金屬特性和破壞性試驗(yàn)

1、金屬特性和破壞性試驗(yàn)(1) American Welding Society & Moody International China 第六部分 金屬的特性和破壞性試驗(yàn) 目 錄 介紹.2 金屬的機(jī)械性能 .2 金屬的化學(xué)性能 .8 破壞性試驗(yàn) .13 總結(jié) .31 關(guān)鍵術(shù)語和定義 31 1 of 34 Module 6 American Welding Society & Moody International China 第六單元 金屬的特性和破壞性試驗(yàn) 介紹 在當(dāng)今世界，有數(shù)以千計(jì)的金屬用于制造材料，包括母材和填充金屬。如此，材料工程師和設(shè)計(jì)師能夠選擇最符合他

2、們要求的金屬。這些金屬不僅在它們的成份上不同，而且還在其制造的方式上也不同。在美國，有幾個(gè)組織編制材料標(biāo)準(zhǔn)，如ASTM， ASME及AWS。另外還有來自包括日本和歐洲許多其他國家和組織的材料標(biāo)準(zhǔn)。 如第一單元所述，焊接檢驗(yàn)師的責(zé)任之一是要審核與母材和填充材料的實(shí)際特性有關(guān)的文件。本單元的目的是對(duì)這些機(jī)械和化學(xué)性能作些描述。通過這些描述，焊接檢驗(yàn)師就能了解這些實(shí)際值意昧著什么。大多數(shù)情況下，檢驗(yàn)師必須能簡單地把要求值與實(shí)際值相比較以判斷其符合性。然而，這也會(huì)幫助檢驗(yàn)師更多地了解這些材料特性，從而避免在焊接中可能出現(xiàn)的問題。 本單元另一個(gè)目的是對(duì)將在第八單元中討論的“焊接檢驗(yàn)師的焊接冶金學(xué)“提供基

3、礎(chǔ)。因?yàn)橐环N金屬的金相組成決定了它的特性，將顯示不同的冶金處理如何可以改變一種金屬的特性。 由于金屬的機(jī)械和化學(xué)性能，制造中需使用特殊技術(shù)以防止這些金屬的劣化。比如，預(yù)熱和后熱就是為保持金屬某些特性的技術(shù)。對(duì)于經(jīng)過淬火和回火的鋼，可能要求焊接檢驗(yàn)師對(duì)焊接的熱輸入進(jìn)行監(jiān)控以防止由于過熱導(dǎo)致母材特性的劣化。在這些例子中，焊接檢驗(yàn)師并不是直接介入的這些材料的特性。但是，有效地監(jiān)控可防止由于加熱過高或過低而導(dǎo)致材料所應(yīng)性能的改變。 金屬的機(jī)械性能 我們將討論金屬的一些重要的機(jī)械性能；這里的討論限于以下五種性能： 強(qiáng)度 強(qiáng)度被定義為“材料能夠承受所加載荷的能力”，有很多種強(qiáng)度，每一種都取決于這一載荷是如

4、何施加到材料上的，如拉伸強(qiáng)度，剪切強(qiáng)度，抗扭強(qiáng)度，沖擊強(qiáng)度和疲勞強(qiáng)度。 金屬的拉伸強(qiáng)度被描述為當(dāng)金屬承受張力或拉力載荷而沒有失效的能力。因?yàn)榻饘俪３１挥糜诔惺芾?2 of 34 Module 6 強(qiáng)度 延展性 硬度 韌性 疲勞強(qiáng)度 American Welding Society & Moody International China 伸載荷，所以這是設(shè)計(jì)者所要考慮的很重要的特性之一。當(dāng)測定金屬特性時(shí)，通常以兩種不同方式描述拉伸強(qiáng)度。所用的術(shù)語是最大的拉伸強(qiáng)度和屈服強(qiáng)度。這兩種強(qiáng)度表示了該材料兩個(gè)不同方面。最大拉伸強(qiáng)度，UTS，（有時(shí)簡單地稱為拉伸強(qiáng)度）與金屬的最大承載能力有關(guān)

