金属材料基本知识
金属材料基本知识
1、什么是变形？变形有几种形式？
构件在外力作用下，发生尺寸和形状改变的现象。变形的基本形式：有弹性变形、永久变形（塑性变形）和断裂变形三种。构件在外力作用下发生变形，外力去除后能恢复原来形状和尺寸，材料的这一特性称为弹性。这种在外力去除后能消失的变形称为弹性变形。若外力去除后，只能部分的恢复原状，还残留一部分不能消失的变形，材料的这一特性称为塑性。外力去除后不能消失而永远残留的变形，称为塑性变形或残余变形，也称永久变形。工程上，一般要求构件在正常工作时，只能发生少量弹性变形，而不能出现永久变形。但对材料进行某种加工（如弯曲、压延、锻打）时，则希望它产生永久变形。
3、什么是强度？什么是刚度？什么是韧性？
材料或构件承受外力时，抵抗塑性变形或破坏的能力称强度。钢材在较大外力作用下可能不被破坏，木材在较小外力作用下而可能会断裂，我们说钢材的强度比木材高。材料或构件承受外力时抵抗变形的能力称为刚度。刚度不仅与材料种类有关，还与构件的结构形式、尺寸等有关。比如管式空气预热器管箱与钢管省煤器组件相比，前者抗变形能力要比后者好，我们称前者的刚度强（好），后者的刚度弱（差）。刚度好的构件，在外力作用下的稳定性也好。材料抵抗冲击载荷的能力称为韧性或冲击韧性，即材料承受冲击载荷时迅速产生塑性变形的性能。锅炉承压部件所使用的材料应具有较好的韧性。
4、什么是塑性材料？什么是脆性材料？
在外力作用下，虽然产生较显著变形而不被破坏的材料，称为塑性材料。在外力作用下，发生微小变形即被破坏的材料，称为脆性材料。材料的塑性和韧性的重要性并不亚于强度。塑性和韧性差的材料，工艺性能往往很差，难以满足各种加工及安装的要求，运行中还可能发生突然的脆性破坏。这种破坏往往滑事故前兆，其危险性也就更大。脆性材料抵抗冲击载荷的能力更差。
5、什么是应力、应变和弹性模量？
材料或构件在单位截面上所承受的垂直作用力称为应力。外力为拉力时，所产生的应力为拉应力；外力为压缩力时，产生的应力为压应力。在外力作用下，单位长度材料的伸长量或缩短量，称为应变量。在一定的应力范围（弹性形变）内，材料的应力与应变量成正比，它们的比例常数称为弹性模量或弹性系数。对于一定的材料，弹性模量是常数，弹性模量越大，在一定应力下，产生的弹性变形量越小。弹性模量随温度升高而降低。转动机械的轴与叶轮，要求在转动过程中产生较小的变形，就需要选用弹性模量较大的材料。
6、什么叫应力集中？
应力集中：由于构件截面尺寸突然变化而引起应力局部增大的现象，称为应力集中。在等截面构件中，应力是均匀分布的。若构件上有孔、沟槽、凸肩、阶梯等，使截面尺寸发生突然变化时，在截面发生变化的部位，应力不再是均匀分布，在附近小范围内，应力将局部增大。应力集中的程度，可用应力集中系数来表示。应力集中系数的大小，只与构件形状和尺寸有关，与材料无关。工程上常用典型构件的应力集中系数，已通过试验确定。应力集中处的局部应力值，有时可能很大，会影响部件使用奉命，是部件损坏的重要原因之一。为防止和减小这种不利影响，应尽可能避免截面尺寸发生突然变化，构件的外形轮廓应平缓光滑，必要的孔、槽最好配置在低应力区。另外，金属材料内部或焊缝有气孔、夹渣、裂纹以及“焊不透”、“咬边”等缺陷，也会引起应力集中。
7、什么是强度极限（抗拉强度）与屈服极限？
强度极限与屈服极限是通过试验确定的。在拉伸试验过程中，应力达到某一数值后，虽然不再增加甚至略有下降，试件的应变还在继续增加，并产生明显的塑性变形，好像材料暂
时失去抵抗变形的能力，这种现象称为材料的屈服。发生屈服现象时的应力，称为材料的屈服极限。当试验拉力继续升高，试件达到破坏时的应力，称为材料的强度极限或抗拉强度。屈服极限和强度极限越大，分别表明材料抵抗破坏和抵抗塑性变形的能力高，即材料强度好。对于一定材料来说，强度极限和屈服极限是随着工作温度的升高而降低的。
8、什么是蠕变与蠕变极限？什么是持久强度与持久塑性？
金属在一定温度和一定应力作用下，随着时间的推移缓慢地发生塑性变形的现象称蠕变。材料发生蠕变的温度与其性质有关，碳钢在300—350℃时，合金钢在350—450℃时，在应力作用下，就会出现蠕变。温度越高，应力越大，蠕变速度就越快。材料抗蠕变的性能用蠕变极限来衡量，它表示在一定温度下，于规定时间内，钢材发生一定量总变形的最大应力值。持久强度是在高温条件下，经过规定时间发生蠕变破裂时的最大应力。
持久塑性是指处于蠕变状态的材料，在发生破裂时的相对塑性变形量。高温材料特别是发电厂使用的管材，应具有良好的持久塑性，希望不低于3%—5%。过低的持久塑性，会使材料发生脆性破坏，降低其使用奉命。材料的蠕变极限、持久强度、持久塑性都是通过试验方法求得的。
9、什么是金属材料的疲劳与疲劳极限？
构件在长期交变应力作用下，虽然它承受的应力远小于材料的屈服极限，在没有明显塑性变形的情况下，发生断裂的现象称为金属的疲劳。因金属疲劳发生的破坏称为疲劳破坏出现疲劳破坏的原因，是经过应力多次交替变化后，在应力最大或有缺陷部位会产生微细的裂纹，裂纹尖端出现严重的应力集中，随着交变应力循环次数的增加，裂纹逐渐扩大，最后导致破裂。
材料经受无限次变载荷而不发生断裂时的最大应力，称为材的疲劳极限。工程上常根据机件的使用寿命要求，规定交变应力循环N次时的应力为有限疲劳极限或条件疲劳限。如汽轮机叶片交变应力循环次数N
锅炉的每一次启动和停止，工质运行参数的每一次波动，承压部件都要经受一次交变应力及应变的循环，这都将会影响承压部件的寿命。为了提高钢材抵抗疲劳破坏的能力，应在保持材料一定强度的基础上尽可能提高钢材的塑性及韧性。
10、什么是许用应力与安全系统？
构件实际工作时，所允许产生的最大应力称许用应力。对锅炉承压元件不定来说，许用应力是指在工作条件下所允许的最小壁厚及最大压力时的应力。
构件工作时，其内部产生的应力既不能达到屈服极限，更不能达到强度极限，必须远小于它们才能保证安全。通常把和称危险应力。
危险应力与许用应力的比值n称为安全系数。N值的大小，不仅反映构件的安全程度。N值大，许用应力小，比较安全，但消耗材料多，构件也笨重；n值许用应力大，能节约材料，但安全程度就差。因此，在确定安全系数时，应在满足安全的前提下，充分考虑经济性的要求。
11、什么是热应力？
构件因温度化不能自由伸缩而产生的应力，或部件本身温度不均匀使伸缩受制约而产生的应力，称为热应力。由于热应力是温度变化而产生的，所以也称温度应力或温差应力。部件工作时，它的尺寸将因温度变化而伸缩。若部件的伸缩不受任何限制，温度变化只能使其变形，而不致产生应力。若部件不能自由伸缩，将会在其内部产生应力。
部件在受热或冷却时，若各部分温度不一致，变形将受制约。温度高的部分要膨胀伸长，温度低的部分则限制它的膨胀，结果在高温部位产生压应力。低温部位产生拉应力。锅炉在启、停过程中，出现的汽包内外壁温差，将会在汽包壁内产生热应力。
12、什么是金属的应力松弛现象？
钢材在高温和应力作用下，在应变量维持不变，应力随着时间的延长逐渐降低的现象，称为应力松弛。金属材料在高温下发生应力松弛，是有一部分在初应力作用下产生的弹性变形逐渐地转化为塑性变形的结果。松弛现象与蠕变现象有着内在的联系，都是在高温和应力作用下的不断性变形过程，两者的区别仅在于蠕变时应力基本恒定不变，松弛时应力则不断在降低。应力松驰发生在高温下工作的紧固件上，如锅炉、汽轮机上的螺栓、螺母、压紧弹簧等。这些零件在长期高温和应力作用下，塑性变形增加，应力下降，当松弛到一定程度后，就会引起汽缸和阀门漏汽，安全门提前起座，影响机组正常运行，甚至发生危险。为了防止上述现象发生，一般要求经过2×104h（两次大修间隔）运行后，螺栓最小应力不低于最小密封应力，这个密封应力通常为150MPa（15.3kgf/mm2）。为了达到这一要求，可以采取如下措施：一是选择松弛性能高的钢材；一是提高螺栓的初紧应力。
13．什么是钢材的热疲劳与热脆性？
当金属材料在工作过程中存在温差时，因部分的胀、缩相互制约而产生附加热应力。如果温差是周期变化的，热应力也将随之变化，同时伴随着弹、塑性变形的循环，塑性变形逐渐积累引起损伤，最后导致破裂。这种因经受多次周期性热应力作用而遭到的破坏称为热疲劳破坏。热疲劳裂纹一般发生在金属零件的表面，为龟裂状。锅炉的过热器、再热器、汽包、汽轮机的汽缸、隔板，都有出现热疲劳的可能性。钢材在某一高温区间（如400—550℃）和应力作用下长期工作，会使冲击韧性明显下降的现象称为热脆性。影响热脆性的主要因素是金属的化学成分。含有铬、锰、镍等元素的钢材，热脆性倾向较大。加入钼、钨、钒等元素，可降低钢材的热脆性倾向。
14、什么是钢材的高温氧化？
锅炉某些高温元件（如过热器、再热器管及其支吊架等）与高温烟气中的氧气发生的氧化反应，称高温氧化。氧化生成的氧化膜如果不能紧紧地包覆在钢材表面而发生脱落，则氧化过程会不断发展，层层剥落，最后导致破坏。高温氧化可生成三种氧化物：FeO,Fe2O3,Fe3O4。当壁温在570℃以下时，氧化膜由Fe2O3,Fe3O4组成；当温度高于570℃时，氧化膜由FeO,Fe2O3,Fe3O4组成。Fe2O3,Fe3O4具有致密的结构，能保护金属表面，有较好的抗氧化化。而FeO的抗氧化能力很差，因此，在温度高于500℃时，高温氧化过程就有加快的趋势。钢材工作温度高于570℃，就需要考虑抗氧化性问题。在钢中加入铬元素，生成的氧化膜具有良好的保护作用，是提高钢材抗高温氧化性能的主要手段。
