77%的铁碳合金称为共析钢2.3热处理的一般过程热处理的基本工艺是由加热、保温、冷却阶段构成。热处理不能够改变材料的成分。热处理能够改变材料的组织。热处理能够改变材料的性能。2.3热处理的一般过程加热时的转变―――奥氏体的形成冷却时的转变―――奥氏体的分解含碳量为0.2%的钢加热1000℃会变成奥氏体。含碳量为0.16%的钢加热727℃左右会开始生出奥氏体。2.4锅炉压力容器用钢常见金相组织和性能奥氏体塑性很高，硬度和屈服点较低；奥氏体是碳溶于γ－

7、铁的固溶体，面心立方，奥氏体不具有铁磁性。铁素体是碳与合金元素溶解于α－铁中的固溶体，体心立方，铁素体在770℃以下具有铁磁性，超过770℃不具有铁磁性。2.4锅炉压力容器用钢常见金相组织和性能渗碳体Fe3C是铁和碳的金属化合物，也称碳化铁，硬度高，含碳量6.67%，脆性很大，塑性近乎于零马氏体是碳在α－铁中的过饱和固溶体，回火低碳马氏体具有较高的强度和较好的韧性珠光体由铁素体和渗碳体相间排列的片层状组织2.4锅炉压力容器用钢常见金相组织和性能贝氏体是过冷奥氏体在中温区间相变产生的过饱和的铁素体和渗碳体混合物带状组

8、织铁素体和珠光体沿加工方向平行成层分布的条带组织魏氏组织亚共析钢从晶界向晶粒内部生长的片状α－铁2.5锅炉压力容器常用热处理工艺退火将试件加热到适当温度，保温一定时间后缓慢冷却。完全退火是将工件加热到Ac3以上30℃~50℃，保温后在炉内缓慢冷却。不完全退火是将工件加热到Ac1以上30℃~50℃，保温后在炉内缓慢冷却。消除应力退火是将工件加热到Ac1以下10