5、，也就是當(dāng)材料失效時(shí)的強(qiáng)度。 為了定義屈服強(qiáng)度，有必要理解金屬”彈性變形”的含義。彈性變形是指金屬在載荷下變形，當(dāng)移掉此載荷，將不引起永久性的變形。彈性變形可以用一個(gè)熟悉的例子來說明；一條橡皮筋是一種典型的彈性材料。當(dāng)它受載時(shí)會(huì)伸長，但當(dāng)載荷去掉時(shí)，它會(huì)恢復(fù)原形。當(dāng)金屬在其彈性區(qū)域內(nèi)受載時(shí)，它會(huì)有一些伸長。在這彈性范圍內(nèi)，伸長的量直接與所加的載荷成比例，所以彈性變形是線性的。當(dāng)金屬以彈性作用時(shí)，它能夠伸長到某一點(diǎn)，當(dāng)載荷移掉時(shí)，它可以回到原來的長度。這就是說，它沒有發(fā)生永久變形。圖就說明了這一點(diǎn)。 如果金屬被施加應(yīng)力超過其彈性極限外，它就 無法再進(jìn)行彈性活動(dòng)。它的形為現(xiàn)在可以稱為塑性 變形，就

6、是出現(xiàn)永久變形。這也意味著應(yīng)力應(yīng)變圖 關(guān)系不再是線性的了。一旦塑性變形出現(xiàn)，當(dāng)所施 加的載荷移掉時(shí)，材料將不會(huì)恢復(fù)到其原來的長度， 而發(fā)生了永久變形。 材料從其彈性至塑性轉(zhuǎn)換的點(diǎn)稱為該材料的屈 服點(diǎn)。因此屈服強(qiáng)度就是材料能夠承受從彈性至塑 性的強(qiáng)度。這個(gè)數(shù)值是極其重要的。因?yàn)榇蟛糠衷O(shè) 計(jì)師都用此值作為某些結(jié)構(gòu)最大載荷限度的基礎(chǔ)。 這是必要的。因?yàn)槌且粋€(gè)結(jié)構(gòu)所受應(yīng)力超過了其 屈服點(diǎn)，并且成為永久性的變形，該結(jié)構(gòu)可以被使 用。 拉伸強(qiáng)度和屈服強(qiáng)度通常是由拉伸試驗(yàn)來確定 的。給一個(gè)已知橫截面積的試件加載，其應(yīng)力就可 以以每平方英吋磅來確定。那么當(dāng)試件被加載至失 效，它就能被確定以每平方英吋磅為基礎(chǔ)

7、的承載的 能力。下面這一例子就顯示對(duì)一種材料，這種關(guān)系 是如何作用的。 拉伸試驗(yàn)的拉伸強(qiáng)度為60,000 psi。此金屬能承受的最大負(fù)荷是 60,000 psi 乘以橫截面積。 對(duì)于一1英吋 x 1英吋的部件（截面積為1平方英吋）： 最大負(fù)荷= 60,000 psi x 1 in2 最大負(fù)荷= 60,000 磅 對(duì)于一2英吋 x 2英吋的部件（截面積為4平方英吋）： 最大負(fù)荷= 60,000 psi x 4 in2 最大負(fù)荷= 240,000 磅 3 of 34 Module 6 American Welding Society & Moody International Ch

8、ina 當(dāng)設(shè)計(jì)師了解了金屬的拉伸強(qiáng)度，他就能夠確定需要多大的橫截面積才能承受住所給定的載荷。拉伸試驗(yàn)提供了一個(gè)金屬強(qiáng)度的直接測量值。另外用硬度試驗(yàn)對(duì)強(qiáng)度進(jìn)行非直接測量也是可能的。對(duì)于碳鋼，拉伸強(qiáng)度和硬度之間有一直接的關(guān)系。那就是如果硬度增加，拉伸強(qiáng)度也增加，反之亦然。但是拉伸試驗(yàn)測定的拉伸強(qiáng)度是最精確的。通常在碳鋼和低合金鋼上最方便的是做硬度試驗(yàn)以估算它們相當(dāng)?shù)睦鞆?qiáng)度。 圖顯示的是通用建造材料的拉伸和屈服強(qiáng)度，延伸率以及硬度值。 有趣的是你會(huì)發(fā)現(xiàn)所記錄的數(shù)值基于材料的熱處理狀態(tài)，機(jī)械狀態(tài)或質(zhì)量可能有所變化。這些狀態(tài)的變化，即便材料具有相同的化學(xué)成分，可能會(huì)引起機(jī)械性能的變化。 金屬的溫度對(duì)其

