金屬材料與金屬監(jiān)督

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1、金屬材料和金屬監(jiān)督2005年9月成分―――組織―――性能學(xué)習(xí)材料的一條主線一、金屬材料及熱處理基本知識金屬材料的性能包括以下兩個方面：使用性能和工藝性能使用：力學(xué)性能：強度、硬度、剛度、塑性、韌性物理性能：密度、熔點、導(dǎo)熱性、熱膨脹性化學(xué)性能：耐蝕性、熱穩(wěn)定性工藝：冷熱加工，鑄造　焊接　熱處理　壓力加工　切削加工鋼的熔化溫度在1500℃左右1、材料力學(xué)基本知識力學(xué)性能指標(biāo)主要有強度、硬度、塑性、韌性1.1應(yīng)力與應(yīng)變物體在外力作用下，其形狀尺寸所發(fā)生的相對改變稱為應(yīng)變。物體任一單位截面積上的內(nèi)力大小常稱為應(yīng)力。1.2

2、強度金屬的強度是指金屬抵抗永久變形和斷裂的能力評價材料強度性能的兩個主要指標(biāo)是抗拉強度和屈服強度δ0.2含義是材料塑性伸長0.2%作為屈服點，其屈服強度用δ0.2表示我國鍋爐壓力容器規(guī)范強度設(shè)計的安全系數(shù)的取值范圍1.5~5.0鍋爐ns1.5nb2.7容器ns1.6nb31.3塑性塑性是指材料在載荷作用下斷裂前發(fā)生不可逆永久變形的能力。常用伸長率和斷面收縮率δ5表示試件試件長度與直徑的比值5δ10表示試件試件長度與直徑的比值101.4硬度硬度是指材料抵抗局部塑性變形或表面損傷的能力里氏硬度是采用測量沖擊測頭的彈跳速

3、度方法來確定硬度值布氏硬度是采用測量壓痕直徑來確定硬度值維氏硬度是采用測量壓痕兩對角線平均長度來確定硬度值洛氏硬度是采用測量壓痕深度來確定硬度值1.5沖擊韌性沖擊韌性是指材料在外加沖擊載荷作用下斷裂時消耗能量大小的特性塑性指標(biāo)較高的材料不一定都具有較高的沖擊韌性1.6有關(guān)材料方面的進(jìn)一步知識剪切應(yīng)力是一對方向相反，作用線相距很近的橫向集中力。彎曲應(yīng)力是一對大小相等方向相反的力偶。交變應(yīng)力，構(gòu)件在工作時出現(xiàn)隨時間而交替變化的應(yīng)力，正弦應(yīng)力集中是由于截面的尺寸突然變化而引起的應(yīng)力局部增大的現(xiàn)象，在鍋爐壓力容器中應(yīng)力集中

4、往往是缺陷引起，咬邊、氣孔、夾渣、裂紋、未焊透、未熔合屈強比越大，材料的屈服強度與強度極限的比值越大,使用高屈強比的材料可以節(jié)省材料用量2、金屬學(xué)與熱處理基本知識2.1金屬的晶體結(jié)構(gòu)體心立方：α－鐵、δ－鐵Cr面心立方：AlCuNi密排六方：MgZn晶體的點缺陷、線缺陷、面缺陷晶格缺陷：空位、間隙原子、置代原子　??；位錯　?。痪Ы缈瘴?、間隙原子、置代原子的存在使金屬屈服點和抗拉強度增高位錯的存在則使金屬容易塑性變形，強度降低2.2鐵碳合金的基本組織鋼和鑄鐵統(tǒng)稱為鐵碳合金鐵碳合金中含碳0.02%~2%稱為鋼。鐵碳合金

5、中含碳大于2%稱為鐵。鋼――強而韌　　鐵――弱而脆鐵碳合金狀態(tài)圖只研究含碳量小于6.67%的部分，這部分組元是鐵與滲碳體FeFeC3鐵素體是碳溶于α－鐵或δ－鐵中的固溶體奧氏體是碳溶于γ－鐵的固溶體2.2鐵碳合金的基本組織滲碳體是鐵和碳的金屬化合物珠光體是含碳量為0.77%的鐵碳合金的組織含碳量小于0.77%的鐵碳合金稱為亞共析鋼含碳量大于0.77%的鐵碳合金稱為過共析鋼含碳量等于0.77%的鐵碳合金稱為共析鋼2.2鐵碳合金的基本組織低碳鋼的正常組織是鐵素體＋珠光體，碳含量越低，鐵素體含量越多，塑性和韌性也就越好，

6、但強度和硬度卻隨之降低。過共析鋼的組織是珠光體＋滲碳體含碳量等于0.77%的鐵碳合金稱為共析鋼2.3熱處理的一般過程熱處理的基本工藝是由加熱、保溫、冷卻階段構(gòu)成。熱處理不能夠改變材料的成分。熱處理能夠改變材料的組織。熱處理能夠改變材料的性能。2.3熱處理的一般過程加熱時的轉(zhuǎn)變―――奧氏體的形成冷卻時的轉(zhuǎn)變―――奧氏體的分解含碳量為0.2%的鋼加熱1000℃會變成奧氏體。含碳量為0.16%的鋼加熱727℃左右會開始生出奧氏體。2.4鍋爐壓力容器用鋼常見金相組織和性能奧氏體塑性很高，硬度和屈服點較低；奧氏體是碳溶于γ－

7、鐵的固溶體，面心立方，奧氏體不具有鐵磁性。鐵素體是碳與合金元素溶解于α－鐵中的固溶體，體心立方，鐵素體在770℃以下具有鐵磁性，超過770℃不具有鐵磁性。2.4鍋爐壓力容器用鋼常見金相組織和性能滲碳體Fe3C是鐵和碳的金屬化合物，也稱碳化鐵，硬度高，含碳量6.67%，脆性很大，塑性近乎于零馬氏體是碳在α－鐵中的過飽和固溶體，回火低碳馬氏體具有較高的強度和較好的韌性珠光體由鐵素體和滲碳體相間排列的片層狀組織2.4鍋爐壓力容器用鋼常見金相組織和性能貝氏體是過冷奧氏體在中溫區(qū)間相變產(chǎn)生的過飽和的鐵素體和滲碳體混合物帶狀組

8、織鐵素體和珠光體沿加工方向平行成層分布的條帶組織魏氏組織亞共析鋼從晶界向晶粒內(nèi)部生長的片狀α－鐵2.5鍋爐壓力容器常用熱處理工藝退火將試件加熱到適當(dāng)溫度，保溫一定時間后緩慢冷卻。完全退火是將工件加熱到Ac3以上30℃~50℃，保溫后在爐內(nèi)緩慢冷卻。不完全退火是將工件加熱到Ac1以上30℃~50℃，保溫后在爐內(nèi)緩慢冷卻。消除應(yīng)力退火是將工件加熱到Ac1以下10