15．在高温下金属组织可能发生哪些变化？有何危害？
常温下钢材的金相组织是稳定的，不随时间而改变。但若在高温下长期工作，其金相组织则会不断发生变化，使其性能变差，严重时会导致破裂损坏。
（1）珠光体球化钢材中片状渗碳体逐渐转化为球状，并积聚长大的现象称珠光体球化。珠光体球化使钢材高温性能下降，加速蠕变过程，严重球化时，常引起爆管事故。影响球化过程的因素是温度、时间和化学万分，在钢中加入铬、钼、钒等合金元素，能降低球化过程的速度。
（2）石墨化石墨化是钢中渗碳体在长期高温下工作自行分解的一种现象，即
Fe3C→3Fe+C(石墨)石墨化主要发生在低碳钢和低碳钼钢，能使钢材常温下和高温机械性能（强度、塑性）均下降，特别使冲击韧性显著降低，导致钢材的脆性破坏。
（3）合金元素的重新分配钢材在高温下和应力长期作用下，会发生合金元素在固溶体和碳化物之间的重新分配，使强度极限和持久强度均下降，不利于高温部件的安全运行。合金元素重新分配过程，随温度的升高和时间的推移而加剧，特别是运行温度接近或超过钢材许用温度的上限时，合金元素的迁移速度将更快。
16．什么是苛性脆化？
金属在拉应力区域内，由于高度浓缩的碱性溶液的腐蚀作用而发生的裂纹，称为苛性脆
化。苛性脆化可能发生在汽包及蒸发管的胀口处、焊口处，以及有裂纹、狭缝、凹陷等部位，或有锅水长期渗漏的部位。引起苛性脆化的主要原因是锅水碱度过高，超过允许限度，以及有使锅水碱度局部浓缩的条件。
17．什么是钢材的高温腐蚀？
锅炉受热面管子，在高温情况下，烟气侧和蒸汽侧均有发生腐蚀的可能性。当温度超过400℃时，就有可能发生蒸汽侧的腐蚀，其化学反应式如下：3Fe+4H2O→Fe3O4+4H2反应产生的氢气如果不能较快地被汽流带走，它与金属发生作用，导致金属强度下降而产生脆性破坏。烟气对管壁的高温腐蚀，主要是灰中的碱金属在高温下升华，与烟气中的SO3生成复合硫酸盐，在550—710℃范围内呈液态凝结在管壁上，破坏管壁表面的氧化膜，即发生高温腐蚀。另外，燃油时灰中的钒在高温下升华，并生成V2O5，在550—660℃时凝结在管壁上起催化作用，使烟气中的SO2及O2生成Na2SO4及原子氧（O），对管壁也有强烈的腐蚀作用。高温腐蚀是反复进行的，它将氧化膜破坏、生成、再破坏，管壁逐渐减薄，最后导致爆管。控制壁温过高，是减轻高温腐蚀的重要措施。
18．什么是应力腐蚀？
金属材料在拉伸应力和腐蚀介质的共同作用下，发生的腐蚀现象称为应力腐蚀。金属表面都有一层钝化膜（氧化保护膜），在钝化膜未被破坏时不发生腐蚀。在应力作用下，金属表面局部区域的钝化膜被撕破，露出活性金属表面，在介质作用下出现腐蚀，且其发展是逐渐加剧的。应力腐蚀与单纯的应力破坏不一样，在极低的应力作用下也会发生破坏；与单纯由于腐蚀引起破坏也不同，腐蚀性很弱的介质，也能引起应力腐蚀破坏。应力与腐蚀二者相互促进，它往往在没有变形预兆的情况下而迅速断裂，很容易造成严重的事故。在发电厂中，锅炉管道、汽轮机叶片、凝汽器铜管，均有发生应力腐蚀的可能性。
19．对锅炉管子用钢有何要求？
锅炉钢管主要用来制造水冷壁、过热器、再热器、联箱、导汽管和主蒸汽管等。这些管道在高温、应力及腐蚀介质作用下长期工作，会发生蠕变、氧化和腐蚀，为保证设备安全可靠运行，对锅炉管子用钢有如下要求：
（1）要有较高的蠕极限、持久强度及持久塑性。
（2）高的抗氧化性能和耐腐蚀性能，一般要求在工作温度下的氧化深度应小于1mm/a（毫米/年）
（3）足够的组织稳定性，即抵抗金相组织球化、石墨化及合金元素重新分配的性能好。（4）良好的冷热加工性能，特别是应具有良好的焊接性能。
（5）良好的宏观组织，即钢中的分层、非金属夹杂物、气孔等缺陷应尽可能少，符合有关规定。
20．对锅炉汽包用钢板有何要求？
锅炉汽包在工质的饱和温度下，承受较高的工作压力。制造制造时要经过卷板、冲压、焊接成型等工艺过程，用做汽包钢板的钢材应具备以下性能：
（1）较高的强度，以尽可能使汽包壁减薄些，这对制造、安装和运行都有好处。
（2）较好的塑性和韧性，使制造时的筒体卷板、封头冲压等工艺过程出现裂纹的可能性减小。
（3）钢板有较低的缺口敏感性，汽包上有较多的开孔及焊缝，会形成应力集中，要求有较低的缺口敏感性，是为了减小应力集中系数，防止由此产生裂纹。
（4）良好的焊接性能。
（5）较低的时效敏感性。运行过程中，随着时间的推移，钢的冲击韧性随之下降的特性，称时效。时效敏感性低是指相同条件下冲击韧性下降得慢。时效敏感性低对设备运行安全、延长使用奉命均有好处。
21、锅炉汽包为什么不用合金钢板制造以减薄其厚度？
电站锅炉汽包内径一般为1.6—1.8m，承受压力也较高，故汽包壁也较厚。高压以上锅炉汽包壁厚约100mm左右，亚临界参数锅炉汽包壁厚有的达200mm左右，多用碳钢或低合金钢制成，重量可达100多吨或更高。不用合金钢板制造的主要原因是：
（1）汽包工作压力虽高，但工作温度是对应压力下的饱和温度，一般在350℃以下，最高也只有364℃，因此，没有必要选用高强度合金钢。
（2）合金钢的冷、热加工性能，特别是焊接性能要较碳钢差得多。
（3）合金钢的应力集中系数高于碳钢。
（4）合金钢价格昂贵。
基于以上原因，一般汽包用优质碳钢（20g、22g）及低合金钢（如16Mn）来制造。22、锅炉用钢材分哪几类？
锅炉用钢是在高温条件下工作，部件类别多，工作条件复杂，使用钢材类别也很多，但承压元件所使用的钢材，基本上可分两大类：
（1）碳素钢锅炉承压元件用钢为优质碳素钢，且大多属于低碳钢（含碳量低于0.25%）,如15号钢，20号钢，20g、22g锅炉钢，钢号数字代表钢中平均含碳量的万分数，钢号后面字母“g”表示锅炉钢，它是按照锅炉用钢的要求，根据一定标准（如GB173—72）专门冶炼轧制的。优质碳素钢的强度稍低，但具有较高的塑性及韧性，并有良好的冷、热加工性能及焊接性能，一般用于工作温度低于450℃部件。
（2）合金钢在碳素钢的基础上，为了达到某些特定性能要求，有目的地加入一些元素的钢，称合金钢。被加入的元素称为合金元素。合金钢比碳素钢具有良好的综合机械性能和特殊的物理化学性能，如有较高的强度极限和持久强度、耐磨性、耐蚀性和抗氧化性等。但也有缺点，如：冶炼工艺复杂，某些加工性能较差，价格也较昂贵等。因此，一般合金钢用在工作温度高于450℃的零、部件上。我国合金钢的编号采用化学符号与数字相结合的方法。前面数字表示钢的平均含碳量，符号是加入元素的化学符号，符号后数字表示加入元素的平均含量，平均含量小于是1.5%时，一般不标注。当两种化学成分中除了其中一个主要合金元素外，其余都基本相同，而这个主要合金元素在两种钢中的平均含量都于是1.5%时，含量较高者加1，以示区别。
23、合金钢中的主要合金元素都起什么作用？
钢是以铁为基本成分的多元素金属。纯铁有很好的塑性及韧性，但强度很低。所以，总要根据不同需要加入不同的元素，以改善钢的性能。主要元素的作用如下：（1）碳（C）碳是钢中的主要元素，随着钢中含碳量的增加，钢的常温强度、硬度提高，但塑性、韧性及焊接能降低。所以，锅炉承压元件用钢的含碳量一般为0.1%~0.25%。
（2）锰（Mn）锰可以提高钢的常温强度、硬度及耐磨性，含量高时，焊接应力增加。锰可使钢的高温短时强度提高，但对持久强度和蠕变极限及没有明显的影响。
（3）钼（Mo）和铬（Cr）钼和铬都能提高钢的强度。铬对提高钢的高温组织稳定性能——抵制珠光体球化、石墨化、抗高温氧化有明显效果。并能提高抗腐蚀性。但含铬高的钢，焊接裂纹敏感性强，温差应力也大。钼对提高钢的持久强高度有明显作用。钼有石墨化倾向可加铬防病止，铬的脆化可用钼化可用防止，二者共存可以提高钢的综合性能。
（4）钒（V）钒在钢中能提高高温组织稳定性，还能抵消铬对焊接性能的不利影响。
（5）钛（Ti）钛可提高钢的持久强度，在抵合金钢中，还可改善钢的焊接性能。
（6）钨（W）钨可提高钢的持久强度及高温硬度。
（7）硅（Si）硅能提高钢的强度、耐磨性及抗氧化能力。与铬共存时，可提高抗高温氧化能力，也可提高在烟气中的抗腐蚀性能。
（8）铌（Nb）铌与钛的作用相同，可提高钢有热强性。
（9）硼（B）硼的突出作用是提高钢的淬透性。在耐热钢中可提高钢的热强性及持久塑性。（10）镍（Ni）镍的主要作用是使钢获得奥氏组织，从而提高钢的抗蠕变能力。
24、钢中的硫、磷元素起怎样的作用？
硫和磷是在冶炼过程中残在于钢中的有害成分。
钢中有硫存在时，当加热到期1000——1200℃再进行锻造和轧制会使工件沿晶界开裂，这种现象称热脆性。另外，硫还使钢的焊接性通能降低，焊缝易出现一裂纹和气孔。磷能使钢的强度及硬度显著提高，但使塑性及韧性下降，特别是使钢的脆性转变温度升高，提高了钢的冷脆性。由于硫和磷的存在，均对钢材性能有不利影响，故在冶炼过程中应尽量除去它们在钢中的含量是评定钢材质量的指标之一。比如，优质碳素钢中硫、磷的含量均应小于0.04%，以防出现热脆及冷脆。
25、什么是钢材的脆性转变温度？
当温度低于某一数值时，某些金属的塑性（特别是冲击韧性）会显著降低而呈现脆性，这一温度称为该种钢材的脆性转变温度。也称无韧性或无塑性温度。实际上就是韧脆转变温度。脆性转变温度越低，说明钢材的抵抗冷脆性能越高。