9、強(qiáng)度也有影響。當(dāng)溫度上升，金屬強(qiáng)度降低。如果金屬在高溫下承受載荷，設(shè)計(jì)師者必須考慮到在該溫度下材料強(qiáng)度有所減小。溫度對(duì)金屬的延展性也有影響，這是下一個(gè)要進(jìn)行討論的主題。 圖一些金屬的機(jī)械性能 延展性 延展性是指材料在承受載荷而沒有失效情況下變形或伸長的能力。金屬的延展性越大，在斷裂前伸長量也越大。它是金屬的一個(gè)重要的性能，因?yàn)樗赡苡绊懙浇饘僭谑茌d下是逐漸地失效還是突然失效。如果金屬有高的延展性，它通常會(huì)慢慢地?cái)嗔?。延展性良好的金屬在其斷裂前?huì)彎曲，意味著金屬的屈服點(diǎn)逐漸地被超過。延展性差的金屬會(huì)在沒有任何預(yù)兆的情況下突然斷裂，為脆性斷裂。 4 of 34 Module 6 American

10、Welding Society & Moody International China 金屬的延展性直接與其溫度有關(guān)。當(dāng)溫度上升時(shí)，金屬的延展性會(huì)增加。當(dāng)溫度下降時(shí)，延展性會(huì)減小。室溫下延展性良好的金屬在零度以下，以脆性失效。 具有高延展性的金屬可以稱為韌性，如是低延展性可稱為脆性。脆性材料在破裂前只有一點(diǎn)點(diǎn)變形或沒有變形。玻璃就是脆性材料的最好的例子。通常的脆性金屬是鑄鐵，特別是白口鑄鐵。 脆性與韌性失效外觀上的不同可以輕易地看出 來。圖所示的是二個(gè)不同夏比試件一半，一個(gè)是 脆性失效而另一個(gè)是以韌性失效。 延展性是一種特性，它允許幾個(gè)在長度上稍有差 別的部件一致承受載荷，而不

11、會(huì)因?yàn)槠渲腥魏我粋€(gè)部 件過載而導(dǎo)致失效。如果其中一個(gè)部件略短一點(diǎn)，但 由于具有韌性，其它部件就能夠充分變形以分擔(dān)負(fù)載。 這個(gè)現(xiàn)象的一個(gè)實(shí)際例子就是形成支撐吊橋鋼纜的個(gè) 別拉緊鋼絲。因?yàn)殇摻z長度不可能做的很精確，所以 鋼絲是由韌性金屬做成的。當(dāng)橋承載時(shí)，那些瞬時(shí)承 受大于其分擔(dān)載荷的鋼絲能伸長以使其它鋼絲能承擔(dān) 它們所應(yīng)承受的載荷。 當(dāng)金屬要進(jìn)行連續(xù)不斷的成形加工，延展性就變 得更重要了。例如，用于汽車車身的部件的金屬必須 要有足夠的延展性以允許成形到所希望的形狀。 與延展性和強(qiáng)度有關(guān)的重要方面是載荷的施加方向與材料在最初制造時(shí)的軋制方向會(huì)對(duì)延展性和強(qiáng)度有很大的影響。軋制金屬具有特有的方向特性。

12、軋制使得晶體或顆粒沿軋制方向的伸長遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于橫向的伸長。結(jié)果就是軋制金屬，如鋼板，韌性和強(qiáng)度沿其軋制方向是最大。在材料的橫向，相對(duì)于軋制方向的性能，強(qiáng)度要降低30%，延伸性要減少50%。在厚度方向，其強(qiáng)度和延伸性甚至更低。對(duì)于一些金屬，在厚度方向的延伸性非常低。上述所涉及的三個(gè)方向都分配了一個(gè)識(shí)別字母。軋制方向是X，橫向是Y，厚度方向是Z。 或許您已經(jīng)見證過焊工考試的彎曲試板，試件在母材處斷裂。這常常是由于試板的軋制方向與焊縫軸線平行。甚至一個(gè)金屬在其軋制方向表現(xiàn)出非常好的特性，而在其他兩個(gè)方向加載可能導(dǎo)致過早地失效。 金屬的延展性通常是在進(jìn)行強(qiáng)度測試同時(shí)用拉伸試驗(yàn)來測定的。延伸性通常以二種方式