脆转变温度与多种因素有关，它随钢中磷含量的增加而提高，随钢材厚度的增加、材料中缺陷尖锐程度的提高、材料承受的加载速度的提高而提高。根据钢材这一特性，锅炉在作水压试验时，上水温度一定要高于钢材的脆性转变温度，升压速成度也要按有关规定严加控制，以防出现冷脆破裂事故。受压容器由于冷脆破坏的实例是时有发生的。我国某台湾400t/h 超高压锅炉，进行水压试验时，由于进水温度较低，使汽包在低于其试验压力18MPa时即发生脆性爆破。这样的惨痛教训是需要记取的。
26、什么是普通低合金钢？
普通低合金钢是在低碳钢的基础上，加入少量合金元素，一般以锰（Mn）为主，其次是钼（Mo）、钒（V）、钛（Ti等，用以获得在中温（即400℃左右）下具有较高屈服强度和良好的塑性、韧性及焊接性能，即具有较高的机械强度和加工性能。普通低合金钢与其相近的碳素钢相比，屈服强度可提高30%——50%。相同承载条件下，采用低合金钢，可使结构重量减轻约20%—-30%。由于低合金钢具有较高和机械强度和良好的加工性能，成本又较低，在发电厂中得到广泛应用。如用于制造工作温度不超过450℃的锅炉受热面管、汽包、联炉顶主风机叶片等。常用钢号有16Mn、15MnV、14MnMoV等。
27、锅炉常用钢材的使用范围如何选择？
各种钢材在使用时都有一定的最高许用温度，超过这一温度时，强度及其它性能会明显下降，甚至发生损坏。锅炉各部件都有一定的工作温度，选用钢材时，应根据部件所确定的工作温度及工作压力。确定合适的钢种。若部件工作温度并不太高，却选用耐高温钢种，这样安全性虽然提高了，但必然使成本提高，造成不必要的浪费。同样如果部件的工作温度较高，选用的钢种耐温程度不高或高温稳定性不好，必然影剧院响使用寿命，对安全生产不利，最终还会影响经济性。锅炉常用钢材推荐的使用温度可参考3—2选取；主要部件可推荐使用的钢材型号参阅表3—3。
28、什么是金属材料的可焊性？如何评价钢的可焊性？
可焊性是指金属材在一定的工艺条件焊接时，能获得优质焊接接头的性能。如果一种材料只需用一般的焊接工艺就能获得优质焊接接头，则该种材具有良好的可焊性；如果需用很特殊或者很复杂的焊接工艺才能获得优质接头，则该种材料的可焊性较差。钢材的可焊性，通常用含碳量多少和合金元素的种类与含量来评价。含碳量或含合金元素则可焊性较差，可根据钢材化学成分对焊接热影响区淬硬性的影响程度，通过碳当量计算来评价焊接时产生冷裂纹的倾向。
29、合金钢为什么需要焊前预热和焊后热处理？
合金钢具有良好的抗高温氧化及组织稳定性，较高的高温强度。但它的可焊性较差，淬硬倾向大，焊接过程中焊缝及热影响区可能出现如下一些问题：
（1）焊后在焊缝及热影响区出现硬而脆的淬硬组织，若再的较大内应力存在，就会出现冷裂纹，韧性、塑性降低。
（2）具有出现弧坑裂纹的倾向。
（3）某些合金元素，具有焊接再热裂纹倾向，尤以含钒、含硼的钢种为甚。
为了避免和消除上述缺陷，合金钢需要焊前预热，焊后热处理。焊前预热的主目的是改善材料的可焊性。在加热并保持一定温度的过程中可以降低焊接接头区域的温差，使热影响区的淬硬倾向减弱。在焊接过程中有利于氢气的逸出，降低焊缝中的氢含量，防止冷裂纹的产生，改善焊接接头的塑性及韧性。后热处理的方法一般是高温回火，其主要目地是：
（1）消除或减少在焊接过程中所产生的内应力，防止焊缝和热影响区产生裂纹。
（2）改善焊缝和热影响区的机械性能，即提高其塑性及韧性，改善硬脆倾向。
（3）改善焊缝和热影响区的金相组织。
一般碳素钢的焊接性能好，焊接时可不必预热与热处理。但对于含碳量高、刚度大的焊件，由于焊后残余应力大，也需预热及热处理，如壁厚于30mm的碳钢管。
30、安装蠕胀测点的目的是什么？蠕胀测点安装在什么部位？
管道在高温情况下要发生蠕变胀粗，为了测量和监督蠕变速度，在高温管道上要安装蠕胀测点。为了测量的准确，不能直接测量管道本身，要在管道上装设专门的测点，它由测钉和测钉座组成，如图3—3所示。安装时先测钉座位置，用电焊把测钉座焊接在管道上，再把测钉旋入测钉座内。用千分卡或专用桥尺，测量测钉的原始直径，并做记录。以后每次检修都在进行测量，以计算管道的蠕胀速度，监视蠕胀是否已达危险值。蠕胀测点安装在主蒸汽管道及其它高温管道上，位置应选在两焊缝或法兰之间较直的管段中部，与焊缝或支吊架距离不小于1m；距弯头弧线的起点不小于0.75m，并充分考虑安装测点及测量时的方便。
31、什么是超温？什么是过热？为什么要做超温记录？
运行中蒸汽温度超过额定值时称超温。受热面管或蒸汽管道壁温，超过该种钢材最高许用温度时称过热。各种钢材都有规定的使用温度范围，或者说有一个允许的最高使用温度。在允许的使用温度范围内，可按其使用寿命安全工作。运行中的超温。有时会引起管壁过热，有时则不一定。如果额定运行温度比钢材的许用最高温度低很多，即便出现超温，也不一定过热。如12Cr1MoV钢的允许最高使用温度为580℃，蒸汽额定温度为540℃，运行中达到点550℃，这习惯上就属于超温，但对主蒸汽管道来说并没有过热。当实际壁温超过钢材最高使用温度时，金属的机械性能、金相组织就要发生变化，蠕变速度加快，最后导致管道破裂。为此，运行中对主蒸汽管、过热器及再热器管和相应的导汽管，要作好超温记录，统计超温时间及超温程度，以便分析管道的寿命，加强对管道的监督，防止出现过热及突然损坏。
32、超温对管道使用寿命有何影响？
各种汽水管道和锅炉受热面管子，都是按照一定的工作温度和应力设计其使用寿命的。如果运行中工作温度超过设计温度，虽未过热，也会使金属组织稳定性变差，蠕变速度加快，最后使其工作寿命缩短。根据试验研究材料达到破坏的时间与蠕变速度成反比，随温度的升高呈指数关系缩短。按照这一原理，在应力相同和条件下，不同温度的使用寿命，可用拉尔森米列尔近似方程来估算。
33、蒸汽管道和锅炉受热面管设置监视段的目的是什么？
被指定作为长期观察、检验、定期割取试样各种金属试验的管段，称为监视段。设置监视段的目的，主要是更好地了解被监视管道的金相组织、机械性能，特别是蠕变速度在运行过程中的变化情况，以便分析判断，并及时采取对策。按照《火力发电厂金属技术监规程》的规定：工作温度大于450℃的主蒸汽管道高温再热蒸汽管道，应在蒸汽温度较高的水平管
段上设置监视段，进行里蠕变监督。监视段应选用该管系中实际壁厚薄的批钢管，其长度大于5m，并设置三组蠕变测点。过热器和再热器应在壁温最高处设置监视管，定期割取试样，监测管子的壁厚、直径、金相组织和机械性能随温度及运行时间的变化规律，以便及发现问题，及时采取措施。
34、什么是长期超温爆管？其破口有何特征？
运行中由于某种原因，造成管壁温度超过设计值，只要超温幅度不太大，就不会立即损坏。但管子长期在超温下工作，钢材金相组织会发生变化，蠕变速度加快，持久强度降低，在使用寿命未达到预定值时，即提早爆破损坏。这种损坏长期超温爆管，或叫长期过热爆管，也称一般性蠕变损坏。长期超温爆管，一般发生在高温过热器出口段外圈管子的向火侧。根据近年对过热器管爆破事故和分析，约70%的爆管是由于长期超温而引起的。水冷壁、凝渣管以及省煤器管，偶然也会发生这类爆破损坏现象。长期超温爆管破口的特征是：破口呈粗糙脆性断面的大张口，管壁减薄不多，管子蠕胀也不甚显著，破口内壁往往有较厚的氧化铁层。破口的过些特征，与钢材在长期超温过行过程中，组织结构不断变介质的不断腐蚀有关。它首先产生微细的蠕胀裂纹和应力腐蚀裂纹，然后在继续超温运行过程中，微细裂纹不断形成和发展，最后引起爆管事故的发生。
35、什么是短时超温爆管？破口有何特征？
受热面管子在运行过程中，由于冷却条件恶化，管壁温度在短时间内突然上升，使钢材的抗拉强度急剧下降。在介质压力作用下，温度最高的向火侧，首先发生塑性变形，管径胀粗，管壁变薄，随后发生剪切断裂而爆破。这种爆管称短时超温爆管，也称短时过热爆管，或者称为速蠕变损坏。短时超温爆管，多发生在水冷壁管和凝渣管上，特别是水冷壁热负荷最高的部位，如燃烧带附近及燃烧器周围的管子的向火侧。过热器也有发生短时超温爆管的可能。短时超温爆管的破口，一般胀粗较为明显，管壁减薄很多，爆破口呈尖锐的薄，因而承受不了介的压力而引起的剪切断裂造成的。另外，也与爆破时介质高速喷出，对炽热管壁产生激冷作用有关。
36、什么是淬火？淬火的目的是什么？
电厂把钢加热到某一适当温度，如亚共析钢加热至AC（表示钢在加热时铁素体全部溶入奥氏体的临界点）以上30——60℃，保持一定时间后，使其急速冷却的工艺过程淬火。淬火可采用水或油作为冷却介质。钢材淬火后，可使其硬度和强度有很大提高，并能改善某些物理化学性能。但由于快速冷却，会出现内应力，塑性和韧性也有所降低。为提高钢的综合性能，通常在淬火后再经高温回火处理的工艺称调质处理。
37、什么是回火？回火的确良目的是什么？
将钢件加热到低AC（表示钢在加热时珠光体转变为奥氏体的临界点）的某一温度，充分保温后，发一定速度进行冷却的热处理工艺，称为回火。回火的主要目的是：消除内应力，稳定组织，降低硬度，从而改善钢和综合机械性能。根据钢种和使用目的不同，回火时的加热温度和冷却方式也不完全相同。
低温回火：加热温度为150——250℃，主要目的是消除内应力和稳定组织，保持淬火后的性能。
中温回火：加热温度为350——450℃，可消除内应力，并使钢的弹性极限和韧性有较大的回升。这种回火采用在空气中进行冷却的方式。
高温回火：加热温度为450——670℃，可消除内应力，达到调整组织、提高综合性能的目的。管也管件的出厂处理和发电厂安装焊口的热处理多数属于高温回火处理。