13、表達(dá)，延伸率和斷面收縮率。 硬度 硬度是最常和容易測量的機(jī)械性能之一。它被定義為一材料抵抗壓入或穿透的能力。如前所述，對(duì)于碳鋼，硬度和強(qiáng)度是直接相關(guān)的。當(dāng)強(qiáng)度增加，也硬度隨之增加，反之亦然。因此，如果金屬的硬度已知，其拉伸強(qiáng)度是可以估算，特別是碳鋼和低合金鋼。在不用切割, 準(zhǔn)備及拉伸一個(gè)拉伸試樣的情況下，這對(duì)估計(jì)金屬的強(qiáng)度極其有用。 金屬硬度可以用多種方法確定。然而，最通常使用的方法是通過加載把某種壓頭壓入金屬表面。用此 5 of 34 Module 6 American Welding Society & Moody International China 基本技術(shù)，可以做各

14、種各樣的試驗(yàn)；它們?nèi)Q于所用壓頭的種類和形狀以及所施加的載荷的大小。然后，材料的硬度是由壓痕的大小或深度來確定的。 圖所示是通常使用的硬度試驗(yàn)的壓頭以及產(chǎn)生的壓痕形狀。 通過如此多的方法，可以測定金屬表面大面積的硬度或是金屬晶粒的硬度。 韌性 下一個(gè)要討論的機(jī)械性能是韌性?？偟膩?說，韌性是材料吸取能量的能力。從拉伸試驗(yàn) 中產(chǎn)生的應(yīng)力應(yīng)變圖中，金屬韌性是可以用計(jì) 算應(yīng)力應(yīng)變曲線下的面積來確定，如圖所 示。從這些曲線可以看出，蒙耐爾材料比低碳 鋼材料韌性更好，因?yàn)槠淝€下的面積更大。 另一通常術(shù)語是缺口韌性。這與表面光滑 無缺陷的樣品的韌性不同，這是當(dāng)有表面缺陷 存在，材料吸收能量的能力。而且，

15、與缺口韌 性不同的是韌性通常是確定當(dāng)材料被慢慢加載 時(shí)的行為，而缺口韌性值反映了在載荷最高點(diǎn) 時(shí)能量吸收。所以，缺口韌性常常是指沖擊強(qiáng) 度。 這兩個(gè)術(shù)語間的不同可以用拉斷一條繩索的模擬試驗(yàn)來說明。與把這繩子猛地拉斷相比較，如果施加穩(wěn)定的載荷，需要更大的努力。 當(dāng)討論韌性或缺口韌性時(shí)，所感興趣的是材料在其 失效前能吸收多少能量。低韌性的金屬將會(huì)在較低值時(shí) 失效，并且?guī)缀鯚o變形。在另一方面，韌性好的金屬將 在相當(dāng)高的值，并且在永久性變形出現(xiàn)時(shí)才失效。 回想前面我們已經(jīng)討論過延展性，韌性高和韌性低 金屬之間的差異是，韌性低的金屬往往表現(xiàn)為脆性失效 而韌性高的金屬往往表現(xiàn)為韌性失效。在延展性良好的 情

16、況下，金屬的韌性隨著溫度變化而變化。總的來說， 當(dāng)溫度降低時(shí)，金屬韌性降低。所以金屬的韌性是在某 一溫度下確定的。沒有加上試驗(yàn)溫度的韌性值幾乎是無 意義的。 由于有缺口或其它的應(yīng)力集中形式使得結(jié)構(gòu)材料在 一定條件下易于發(fā)生脆性失效，所以缺口韌性最令人注 意。許多金屬，特別是高強(qiáng)度工具鋼，對(duì)于表面尖銳的不規(guī)則是極其敏感的。 圖所示的是一些引起缺口效應(yīng)的常見例子。 如果金屬的缺口韌性很高，這就意味著無論是否有缺口存在，它都會(huì)工作良好。但是如果金屬對(duì) 6 of 34 Module 6 American Welding Society & Moody International Chi