38、什么是正火（正常化处理）？正火的目的是什么？
将钢加热至某一适当温度（AC以上30——50℃），保温一定时间后，再在空气中缓慢冷却的工艺过程，称正火。正火的主要目的是细化金属组织晶粒，消除在锻、轧后的组织缺
陷，改善钢的机械性能（强度、韧性和塑性）。火力发电厂的管道用钢，大多采用正火处理。碳钢的可淬性较小，正火是最终热处理。对于合金钢，由于淬硬倾向强，正火后还需补以回火处理。
39、什么是退火？退火的目的确良是什么？
把钢加热到某一适当温度（大多在AC以上），保温一定时间后再缓慢冷却的工艺过程，称退火。退火与正火火的主要区别是，正火冷却速度较快，正火后钢材的强度、硬度较高，韧性也较好。根据不同的退火目的，所加热的温度及冷却的速度是不完全一样的。退火所能达到的目的主在是：消除锻件及焊接结构的应力，消除冷加工后的加工应力，避免零件在加热和使用过程中产生变形及开裂；消除铸件和锻件的不均匀组织和粗大晶粒，消除合金钢硬而脆的特性，改善其切削加工的性能，胀管时的管头，胀接前也要进行退火。
40、什么样叫金属冷加工硬化现象？
在工程中，有时需用对钢件进行冷加工，如锻打、压延、弯曲、冲压等。当冷加工产生塑性变形时，不但其外形发生了变化，其内部的晶粒形状也会发生变化，晶粒沿受力方向被拉长。冷加工塑性变形较大时，还会产生较大内应力。这种现象称为冷加工硬化。利用冷加工硬化对钢材使用强度的提高是有限的，而冷加工硬化引起的塑性降低及残存的内应力则是有害的。故一般在冷加工以后，还在进行回火处理予以消除。冷加工后变形的晶是不稳定的，加热后晶粒有恢复原状的趋势，这就是再结晶，出现再结晶时的温度称再晶温度。再结晶会使钢材强度和韧性降低，球化、石墨化进程加速。工程上对冷、热加工划分，不是以加工时是否加热来区别，而是以加工时的温度是否高于再结晶温度来划分。高于再结晶温度属热加工，低于再结晶温度即为冷加工。在低于再结晶温度下加工，冷加工硬化的一些缺陷就会出现。主蒸汽管道和再热蒸汽管道和工作温度均在再结晶温度的下限，冷加工硬化造成的危害作用时间长，因此，制订合金钢的弯制、锻打等热加工工艺时，对加工温度的下限作了严格规定，即热加工低于某一温度时应立即停止加工。否则，就等于进行冷加工，会出现冷加工硬化所造成的缺陷。
冷加工硬化现象有害处，但有时利用这一原理还可得到一定益处。如转轴弯曲后的直轴方法中，有一种捻打法，就是在弯轴的凹面进行冷加工，使轴的这部分金属表面延伸、硬化，并在内应力作用下达到直轴的目的
金属材料的基本知识
金属材料的基本知识 1、有关材料力学（机械）性能名词 1.1极限强度：材料抵抗外力破坏作用的最大能力，叫做极限强度；分：抗拉强度，抗压强度，抗弯强度，抗剪强度，单位是兆帕。 1.2屈服点，屈服强度，单位是兆帕。 1.3弹性极限：材料在受到外力到某一极限时，若除去此外力，则变形即恢复原状，材料抵抗这一外力的能力。 1.4延伸率：材料受拉力作用断裂时，伸长的长度与原有长度的比值。 1.5断面收缩率：材料受拉力作用断裂时，断面缩小的面积与原有断面面积的比值。 1.6硬度：材料抵抗硬的物体压入表面的能力。一般是用一定负荷把一定直径的淬硬钢球压材料表面，保持规定时间后卸除载荷，测量材料表面的压痕，按公式用压痕面积除以负荷所得的商。依据测量方法的不同，有布氏硬度HB，洛氏硬度HR，表面洛氏硬度，维氏硬度HV。 2、金属材料分类 2.1 按组分分：纯金属和合金， 2.2 按实用分：黑色金属（铁和铁合金），有色金属（指铜，锡，锰，铅，铝等） 3、钢铁 3.1钢的定义：是指碳含量低于2％的一种铁碳合金，当然，其中还含有一定量的硅、锰、磷、硫等元素。 铁的定义：是指碳含量高于2％的一种铁碳合金。含碳量小于0.04％为工业纯铁。 3.2 钢的分类 3.2.1按化学成分分：碳素钢（除铁外，含有少量的硅、锰、硫、磷）；合金钢（钢中加入了一些如铬，镍、钼、钨、钒等元素） 3.2.2按含碳量分：低碳钢（含碳量＜0.25%）；中碳钢（含碳量0.25~0.6%）；高碳钢（含碳量＞0.6%）。
3.2.3 按质量分：主要是控制钢中含硫、含磷量； 普通钢（S不超过0.050％，P不超过0.045％）， 优质钢（S不超过0.035％，P不超过0.035％）， 高级优质钢（S不超过0.025％，P不超过0.030％）， 特级质量钢（S不超过0.015％，P不超过0.025％）。 3.2.4 按用途分：结构钢（建筑、机器零件）， 工具钢（工具、模具、量具）， 特殊用途（如不锈钢、耐酸钢、耐热钢、磁钢等）， 专业用钢（如汽车用钢，化工用钢，锅炉用钢，电工用钢，焊条用钢等）。 3.2.5 按冶炼方法分：转炉钢（同时分为底吹转炉钢，侧吹转炉钢，顶吹转炉钢），平炉钢，电炉钢。 3.2.6 按浇铸前脱氧程度分：镇静钢（脱氧完全，钢锭组织结构紧密），沸腾钢（脱氧不完全的钢），半镇静钢。 3.2.7 综合分类：
金属材料学基础试题及答案
金属材料的基本知识综合测试 一、判断题（正确的填√，错误的填×） 1、导热性好的金属散热也好，可用来制造散热器等零件。（） 2、一般，金属材料导热性比非金属材料差。（） 3、精密测量工具要选用膨胀系数较大的金属材料来制造。（） 4、易熔金属广泛用于火箭、导弹、飞机等。（） 5、铁磁性材料可用于变压器、测量仪表等。（） 6、δ、ψ值越大，表示材料的塑性越好。（） 7、维氏硬度测试手续较繁，不宜用于成批生产的常规检验。（） 8、布氏硬度不能测试很硬的工件。（） 9、布氏硬度与洛氏硬度实验条件不同，两种硬度没有换算关系。（） 10、布氏硬度试验常用于成品件和较薄工件的硬度。 11、在F、D一定时，布氏硬度值仅与压痕直径的大小有关，直径愈小，硬度值愈大。（） 12、材料硬度越高，耐磨性越好，抵抗局部变形的能力也越强。（） 13、疲劳强度是考虑交变载荷作用下材料表现出来的性能。（） 14、20钢比T12钢的含碳量高。（） 15、金属材料的工艺性能有铸造性、锻压性，焊接性、热处理性能、切削加工性能、硬度、强度等。（） 16、金属材料愈硬愈好切削加工。（） 17、含碳量大于%的钢为高碳钢，合金元素总含量大于10%的钢为高合金钢。（） 18、T10钢的平均含碳量比60Si2Mn的高。（） 19、一般来说低碳钢的锻压性最好，中碳钢次之，高碳钢最差。（） 20、布氏硬度的代号为HV，而洛氏硬度的代号为HR。（） 21、疲劳强度是考虑交变载荷作用下材料表现出来的性能。（） 22、某工人加工时，测量金属工件合格，交检验员后发现尺寸变动，其原因可能是金属材料有弹性变形。（） 二、选择题 1、下列性能不属于金属材料物理性能的是（）。 A、熔点 B、热膨胀性 C、耐腐蚀性 D、磁性 2、下列材料导电性最好的是（）。 A、铜 B、铝 C、铁烙合金 D、银 3、下列材料导热性最好的是（）。 A、银 B、塑料 C、铜 D、铝 4、铸造性能最好的是（）。
金属材料基础知识
金属材料及处理工艺基础知识 一、金属材料分类: 金属材料的分类有多种方式，有按照密度分的，价格分的…常用的是分类是把金属材料分成黑色金属和有色金属两大类。 1.黑色金属：通常指铁，锰、铬及它们的合金。常用的黑色材料为钢铁。其又分为三类：纯铁，钢，铸铁。 纯铁：其主要由Fe组成的，含C量在0.0218％以下，工业中很少用； 钢：含C量在0.0218%-2.3%之间的铁碳合金（不加其他元素的称碳素钢，加入其他合金元素的称合金钢）。其又可以按照成分分类（碳素钢，合金钢），用途分类（轴承钢，不锈钢，工具钢，模具钢，弹簧钢，渗碳用钢，耐磨钢，耐热钢…），品质分类（普通钢，优质钢，高级优质钢），成形方式分类（锻钢，铸钢，热轧钢，冷拉钢），形式分类（板材，棒材，管材，异形钢等）等等。 铸铁：含C量在2.3％-6.69％之间的铁碳合金成为铸铁。按石墨的形态其又可以分为灰铸铁，球墨铸铁，蠕墨铸铁等，石墨的不同形态和基体的配合而具有不同的性能。 2.有色金属：又称非铁金属，指除黑色金属外的金属和合金，如铜、锡、铅、锌、铝、镍锰以及黄铜、青铜、铝合金和轴承合金等。 二、金属材料的使用性能及指标 金属材料常用的性能指标有力学性能和物理性能。 1.力学性能：金属材料在外力作用下表现出来的各种特性，如弹性、塑性、韧性、强度、硬度等。 强度:金属材料在外力作用下抵抗变形和断裂的能力。屈服强度、抗拉强度是极为重要的强度指标，是金属材料选用的重要依据。强度的大小用应力来表示，即用单位面积所能承受的载荷(外力)来表示，常用单位为MPa。 屈服强度：金属试样在拉力试验过程中，载荷不再增加，而试样仍继续发生变形的现象，称为“屈服”。产生屈服现象时的应力，即开始产生塑性变形时的应力，称为屈服点，用符号σs表示，单位为MPa。一般的，材料达到屈服强度，就开始伴随着永久的塑性变形，因此其是非常重要的指标。 抗拉强度：金属试样在拉力试验时，拉断前所能承受的最大应力，用符号σb表示，单位为MPa。 塑性：金属材料在外力作用下产生永久变形(去掉外力后不能恢复原状的变形)，但不会被破坏的能力。 弹性：金属材料在外力作用下抵抗塑性变形的能力(去掉外力后能恢复原状的变形)。 伸长率：金属在拉力试验时，试样拉断后，其标距部分所增加的长度与原始
金属材料基础知识汇总