17、na 缺口敏感，這就是說它是低缺口韌性，在受沖擊或重復(fù)性載荷時(shí)，它會(huì)更容易失效?？偟膩碚f，當(dāng)金屬的硬度增加并且溫度降低時(shí)，它的缺口韌性將下降。 在測定金屬韌性的試驗(yàn)中，通常要確定的是 金屬從韌性轉(zhuǎn)為脆性的溫度。該溫度被稱為金屬 的脆性轉(zhuǎn)變溫度。 有幾種試驗(yàn)來確定金屬的缺口韌性。然而， 它們主要是在加載和開缺口的方式上不同。大部 分試驗(yàn)是當(dāng)金屬在某一溫度時(shí)所施加沖擊載荷形 式。常用的缺口韌性或沖擊試驗(yàn)包括夏比試驗(yàn)， 落錘無延性轉(zhuǎn)變溫度試驗(yàn)，爆破試驗(yàn)，動(dòng)態(tài)撕裂 以及裂紋尖端張開位移試驗(yàn)（CTOD）。 疲勞強(qiáng)度 最后要討論的金屬機(jī)械性能是疲勞強(qiáng)度。為了定義這一強(qiáng)度，人們首先必須知道金屬的疲勞失效意味

18、著什么。金屬疲勞是由于循環(huán)或重復(fù)機(jī)械行為引起的。 這就是說，載荷在高應(yīng)力與低應(yīng)力之間或相反應(yīng)力間 交替變換。疲勞會(huì)迅速出現(xiàn)，比如馬達(dá)旋轉(zhuǎn)，或是更 慢的周期，如幾天一次。疲勞破壞的一個(gè)例子就是一 個(gè)馬達(dá)軸重復(fù)地彎曲產(chǎn)生的斷裂。這種形式的失效通 常是在低于軸的拉伸強(qiáng)度下出現(xiàn)。 金屬的疲勞強(qiáng)度定義為金屬在重復(fù)載荷下抵御失 效的必要強(qiáng)度。了解疲勞強(qiáng)度是很重要的，因?yàn)榻^大 部分的金屬失效是由于疲勞引起的。疲勞強(qiáng)度值常常 與引起失效所需的循環(huán)次數(shù)一起報(bào)告；通常的循環(huán)次 數(shù)是百萬次或千萬次。 疲勞強(qiáng)度可以通過疲勞試驗(yàn)來確定。試驗(yàn)有很多 不同種的方式，通常疲勞試驗(yàn)是以拉伸施加應(yīng)力，然 后再在以同樣的量壓縮，如

19、此循環(huán)反復(fù)。這種試驗(yàn)稱 為反向彎曲試驗(yàn)。當(dāng)所施加的最大的應(yīng)力增加，所需 的產(chǎn)生失效的循環(huán)次數(shù)減少。如果試驗(yàn)是在各種應(yīng)力 下進(jìn)行的，那么就可以作出一S-N曲線，如圖所 示。S-N曲線是用圖來描述在各種應(yīng)力下產(chǎn)生疲勞失 效所需要的循環(huán)次數(shù)。 這些曲線顯示了鋼有明確的疲勞極限，但鋁的曲 線并沒有明確的疲勞極限。疲勞極限是指無論載荷施 加了多少個(gè)循環(huán)次數(shù)，金屬不出現(xiàn)失效的最大應(yīng)力。該曲線顯示了鋁將最終失效，甚至在較低的應(yīng)力下。然而對(duì)于鋼，只要應(yīng)力保持在疲勞極限下，可以無限地維持。碳鋼的疲勞強(qiáng)度常常大約等于其拉伸強(qiáng)度的一半。 7 of 34 Module 6 American Welding Socie

20、ty & Moody International China 如沖擊強(qiáng)度一樣，疲勞強(qiáng)度與構(gòu)件的表面幾 何形狀密切相關(guān)。任何缺口或引起應(yīng)力集中的存 在都能使得應(yīng)力增加而超過金屬的疲勞極限。在 足夠循環(huán)次數(shù)下，疲勞失效將出現(xiàn)。圖所示 是缺口銳利程度對(duì)金屬疲勞強(qiáng)度的影響。另外正 如圖所示，表面光潔度對(duì)疲勞強(qiáng)度也有影響。 在焊接中金屬的疲勞強(qiáng)度也是主要的擔(dān)心。 但是，這并不是擔(dān)心可能出現(xiàn)的金相變化。而是 焊接也能產(chǎn)生一些尖銳的不規(guī)則的表面。除非焊 接后，光滑研磨，否則焊縫本身也是一種表面不 規(guī)則。焊縫表面的不連續(xù)，如咬邊，焊瘤，加強(qiáng) 高過大或凸面都對(duì)焊件的疲勞強(qiáng)度有影響。因?yàn)?它們都會(huì)

21、產(chǎn)生尖銳的缺口，而這些缺口成為疲勞 裂紋的始發(fā)點(diǎn)。圖中所示的是一些表面不規(guī) 則。 焊縫內(nèi)部的不連續(xù)也能造成疲勞失效，而那些在 表面上的不連續(xù)更讓人憂慮。因?yàn)楸砻娴牟贿B續(xù)比內(nèi) 部的不連續(xù)更快地導(dǎo)致疲勞失效。原因就是表面應(yīng)力 通常高于內(nèi)部應(yīng)力。由于此原因，焊接檢驗(yàn)師通過對(duì) 表面進(jìn)行仔細(xì)目視檢驗(yàn)可在防止疲勞失效中起到很大 的作用。發(fā)現(xiàn)并糾正尖銳的表面不規(guī)則將大大地改善 結(jié)構(gòu)的疲勞特性。在許多疲勞情況下，光滑的小焊縫 要比帶有尖銳的表面不規(guī)則的大焊縫要好。 金屬的化學(xué)性能 金屬的機(jī)械性能通過各種機(jī)械和熱處理來改變。然而如果化學(xué)成份改變，也將出現(xiàn)激烈的變化。焊接主要感興趣的是不同元素的混合物或合金，包括

22、金屬和非金屬。常見的例子是鋼，它是鐵和碳的混合物，并加入了不等量的其它元素。 除了機(jī)械性能外，金屬的化學(xué)成分也對(duì)其耐腐蝕性和可焊性（金屬能被成功焊接的容易性）產(chǎn)生影響。因此，焊接檢驗(yàn)師的部分職責(zé)包括比較金屬的實(shí)際化學(xué)性能與其技術(shù)要求來確認(rèn)金屬的化學(xué)成份。 合金 焊接檢驗(yàn)師可能接觸到許多不同的金屬合金。金屬能夠組合成許多合金種類；常見的種類有鋼，鋁，鎳和銅等。這里討論的是有關(guān)鋼的合金，可進(jìn)一步地劃分為三個(gè)分類：普通碳鋼，低合金鋼和高合金鋼。 以噸位為基本單位，普通碳鋼使用的最廣泛。它的基本元素為鐵，但還含有少量的碳，錳，磷，硫和 8 of 34 Module 6 American Welding

23、 Society & Moody International China 硅。含碳量對(duì)鋼的性能有最大的影響。圖所示的是含碳量和普通碳鋼的一些特性。 低合金鋼包含非常少量的另一些元素，如鎳，鉻，錳，硅，釩，鈳，鉬和硼。這些元素的不同含量能 夠引起在機(jī)械性能上的顯著不同。這些低合金鋼一般分為高強(qiáng)度低合金結(jié)構(gòu)鋼，汽車和機(jī)械鋼，低溫用鋼或高溫用鋼。許多這些低合金鋼也已根據(jù)它們的化學(xué)成份進(jìn)行分類。如圖所示。這種分類是由美國鋼鐵研究所（AISI）和汽車工程師學(xué)會(huì)編制的，并經(jīng)常地在鋼生產(chǎn)中應(yīng)用。 最后一組鋼是高合金鋼。不銹鋼和其它耐腐蝕合金就是這組鋼的例子。不銹鋼含有至少12%的鉻，并 且許

24、多等級(jí)不銹鋼也包含大量的鎳。圖是一些不銹鋼的化學(xué)成分。它們可以劃分成五個(gè)組：奧氏體，馬氏體，鐵素體，沉淀硬化和雙相組織。 普通名字 工業(yè)純鐵 低碳鋼 低碳鋼 中碳鋼 高碳鋼 碳含量 應(yīng)用 可焊性 非常好 最大0.03% 最大0.15% 0.15%-0.30% 0.30%-0.50% 0.50%-1.00% 鍍鋅和深度引長薄板和板條 焊條，各種形狀的板，薄板和板條 非常好 各種結(jié)構(gòu)形狀的板和條 機(jī)器零部件 好 中等（預(yù)熱和經(jīng)常要求后熱） 彈簧，模具，鐵軌 低（沒有適當(dāng)?shù)念A(yù)熱和后熱很難焊接） 圖 系列命名 6.11 普通碳鋼的種類 型式和類別 10xx ? 無再硫化碳鋼等級(jí) 11xx ? 再硫化碳