《金属材料基础知识》 第一部分金属材料及热处理基本知识 一，材料性能：通常所指的金属材料性能包括两个方面： 1，使用性能即为了保证机械零件、设备、结构件等能够正常工作，材料所应具备的性能，主要有力学性能（强度、硬度、刚度、塑性、韧性等），物理性能（密度、熔点、导热性、热膨胀性等）。使用性能决定了材料的应用范围，使用安全可靠性和寿命。 2，工艺性能即材料被制造成为零件、设备、结构件的过程中适应的各种冷、热加工的性能，如铸造、焊接、热处理、压力加工、切削加工等方面的性能。 工艺性能对制造成本、生产效率、产品质量有重要影响。 二，材料力学基本知识 金属材料在加工和使用过程中都要承受不同形式外力的作用，当达到或超过某一限度时，材料就会发生变形以至于断裂。材料在外力作用下所表现的一些性能称为材料的力学性能。 承压类特种设备材料的力学性能指标主要有强度、硬度、塑性、韧性等。这些指标可以通过力学性能试验测定。 1，强度金属的强度是指金属抵抗永久变形和断裂的能力。材料强度指标可以通过拉伸试验测出。抗拉强度σb和屈服强度σs是评价材料强度性能的两个主要指标。一般金属材料构件都是在弹性状态下工作的。是不允许发生塑性变形，所以机械设计中一般采用屈服强度σs作为强度指标，并加安全系数。2，塑性材料在载荷作用下断裂前发生不可逆永久变形的能力。评定材料塑性的指标通常用伸长率和断面收缩率。 伸长率δ=[（L1—L0）/L0]100% L0---试件原来的长度L1---试件拉断后的长度 断面收缩率φ=[（A1—A0）/A0]100% A0----试件原来的截面积A1---试件拉断后颈缩处的截面积 断面收缩率不受试件标距长度的影响，因此能够更可靠的反映材料的塑性。 对必须承受 强烈变形的材料，塑性优良的材料冷压成型的性能好。 3，硬度金属的硬度是材料抵抗局部塑性变形或表面损伤的能力。硬度与强度有一定的关系，一般情况下，硬度较高的材料其强度也较高，所以可以通过测试硬度来估算材料强度。另外，硬度较高的材料耐磨性也较好。 工程中常用的硬度测试方法有以下四种 （1）布氏硬度HB （2）洛氏硬度HRc（3）维氏硬度HV （4）里氏硬度HL 4，冲击韧性指材料在外加冲击载荷作用下断裂时消耗的能量大小的特性。 材料的冲击韧性通常是在摆锤式冲击试验机是测定的，摆锤冲断试样所作的功称为冲击吸收功。以Ak表示，Sn为断口处的截面积，则冲击韧性ak=Ak/Sn。 在承压类特种设备材料的冲击试验中应用较多。 三金属学与热处理的基本知识 1，金属的晶体结构--物质是由原子构成的。根据原子在物质内部的排列方式不同，可将物质分为晶体和非晶体两大类。凡内部原子呈现规则排列的物质称为晶体，凡内部原子呈现不规则排列的物质称为非晶体，所有固态金属都是晶体。 晶体内部原子的排列方式称为晶体结构。常见的晶体结构有：
金属材料性能知识大汇总(超全)
金属材料性能知识大汇总 1、关于拉伸力-伸长曲线和应力-应变曲线的问题 低碳钢的应力－应变曲线 a、拉伸过程的变形：弹性变形，屈服变形，加工硬化（均匀塑性变形），不均匀集中塑性变形。 b、相关公式：工程应力σ=F/A0；工程应变ε=ΔL/L0；比例极限σP；弹性极限σ ε；屈服点σS；抗拉强度σb；断裂强度σk。 真应变e=ln(L/L0)=ln(1+ε) ；真应力s=σ(1+ε)= σ*eε指数e为真应变。 c、相关理论：真应变总是小于工程应变，且变形量越大，二者差距越大；真应力大于工程应力。弹性变形阶段，真应力—真应变曲线和应力—应变曲线基本吻合；塑性变形阶段两者出线显著差异。
2、关于弹性变形的问题 a、相关概念 弹性：表征材料弹性变形的能力 刚度：表征材料弹性变形的抗力 弹性模量：反映弹性变形应力和应变关系的常数，E=σ/ε；工程上也称刚度，表征材料对弹性变形的抗力。 弹性比功：称弹性比能或应变比能，是材料在弹性变形过程中吸收变形功的能力，评价材料弹性的好坏。 包申格效应：金属材料经预先加载产生少量塑性变形，再同向加载，规定残余伸长应力增加；反向加载，规定残余伸长应力降低的现象。 滞弹性：（弹性后效）是指材料在快速加载或卸载后，随时间的延长而产生的附加弹性应变的性能。 弹性滞后环：非理想弹性的情况下，由于应力和应变不同步，使加载线与卸载线不重合而形成一封闭回线。 金属材料在交变载荷作用下吸收不可逆变形功的能力，称为金属的循环韧性，也叫内耗 b、相关理论： 弹性变形都是可逆的。 理想弹性变形具有单值性、可逆性，瞬时性。但由于实际金属为多晶体并存在各种缺陷，弹性变形时，并不是完整的。 弹性变形本质是构成材料的原子或离子或分子自平衡位置产生可逆变形的反映
(完整版)金属材料常识简介
金属材料常识简介 一、钢： 1. 钢与铁的区别主要在含碳量上，一般含碳量在 2.11%以下的铁碳合金称为钢； 一般含碳量在2.11%以上的铁碳合金称为铁。 2. 钢的分类：按照化学成分分为碳素钢、中低合金钢、高合金钢。按冶炼工艺分为平炉钢、转炉钢、电炉钢、感应炉钢、电渣炉钢等。按脱氧程度分为镇静钢（脱氧完全的钢）、半镇静钢（脱氧较完全的钢）、沸腾钢（脱氧不完全的钢） 按用途分为结构钢、工具钢、特殊性能钢。结构钢用于制造工程结构和机械零件。工程结构用钢一般属于低碳钢范围内，在轧制或正火状态下使用，很少进行热处理，适用于焊接。机械零件用钢大多需要进行热处理。 二、碳素钢 1碳素钢分类按碳的质量分数又可分为低碳钢（V 0.25%）;中碳钢（= 0.25% ?0.60%）;高碳钢（＞0.60%）。 按钢的冶金质量和钢中有害杂质元素硫、磷的质量分数分普通质量钢;优质钢;高级优质钢。 普通质量钢又分为只保证化学成分不保证机械性能的和只保证机械性能不保证化学成分的两种。 2 、钢的编号 （1）普通碳素结构钢碳素结构钢牌号表示方法由代表屈服点屈字的汉语 拼音字母、屈服极限数值、质量等级符号及脱氧方法符号四个部分按顺序组成。 牌号中Q表示“屈” ;A、B、C、D表示质量等级，它反映了碳素钢结构中 有害杂质（S、P）质量分数的多少，（C、D）级硫、磷质量分数最低、质量好， 可作重要焊接结构件。例如Q235AF,即表示屈服点为235N/mm2、A等级质量 的沸腾钢。D级质量最好，A级最差。 普通碳素结构钢的硫、磷含量较多，但由于冶炼容易，工艺性好，价格便宜，在力学性能上一般能满足普通机械零件及工程结构件的要求，因此用量很大，约占钢材总量的70％。
五金料基础知识
五金料基础知识 一、五金原料知识： （一）、概念： 1、金属材料（metal materials ）： 以金属(包括合金与纯金属)为基础的材料。可分为钢铁材料和有色金属材料两大类。 2、种类： 3、性能： 热加工条件下表现出来的性能。 由于加工条件不同，要求的工艺性能也就不同，如铸造性能、可焊性、可锻性、热处理性能、切削加工性等。 ②所谓使用性能： 是指机械零件在使用条件下，金属材料表现出来的性能，它包括力学性能、物理性能、化学性能等。 常用的力学性能包括：强度、塑性、硬度、冲击韧性、多次冲击抗力和疲劳极限等。 （二）、金属材料特质： 1、疲劳 许多机械零件和工程构件，是承受交变载荷工作的。在交变载荷的作用下，虽然应力水平低于材料的屈服极限，但经过长时间的应力反复循环作用以后，也会发生突然脆性断裂，这种现象叫做金属材料的疲劳。 金属材料疲劳断裂的特点是： ⑴载荷应力是交变的； ⑵载荷的作用时间较长； ⑶断裂是瞬时发生的；
麻点剥落或表面压碎剥落，从而造成机件失效破坏。 2、塑性 形而不破坏。一般把延伸率大于百分之五的金属材料称为塑性材料（如低碳钢等），而把延伸率小于百分之五的金属材料称为脆性材料（如灰口铸铁等）。塑性好的材料，它能在较大的宏观范围内产生塑性变形，并在塑性变形的同时使金属材料因塑性变形而强化，从而提高材料的强度，保证了零件的安全使用。此外，塑性好的材料可以顺利地进行某些成型工艺加工，如冲压、冷弯、冷拔、校直等。因此，选择金属材料作机械零件时，必须满足一定的塑性指标。 3、耐久性 常导致突然破断。混凝土中的高强度钢筋（钢丝）可能发生这种破坏。 4、硬度
金属材料基本知识
金属材料基本知识 1、什么是变形？变形有几种形式？ 构件在外力作用下，发生尺寸和形状改变的现象。变形的基本形式：有弹性变形、永久变形（塑性变形）和断裂变形三种。构件在外力作用下发生变形，外力去除后能恢复原来形状和尺寸，材料的这一特性称为弹性。这种在外力去除后能消失的变形称为弹性变形。若外力去除后，只能部分的恢复原状，还残留一部分不能消失的变形，材料的这一特性称为塑性。外力去除后不能消失而永远残留的变形，称为塑性变形或残余变形，也称永久变形。工程上，一般要求构件在正常工作时，只能发生少量弹性变形，而不能出现永久变形。但对材料进行某种加工（如弯曲、压延、锻打）时，则希望它产生永久变形。 3、什么是强度？什么是刚度？什么是韧性？ 材料或构件承受外力时，抵抗塑性变形或破坏的能力称强度。钢材在较大外力作用下可能不被破坏，木材在较小外力作用下而可能会断裂，我们说钢材的强度比木材高。材料或构件承受外力时抵抗变形的能力称为刚度。刚度不仅与材料种类有关，还与构件的结构形式、尺寸等有关。比如管式空气预热器管箱与钢管省煤器组件相比，前者抗变形能力要比后者好，我们称前者的刚度强（好），后者的刚度弱（差）。刚度好的构件，在外力作用下的稳定性也好。材料抵抗冲击载荷的能力称为韧性或冲击韧性，即材料承受冲击载荷时迅速产生塑性变形的性能。锅炉承压部件所使用的材料应具有较好的韧性。 4、什么是塑性材料？什么是脆性材料？ 