25、鋼等級(jí) 13xx ? 1.75%錳 23xx ? 3.50%鎳 25xx ? 5.00%鎳 31xx ? 1.25%鎳 0.65%或0.80%的鉻 33xx ? 3.50%鎳 1.55%鉻 40xx ? 0.25%鉬 41xx ? 0.50-0.95% 鉻 0.12%或0.20%鉬 43xx ? 1.80%鎳 0.50%或0.80%鉻 0.25%鉬 46xx ? 1.55%或1.80%鎳 0.20%或0.25%鉬 47xx ? 1.05%鎳 0.45%鉻 0.25%鉬 9 of 34 Module 6 American Welding Society & Moody Inter

26、national China 48xx ? 3.50%鎳 0.25%鉬 50xx ? 0.28%或0.40%鉻 51xx ? 0.80%, 0.90%, 0.95%, 1.00%, 或1.45%鉻 5xxxx ? 1.00%碳 0.50%, 1.00%, 或1.05%鉻 61xx ? 0.80%或0.95%鉻 最小0.10%或0.15%的釩 86xx ? 0.55%鎳 0.50%或0.65%鉻 0.20%鉬 87xx ? 0.55%鎳 0.50%鉻 0.25%鉬 92xx ? 0.85%錳 2.00%硅 93xx ? 3.25%鎳 1.20%鉻 0.12%鉬 94xx ? 1.00%錳 0.4

27、5%鎳 0.40%鉻 0.12%鉬 97xx ? 0.55%鎳 0.17%鉻 0.20%鉬 98xx ? 1.00%鎳 0.80%鉻 0.25%鉬 圖6.12 AISI-SAE碳鋼和低合金鋼的命名 化學(xué)元素對(duì)鋼的影響 下列所要討論的是各種合金元素對(duì)鋼的性能的影響，包括可焊性。 碳 一般認(rèn)為是鋼中最重要的合金元素，含量最大能達(dá)到2%（雖然最可焊鋼含碳量小于0.5%）。碳既能溶解于鐵，也能以碳化物的形式存在，如碳化鐵（Fe3C）。含碳量增加，硬度和拉伸強(qiáng)度也增加，相應(yīng)的淬硬性也增加了。在另一方面，含碳量的增加降低了可焊性。 硫 通常在鋼中硫是比其它合金元素更不受歡迎的雜質(zhì)。在產(chǎn)鋼期間，常常要用特殊

28、的方法去降低它的含量。如果超過0.05%，就會(huì)引起脆性并降低可焊性。在合金中加入0.10%到0.30%的硫，可以改善鋼的機(jī)加工性能。稱為再硫化或快削?？煜鳎ǜ咚偾邢鳎┖辖鸩粫?huì)用于有焊接要求的地方。 磷 通常認(rèn)為是鋼中的雜質(zhì)。在大多數(shù)的碳鋼中其最大含量通常為0.04%。在淬硬鋼中，它會(huì)引起脆化。在低合金高強(qiáng)度鋼中，磷能加至0.10%以改善強(qiáng)度和耐腐蝕性。 硅 通常只有少量（0.20%）的硅存在于軋制的鋼中作為脫氧劑。然而，在鑄鋼件中，通常是0.30%到1.00%。硅可溶于鐵中并可提高強(qiáng)度。焊接金屬通常含有大約0.50%的硅作為脫氧劑。一些填充金屬可以含有最大為1%的硅以為了在已污染表面上焊接提供