在外力作用下，虽然产生较显著变形而不被破坏的材料，称为塑性材料。在外力作用下，发生微小变形即被破坏的材料，称为脆性材料。材料的塑性和韧性的重要性并不亚于强度。塑性和韧性差的材料，工艺性能往往很差，难以满足各种加工及安装的要求，运行中还可能发生突然的脆性破坏。这种破坏往往滑事故前兆，其危险性也就更大。脆性材料抵抗冲击载荷的能力更差。 5、什么是应力、应变和弹性模量？ 材料或构件在单位截面上所承受的垂直作用力称为应力。外力为拉力时，所产生的应力为拉应力；外力为压缩力时，产生的应力为压应力。在外力作用下，单位长度材料的伸长量或缩短量，称为应变量。在一定的应力范围（弹性形变）内，材料的应力与应变量成正比，它们的比例常数称为弹性模量或弹性系数。对于一定的材料，弹性模量是常数，弹性模量越大，在一定应力下，产生的弹性变形量越小。弹性模量随温度升高而降低。转动机械的轴与叶轮，要求在转动过程中产生较小的变形，就需要选用弹性模量较大的材料。 6、什么叫应力集中？ 应力集中：由于构件截面尺寸突然变化而引起应力局部增大的现象，称为应力集中。在等截面构件中，应力是均匀分布的。若构件上有孔、沟槽、凸肩、阶梯等，使截面尺寸发生突然变化时，在截面发生变化的部位，应力不再是均匀分布，在附近小范围内，应力将局部增大。应力集中的程度，可用应力集中系数来表示。应力集中系数的大小，只与构件形状和尺寸有关，与材料无关。工程上常用典型构件的应力集中系数，已通过试验确定。应力集中处的局部应力值，有时可能很大，会影响部件使用奉命，是部件损坏的重要原因之一。为防止和减小这种不利影响，应尽可能避免截面尺寸发生突然变化，构件的外形轮廓应平缓光滑，必要的孔、槽最好配置在低应力区。另外，金属材料内部或焊缝有气孔、夹渣、裂纹以及“焊不透”、“咬边”等缺陷，也会引起应力集中。 7、什么是强度极限（抗拉强度）与屈服极限？ 强度极限与屈服极限是通过试验确定的。在拉伸试验过程中，应力达到某一数值后，虽然不再增加甚至略有下降，试件的应变还在继续增加，并产生明显的塑性变形，好像材料暂
第四章 金属材料和热处理基本知识(答案)
第四章金属材料的基础知识和热处理的基本知识 第一部分：学习内容 1、钢的分类：|（1）-碳钢:含碳量低于2%的铁碳合金;-合金钢:在钢中特意加入一种或几种其它合金元素组成的钢;-生铁:含碳量高于2%的铁碳合金.,可通过铸造方法制造零件,所以又称铸铁. （2）按化学成分分类： 碳钢-低碳钢:含碳量小于0.25%;-中碳钢:含碳量为0.25~0.55%;-高碳钢:含碳量大于0.55%. 合金钢-低合金钢:合金元素总含量小于3.5%;-中合金钢:合金元素总含量3.5~10%;-高合金钢:合金元素总含量大于10%; 2、洛氏硬度与布氏硬度值近似关系： HRC≈1/10HB 3、热处理及其常用工艺方法 热处理的定义-利用钢在固态下的组织转变,通过加热和冷却获得不同组织结构,从而得到所需性能的工艺方法统称热处理. 常用热处理工艺方法：退火-将钢加热到一定温度,保温一段时间,然后随炉一起缓慢冷却下来,以期得到接近平衡状态组织的一种热处理方法. 4、完全退火:AC3以上30~50℃,用于消除钢的某些组织缺陷和应力,改善切削加工性能; 等温退火:加热到AC3,以上30~50℃,较快的冷却到略低于Ar1的温度,并在此温度下等温到奥氏体全部分解为止,然后出炉空冷.适用于亚共析钢、共析钢，尤其广泛用于合金钢的退火。优点是周期短，组织和硬度均匀。 5、正火-正火和退火加热方法相似，只是冷却速度比退火稍快（空冷），得到的是细片状珠光体（索氏体），强度、硬度比退火的高，与退火相比，工艺周期短，设备利用率高。主要用于低碳钢获得满意的机械性能和切削性能、过共析工具钢消除网状渗碳体、中碳钢代替退火或作为淬火前的预先热处理。 6、淬火-将钢加热到AC1以上30~50℃(共析钢、过共析钢）或AC3以上30~50℃（亚共析钢），保温一段时间，然后快冷得到高硬度的马氏体组织的工艺方法。用以提高工件的耐磨性。 7、回火-将淬火后的工件加热到A1以下某一温度，保温一段时间，然后以一定的方式冷却（炉冷、空冷、油冷、水冷等） -目的：1）降低淬火工件的脆性，消除内应力（热应力和组织应力），使淬火组织趋于稳定，同时也使工件尺寸趋于稳定；2）获得所需的硬度和综合机械性能。 8、焊后消除应力热处理(PWHT、ISR):目的是消除应力、降低硬度、改善组织、稳定尺寸,避免制造和使用过程产生裂纹; 9、试述T8A的含义：含碳量为8‰的高级优质碳素工具钢。 10、怎样区别无螺纹的黑铁管与直径相似的无缝钢管？ 答：无缝钢管是用优质碳钢、普通低合金钢、高强耐热钢、不锈钢等制成。不镀锌的瓦斯管习惯上称为黑铁管，从管子内壁有无焊缝和管子直径来判断。 11、何谓钢的热处理？ 答：所谓钢的热处理就是在规定范围内将钢加热到预定的温度，并在这个温度保持一定的时间，然后以预定的速度和方法冷下来的一种生产工艺。 12、试述T7的含义。 答：T7的含义为：含碳量为7‰的碳素工具钢。 13，退火：将钢加热到一定的温度，保温一段时间，随后由炉中缓慢冷却的一种热处理工序。其作用是：消除内应力，提高强度和韧性，降低硬度，改善切削加工性。应用：高碳钢
金属材料基本知识
金属材料基本知识 1 钢铁材料及其生产 在人们生活中所用的、遇到的材料分为金属材料和非金属材料。 金属材料是现代工业、农业、国防以及科学技术各个领域应用最广泛的工程材料。这不仅是由于其来源丰富、生产工艺简单、成熟，而且还具有优良的性能。 金属材料又有钢铁（黑色金属）和有色金属等，如碳钢、合金钢、有色金属、铸铁及其合金等。钢与生铁由于碳含量不同，性能和用途也不同。 生铁的含碳量一般有2.5-4.5%，按其用途分为炼钢生铁（含碳4%左右，是炼钢的主要原料）和铸造生铁（铸铁）。最终炼出来的钢碳含量一般都小于1.3%，除少数直接铸成各种形状的铸件外，绝大多数先铸成钢锭，再经轧制或锻压成各种钢件和锻件，然后供进一步加工使用。 其中应用最为广泛的是碳钢和合金钢。如将钢按用途来划分，有结构钢（建筑及工程用钢或结构用钢，如锅炉中的钢结构等）、工具钢（各种量具、刃具、模具钢等）和特殊性能钢（耐热钢、不锈耐酸钢及电工用钢）；按质量来划分则有普通钢、优质钢和高级优质钢三类；按冶炼方法、钢液脱氧程度和铸锭工艺的不同来划分则有沸腾钢、镇静钢（脱氧完全的钢，化学成分和力学性能均匀、焊接性能和抗腐蚀性好，一般用来做较重要的部件；受压元件用钢即是）和半镇静钢三类；此外还有其余种类的如按金相组织分类方法。 电站锅炉所耗用的金属材料数量大、品种规格多，除少量有色金属和铸铁外，绝大多数为钢材。其中有钢管、钢板、棒材、工字钢、槽钢、角钢以及铸锻件等。一部分钢材为普通钢，用来制作锅炉的普通结构件，性能要求并不高(主要是一些普通钢结构，是从国家标准中所引用的一些钢号)。另一部分则用来制作高温、高压（或承受高应力）条件下或处于腐蚀性介质中长期工作的元件。这些锅炉钢是综合性能要求很高的材料。 从20世纪50年代起，我国冶金部门、锅炉制造行业和电力部门的科研、生产单位在锅炉钢合金化、冶金生产、焊接和热处理工艺、性能测试、寿命分析诸方面开展了大量的应用研究，形成了我国独特的锅炉用钢体系，有利地保证了火电设备向大容量、高参数的不断发展。从80年代以来，随着我国锅炉制造业与国外的不断交流，也引进了不少国外的优质锅炉钢种进入我国的标准体系。 1.1钢铁的冶炼 1.1.1铁的冶炼 炼铁的主要设备是高炉，高炉炼铁的原料主要是铁矿石、焦炭和熔剂（如石灰石等）。铁的冶炼过程，实质就是将铁矿石中的氧化铁还原成铁的过程。高炉中焦炭本身的碳及其燃烧反应的产物一氧化碳都对氧化铁起还原作用。 1.1.2钢的冶炼 钢与生铁的最主要区别就是碳含量不同，将生铁进行精炼以大幅度降低碳量（和各种杂质）就得到符合要求的钢。精炼所依托的原理主要含有脱碳反应（FeO+C=Fe+CO）、硅锰的氧化反应（2Fe0+Si=2Fe+ SiO2，Fe0+Mn=Fe+MnO）、去磷硫过程（去磷反应2Fe2P+5FeO=P2O5+9Fe，P2O5+4CaO=4 CaO.P2O5,去硫反应FeS+CaO=CaS+FeO）、脱氧反应（沉淀脱氧：将含有Si、Mn、Al等元素的脱氧剂直接加入钢液中，使在钢中的FeO还原，生成不溶于钢液的氧化物，然后
(完整版)金属材料知识大全
金属材料是指金属元素或以金属元素为主构成的具有金属特性的材料的统称。包括纯金属、合金、金属材料金属间化合物和特种金属材料等。（注：金 属氧化物（如氧化铝）不属于金属材料） 1.意义 人类文明的发展和社会的进步同金属材料关系十分密切。继石器时代之后 出现的铜器时代、铁器时代，均以金属材料的应用为其时代的显著标志。现代，种类繁多的金属材料已成为人类社会发展的重要物质基础。 2.种类 金属材料通常分为黑色金属、有色金属和特种金属材料。 （1）黑色金属又称钢铁材料，包括含铁90%以上的工业纯铁，含碳2%～4%的铸铁，含碳小于 2%的碳钢，以及各种用途的结构钢、不锈钢、耐热钢、高温合金、不锈钢、精密合金等。广义的黑色金属还包括铬、锰及其合金。 （2）有色金属是指除铁、铬、锰以外的所有金属及其合金，通常分为轻金属、重金属、贵金属、半金属、稀有金属和稀土金属等。有色合金的强度和硬 度一般比纯金属高，并且电阻大、电阻温度系数小。 （3）特种金属材料包括不同用途的结构金属材料和功能金属材料。其中有通过快速冷凝工艺获得的非晶态金属材料，以及准晶、微晶、纳米晶金属材料等；还有隐身、抗氢、超导、形状记忆、耐磨、减振阻尼等特殊功能合金以及 金属基复合材料等。 3.性能 一般分为工艺性能和使用性能两类。所谓工艺性能是指机械零件在加工制 造过程中，金属材料在所定的冷、热加工条件下表现出来的性能。金属材料工 艺性能的好坏，决定了它在制造过程中加工成形的适应能力。由于加工条件不同，要求的工艺性能也就不同，如铸造性能、可焊性、可锻性、热处理性能、 切削加工性等。 所谓使用性能是指机械零件在使用条件下，金属材料表现出来的性能，它 包括力学性能、物理性能、化学性能等。金属材料使用性能的好坏，决定了它 的使用范围与使用寿命。在机械制造业中，一般机械零件都是在常温、常压和 非常强烈腐蚀性介质中使用的，且在使用过程中各机械零件都将承受不同载荷 的作用。金属材料在载荷作用下抵抗破坏的性能，称为力学性能（过去也称为 机械性能）。金属材料的力学性能是零件的设计和选材时的主要依据。外加载 荷性质不同（例如拉伸、压缩、扭转、冲击、循环载荷等），对金属材料要求 的力学性能也将不同。常用的力学性能包括：强度、塑性、硬度、冲击韧性、 多次冲击抗力和疲劳极限等。 金属材料特质
压力管道金属材料基本知识
金属材料基本知识（一） 金属材料的性能首先取决于它的元素组成，其次它也将受微观组织、加工方法、热处理方式等因素的影响，而工程选材主要是依据材料的性能而进行的。作为材料工程师，有必要对影响材料性能的有关基本知识有所了解，并能够对材料的加工方法、热处理、检查试验等提出适宜的要求，从而能够选用到既可靠又经济的材料。有关金属材料的基本知识将分两部分来介绍。本节作为第一部分将介绍金属材料的微观结构、基本性能、常见元素对金属材料性能的影响以及金属材料的分类及牌号标识等内容，而与制造有关的金属材料基本知识将在第九章中介绍。 一、金属的微观结构 金属是石油化工生产装臵中最主要的应用材料，有人比喻说：“石油化工生产装臵是用钢铁垒起来的”。此话一点都不过分。那么什么是金属呢？它与非金属相比，具有以下四个明显的特征：金属的固体是晶体；金属具有良好的导电、导热性；金属具有特有的颜色和光泽；金属具有塑性。同时具有上述四种特征的材料才是金属，只具有上述一种或两种特性的材料不一定是金属。 （一）钝金属的微观结构 钝金属在工程上用的很少，大多数用的是其合金材料。为了便于理解，还是首先从钝金属说起。上面已经提到，固体的金属都是晶体，而晶体的最大特点就是其原子按一定的规律整齐排列着。不妨用假想的几何联线将原子的中心线连起来，形成一个空间几何格子，并称之为晶格，见图3-1所示。构成晶格的最小单元叫做晶胞，晶胞 各边的尺寸（x，y，z）叫做晶格常 数。根据晶格常数及原子的配臵位臵 不同，可将晶胞分成以下常见的三种 型式：即体心立方晶胞、面心立方晶 胞和密排六方晶胞，见图3-2所示。 其中，体心立方晶胞为x=y=z的正方 体，每个节点和体心内各臵一个原子。 配属于该晶胞的原子数为（1/8）x8+1=2 个。属于此类晶格结构的金属有α-铁图3－1 金属的晶格 （α-Fe）、铬（Cr）、钼（Mo）、钨（W）、 钒（V）等；面心立方晶 胞也为x=y=z的正方体， 但它除每个节点各有一 个原子外，其六个面上 还各臵一个原子。配属 于该晶胞的原子数为 (1/8)x8+(1/2)×6=4个。 属于此类晶格结构的金 属有铝（Al）、铜（Cu）、（a）体心立方晶胞（b）面心立方晶胞（c）密排六方晶胞 镍（Ni）、铅（Pb）、r-铁图3－2 晶胞结构 （r-Fe）、银（Ag）等；密 排六方晶胞的y/x≈1.633，其配属该晶胞的原子数为（1/4）x12+（1/2）x2+3=6个。属于此类晶格结构的金属有铍（Be）、镁（Mg）、锌（Zn）、镉（Cd）等。不同晶格型式的金属，其机械性能是不同的。我们知道，金属的强度表现为金属原子间的金属健结合。也就是说，金属原子（实为离子）周围的自由电子穿梭于各原子之间，它不再为某个原子所拥有，而是为相邻的所有原子共有，各原子正是靠这些自由电子将它
电厂金属材料基础知识
金属材料的基础知识 一、金属材料的分类方法：金属材料分为两大类：即黑色金属与有色金属 1、黑色金属元素：铁、锰、铬 2、有色金属元素：除上述三种元素外，其余称为有色金属元素。 通常将以铁、锰、铬为基的合金称为黑色金属，以铁为基的合金称为钢，以其余金属元素为基的合金称为有色金属。 二、金属材料的表示方法。 钢的编号方法：根据国标GB/T221-2000《钢铁产品牌号表示方法》的规定，一般采用汉语拼音字母、化学元素符号和阿拉伯数字相结合的方法表示。世界各国的钢号表示方法不一致，主要因为习惯上各自采用本国的国家标准，某部门标准或协会团体标准中的钢号表示方法，这给技术交流等带来很大的不便。 有色金属的编号方法：有色金属及其合金编号方法与钢的编号方法大致相同，都是采用汉语拼音字母，化学元素符号和阿拉伯数字相结合的方法表示。因为铝合金与钛合金分类方法相对简单，放在铝合金和钛合金的材料牌号中一般不出现化学元素符号。 三、合金元素在钢中的作用 铝 金属材料知识大全-CAL-FENGHAI-(2020YEAR-YICAI)_JINGBIAN 概述 金属材料是指金属元素或以金属元素为主构成的具有金属特性的材料的统称。包括纯金属、合金、金属材料金属间化合物和特种金属材料等。（注：金属氧化物（如氧化铝）不属于金属材料） 1.意义 人类文明的发展和社会的进步同金属材料关系十分密切。继石器时代之后出现的铜器时代、铁器时代，均以金属材料的应用为其时代的显著标志。现代，种类繁多的金属材料已成为人类社会发展的重要物质基础。 2.种类 金属材料通常分为黑色金属、有色金属和特种金属材料。 （1）黑色金属又称钢铁材料，包括含铁90%以上的工业纯铁，含碳2%～4%的铸铁，含碳小于 2%的碳钢，以及各种用途的结构钢、不锈钢、耐热钢、高温合金、不锈钢、精密合金等。广义的黑色金属还包括铬、锰及其合金。 （2）有色金属是指除铁、铬、锰以外的所有金属及其合金，通常分为轻金属、重金属、贵金属、半金属、稀有金属和稀土金属等。有色合金的强度和硬度一般比纯金属高，并且电阻大、电阻温度系数小。 （3）特种金属材料包括不同用途的结构金属材料和功能金属材料。其中有通过快速冷凝工艺获得的非晶态金属材料，以及准晶、微晶、纳米晶金属材料等；还有隐身、抗氢、超导、形状记忆、耐磨、减振阻尼等特殊功能合金以及金属基复合材料等。 3.性能 一般分为工艺性能和使用性能两类。所谓工艺性能是指机械零件在加工制造过程中，金属材料在所定的冷、热加工条件下表现出来的性能。金属材料工艺性能的好坏，决定了它在制造过程中加工成形的适应能力。由于加工条件不同，要求的工艺性能也就不同，如铸造性能、可焊性、可锻性、热处理性能、切削加工性等。 所谓使用性能是指机械零件在使用条件下，金属材料表现出来的性能，它包括力学性能、物理性能、化学性能等。金属材料使用性能的好坏，决定了它的使用范围与使用寿命。在机械制造业中，一般机械零件都是在常温、常压和非常强烈腐蚀性介质中使用的，且在使用过程中各机械零件都将承受不同载荷的作用。金属材料在载荷作用下抵抗破坏的性能，称为力学性能（过去也称为机械性能）。金属材料的力学性能是零件的设计和选材时的主要依据。外加载荷性质不同（例如拉伸、压缩、扭转、冲击、循环载荷等），对金属材料要求的力学性能也将不同。常用的力学性能包括：强度、塑性、硬度、冲击韧性、多次冲击抗力和疲劳极限等。 金属材料特质 1.疲劳 许多机械零件和工程构件，是承受交变载荷工作的。在交变载荷的作用下，虽然应力水平低于材料的屈服极限，但经过长时间的应力反复循环作用以后，也会发生突然脆性断裂，这种现象叫做金属材料的疲劳。金属材料疲劳断裂的特点是： （1）载荷应力是交变的； （2）载荷的作用时间较长； （3）断裂是瞬时发生的； 金属材料名称常用基础术语 1．基础术语： 黑色金属：铁和铁的合金均称为黑色金属。如钢、生铁、铁合金、铸铁等。 纯铁：纯度很高的铁，化学纯铁含碳量几乎为零，工业纯铁含碳量<0.05%。纯铁是很软的，一般不应用到实际中。 铁碳合金：以铁为基础，以碳为主要添加元素的合金，统称为铁碳合金。如钢和生铁。 生铁：把铁矿石放到高炉中冶炼而成的，含碳量2％～4.3％（也有资料称3.5%—5.5%、2.11%-6.67%）的铁碳合金称为生铁。生铁质硬而脆，缺乏韧性，几乎没有塑性变形能力，因此不能通过锻造、轧制、拉拔等方法加工成形，主要用来炼钢和制造铸件，如白口铁、灰口铁和球墨铸铁。也有习惯上把炼钢生铁叫做生铁，把铸造生铁简称为铸铁。 白口铁：碳以Fe3C形态分布的生铁称为白口铁，其断口呈银白色，质硬而脆，不能进行机械加工，是炼钢的原料，故又称炼钢生铁。 灰口铁：碳以片状石墨形态分布的生铁称为灰口铁，其断口呈银灰色，由于石墨质软并有润滑作用，因而这种生铁具有良好的易切削、耐磨和铸造性能等优点。但是，由于有片状石墨的存在，降低了它的抗拉强度，使它不能锻轧，只能用于制造各种铸件，如铸造机床床座、铁管等。因此，通常把这种生铁叫做铸造生铁。 球墨铸铁：碳以球状石墨分布则称球墨铸铁，其机械性能、加工性能接近于钢。 钢：含碳量在0.04%-2.3%之间（也有资料称0.03%-1.2%）的铁碳合金称为钢。为了保证其韧性和塑性，含碳量一般不超过1.7%。钢的主要元素除铁、碳外，还有硅、锰、硫、磷等。 有色金属：又称非铁金属，指除黑色金属外的金属和合金，如铜、锡、铅、锌、铝等。第2章：钢的分类基础知识 1．按品质进行分类 ①普通钢：P≤0.045% S≤0.050%（如普通碳素结构钢Q195、Q235等） ②优质钢：P≤0.035% S≤0.035%（如优质碳素结构钢20号、45号钢等） ③高级优质钢：P≤0.035% S≤0.030%（比优质钢更优质，一般在钢号后加A以示区别，如08A等） 2．按化学成份进行分类 1）碳素钢： ①低碳钢：C≤0.25% ②中碳钢：C≤0.25~0.60% ③高碳钢：C≥0.60% 2）合金钢： ①低合金钢（合金元素总含量≤5%）； ②中合金钢（合金元素总含量＞5~10%）； ③高合金钢（合金元素总含量＞10%）。 3．按成形方法分类： ①锻钢 ②铸钢 ③热轧钢 ④冷拉钢。 4．按金相组织分类 1）退火状态的： ①亚共析钢（铁素体+珠光体）； ②共析钢（珠光体）； 金属材料力学性能基本知识 及钢材的脆化 金属材料是现代工业、农业、国防以及科学技术各个领域应用最广泛的工程材料，这不仅是由于其来源丰富，生产工艺简单、成熟，而且还因为它具有优良的性能。 通常所指的金属材料性能包括以下两个方面： 1．使用性能即为了保证机械零件、设备、结构件等能正常工作，材料所应具备的性能，主要有力学性能(强度、硬度、刚度、塑性、韧性等)，物理性能(密度、熔点、导热性、热膨胀性等)，化学性能(耐蚀性、热稳定性等)。使用性能决定了材料的应用范围，使用安全可靠性和使用寿命。 2 工艺性能即材料在被制成机械零件、设备、结构件的过程中适应各种冷、热加工的性能，例如锻造，焊接，热处理，压力加工，切削加工等方面的性能。工艺性能对制造成本、生成效率、产品质量有重要影响。 1．1材料力学基本知识 金属材料在加工和使用过程中都要承受不同形式外力的作用，当外力达到或超过某一限度时，材料就会发生变形以至断裂。材料在外力作用下所表现的一些性能称为材料的力学性能。锅炉压力容器材料的力学性能指标主要有强度、硬度、塑性、韧性等这些性能指标可以通过力学性能试验测定。 1．1．1 强度 金属的强度是指金属抵抗永久变形和断裂的能力。材料强度指标可以通过拉伸试验测出。把一定尺寸和形状的金属试样(图1～2)装夹在试验机上，然后对试样逐渐施加拉伸载荷，直至把试样拉断为止。根据试样在拉伸过程中承受的载荷和产生的变形量之间的关系，可绘出该金属的拉伸曲线(图1—3)。在拉伸曲线上可以得到该材料强度性能的一些数据。图1—3所示的曲线，其纵坐标是载荷P(也可换算为应力d)，横坐标是伸长量AL(也可换算为应变e)。所以曲线称为P—AL曲线或一一s曲线。图中曲线A是低碳钢的拉伸曲线，分析曲线A，可以将拉伸过程分为四个阶段： 锅炉知识-金属材料基本知识 1、什么是变形？变形有几种形式？ 构件在外力作用下，发生尺寸和形状改变的现象，称为变形。变形的基本形式有弹性变形、永久变形（塑性变形）和断裂变形三种。 构件在外力作用下发生变形，外力去除后能恢复原来形状和尺寸，材料的这一特性称为弹性。这种在外力去除后能消失的变形称为弹性变形。若外力去除后，只能部分的恢复原状，还残留一部分不能消失的变形，材料的这一特性称为塑性。外力去除后不能消失而永远残留的变形，称为塑性变形或残余变形，也称永久变形。 工程上，一般要求构件在正常工作时，只能发生少量弹性变形，而不能出现永久变形。但对材料进行某种加工（如弯曲、压延、锻打）时，则希望它产生永久变形。 2、什么是强度？什么是刚度？什么是韧性？ 材料或构件承受外力时，抵抗塑性变形或破坏的能力称强度。钢材在较大外力作用下可能不被破坏，木材在较小外力作用下而可能会断裂，我们说钢材的强度比木材高。 材料或构件承受外力时抵抗变形的能力称为刚度。刚度不仅与材料种类有关，还与构件的结构形式、尺寸等有关。比如管式空气预热器管箱与钢管省煤器组件相比，前者抗变形能力要比后者好，我们称前者的刚度强（好），后者的刚度弱（差）。刚度好的构件，在外力作用下的稳定性也好。 材料抵抗冲击载荷的能力称为韧性或冲击韧性，即材料承受冲击载荷时迅速产生塑性变形的性能。锅炉承压部件所使用的材料应具有较好的韧性。 3、什么是塑性材料？什么是脆性材料？ 在外力作用下，虽然产生较显著变形而不被破坏的材料，称为塑性材料。在外力作用下，发生微小变形即被破坏的材料，称为脆性材料。 材料的塑性和韧性的重要性并不亚于强度。塑性和韧性差的材料，工艺性能往往很差，难以满足各种加工及安装的要求，运行中还可能发生突然的脆性破坏。这种破坏往往滑事故前兆，其危险性也就更大。 脆性材料抵抗冲击载荷的能力更差。 4、什么是应力、应变和弹性模量？ 材料或构件在单位截面上所承受的垂直作用力称为应力。外力为拉力时，所产生的应力为拉应力；外力为压缩力时，产生的应力为压应力。在外力作用下，单位长度材料的伸长量或缩短量，称为应变量。在一定的应力范围（弹性形变）内，材料的应力与应变量成正比，它们的比例常数称为弹性模量或弹性系数。对于一定的材料，弹性模量是常数，弹性模量越大，在一定应力下，产生的弹性变形量越小。弹性模量随温度升高而降低。转动机械的轴与叶轮，要求在转动过程中产生较小的变形，就需要选用弹性模量较大的材料。 5、什么叫应力集中？ 由于构件截面尺寸突然变化而引起应力局部增大的现象，称为应力集中。 在等截面构件中，应力是均匀分布的。若构件上有孔、沟槽、凸肩、阶梯等，使截面尺寸发生突然变化时，在截面发生变化的部位，应力不再是均匀分布，在附近小范围内，应力将局部增大。应力集中的程度，可用应力集中系数来表示。应力集中系数的大小，只与构件形状和尺寸有关，与材料无关。工程上常用典型构件的应力集中系数，已通过试验确定。 第一篇金属材料的基本知识 第一章金属材料的主要性能 1 力学性能又称机械性能，金属材料在里的作用下所表现出来的性能 2零件的受力情况：静载荷动载荷交变载荷 3力学性能指标：强度塑性强度冲击韧度疲劳强度 第二章铁碳合金 1过冷：理论结晶温度与实际结晶温度差的现象 2过冷度：理论结晶温度与实际结晶之差 3细化铸态金属粒的主要途径：提高冷却速度，以增加外来晶核采用热处理或塑性加工方法，使固态金属晶粒细化 4金属晶体结构的主要差别：晶格类型晶格常数不同 5铁碳合金组织分为：固溶体金属化合物机械混合物 6纯铁的晶格：体心立方面心立方 7合金：两种或者两种以上金属元素，金属与非金属融合在一起，构成具有金属特性的物质 8元：组成金属的元素成为组元 第三章钢的热处理 1热处理：普通:退火回火淬火正火 表面：表面淬火化学热处理（渗氮渗碳） 2热处理过程：Ar-650°珠光体粗片层珠光体 650-600 索氏体细片层珠光体 600-550 托氏体极细片状珠光体 550-Ms 贝氏体中温区 3加热，保温实现奥氏体化，进行冷却 第二篇铸造 1铸造：将液态金属浇筑到铸型中待其冷却凝固，以获得一定尺寸，形状和性能的毛坯或零件的成形方法 2铸造的特点：可形成形状复杂，有复杂内腔的毛坯试用范围广可直接利用成本低的废机件来切削，费用低3充型：液态合金填充铸型的过程 4充型能力：液态合金充满铸型行腔，获得形状准确，轮廓清晰的铸件能力 5影响充型能力的主要因素:合金的流动性浇注条件铸型填充条件 6铸件断面的三个区域：固相区凝固区液相区 7铸件的实际收缩率与其化学成分浇注温度铸件结构铸型条件有关 8液态合金的流动性的衡量标准：螺旋形式样 9凝固方式：逐层凝固糊状凝固中间凝固 10内应力产生的原因：固态收缩收到阻碍 11内应力分为：热应力机械应力 12冷裂：在低温下形成的裂纹在应力集中拉伸处易产生 13特点：裂纹细小呈连续直线状缝内略微氧化 14热烈：在高温下形成的裂纹 15特点：缝隙宽形状曲折缝内氧化 16石墨形状不同可使铸件获得不同的性能 17优点：优良的减震性耐磨性好缺口敏感性好铸造性能优良切削加工性好 18孕育处理：粗大的石墨片严重的割裂金属基体，使铸铁强度降低，向铁液中加入孕育剂（硅75%的铁轨合剂） 19原理：铁液中均匀悬浮着外来弥散质点，增加石墨结晶核心，使石墨化作用提高，处理后，铸铁石墨细小，分布均匀得到珠光体基体，强度硬度提高 20铜铝合金的熔化特点：金属料不与燃料直接接触，以减少金属的损耗，保证金属纯洁 21以焦炭为原料的坩埚炉或电阻炉来融化 22熔点低，用细沙来造型，凝固收缩率比灰铸铁高，需要安置冒口使其顺序凝固，以便补缩 23手工造型特点：操作灵活大小铸件都可以 24机器造型特点：极大的提高劳动的生产率改善劳动条件铸件尺寸精确表面光滑加工余量小 25机器造芯特点：射沙将填沙和紧沙一起完成 26浇注位置选择原则：重要加工面朝下上表面易产生砂眼，气孔组织不如下表面细致 大平面朝下上表面热辐射强，型砂急剧热膨胀和因强度下降拱起或开裂致上表面开裂 面积大的薄壁部分置于下部或使其垂直或倾斜防止薄壁处洗不到或冷隔缺陷 圆周件应立铸，便于补缩原部分放于铸型上方，顺序凝固 27分型面：应使其平直，数量少避免不必要的型芯和活块，简化造型工艺使其铸件全部或部分位于下箱金属材料知识大全
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第二章 金属材料力学性能基本知识及钢材的脆化
锅炉常用金属材料基础知识)
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