29、高清潔及除氧性能。當(dāng)在清潔表面上用這些填充金屬進(jìn)行焊接時(shí)，所產(chǎn)生的焊縫金屬強(qiáng)度將顯著提高。在某些情況下，所引起的延展性的降低產(chǎn)生開裂問題。 錳 通常鋼含有至少0.30%的錳。因?yàn)樗腥齻€(gè)方面的作用。（1）幫助鋼脫氧。（2）防止形成硫化鐵。（3）提高鋼的淬硬性以增大強(qiáng)度。在碳鋼中，錳的含量可達(dá)1.5%. 10 of 34 Module 6 American Welding Society & Moody International China 鉻 是一個(gè)很有用的合金元素。加入鉻主要有二個(gè)原因。首先是大大地增加了鋼的淬硬性。再則就是改進(jìn)了合金在氧化介質(zhì)中的抗腐蝕性。有些鋼材中它會(huì)使

30、材料太硬，從而在焊縫區(qū)域或靠近焊縫的區(qū)域產(chǎn)生裂紋。不銹鋼中鉻含量超過12%。 鉬 該元素能促使碳化物的形成，通常在合金鋼中含量小于1.0%。加入鉬是為了增強(qiáng)淬硬性及高溫強(qiáng)度。加入奧氏體不銹鋼中能改善抗麻點(diǎn)腐蝕。 圖6.13 一些不銹鋼的化學(xué)成分 11 of 34 Module 6 American Welding Society & Moody International China 鎳 加入鋼中的鎳是為了增加其淬硬性。它在增強(qiáng)淬硬性上起著很大作用。因?yàn)榧词闺S著強(qiáng)度和硬度的增加，它仍常常能改善鋼的韌性及延展性。鎳常常用于改善鋼在低溫時(shí)的韌性。 鋁 加入鋼中的鋁非常少，只是作為脫

31、氧劑。它能細(xì)化晶粒而改善韌性；在鋼中加入適量的鋁，這種方法成為晶粒細(xì)化法。 釩 加入釩將會(huì)增加鋼的淬硬性。它非常有效地增加鋼的淬硬性。因此它常常是以微量加入。當(dāng)超過0.05%時(shí)，在消除應(yīng)力熱處理時(shí)鋼有脆化傾向。 鈮（鈳） 與釩一樣，通常認(rèn)為它也是增加鋼的淬硬性。然而，由于它對(duì)碳有很強(qiáng)的親合力，它能與鋼中的碳結(jié)合，使淬硬性大大地降低。它作為穩(wěn)定劑加入奧氏體不銹鋼以改善焊態(tài)的性能。鈮與鈳一樣。 溶解氣體 氫氣，氧氣和氮?dú)舛寄苋苡谌刍说匿撝校绻槐M量減少，能導(dǎo)致鋼脆化（并能引起氣孔）。鋼的精煉工藝就是盡可能消除這些氣體的存在。焊劑或是保護(hù)氣體用于防止這些氣體溶入熔化了的焊縫金屬。 合金組 鋁合金

32、 當(dāng)今用在金屬加工業(yè)中最大一組非鐵基合金。它可以是鍛件和鑄件。一般認(rèn)為是具有可焊性的。對(duì)于要求強(qiáng)度高，重量輕，導(dǎo)電和導(dǎo)熱性能優(yōu)異，抗腐蝕性好的場合，鋁是最適宜的。工業(yè)用的退火或鑄造純鋁有結(jié)構(gòu)鋼五分之一的強(qiáng)度。正如鋁與其它金屬合金一樣，冷加工也能相當(dāng)大地增加其強(qiáng)度。與銅，硅或鋅合金，可以用熱處理來增加強(qiáng)度。在某些情況中，鋁的強(qiáng)度可增加至可與鋼相比。 鋁合金按其應(yīng)用可以分為二類：可熱處理，不可熱處理?？蔁崽幚礓X從 “沉淀硬化”的工藝中得到硬度和強(qiáng)度。不可熱處理的鋁是由應(yīng)變硬化（冷加工）和加入 合金元素來增加強(qiáng)度。圖所列的是根據(jù)主要的合金元素，對(duì)各種鋁合金的命名。 為了指出各種鋁的狀況，用一后綴加到

33、數(shù)字命名中。圖所示的是按回火狀態(tài)命名的鋁合金。 鎳合金 鎳是一種韌性的，銀色的金屬，密度與銅大致相同。即使在高溫下，它也具有非常良好的抗腐蝕和抗氧化的能力。鎳很容易與許多材料合金，是許多合金的基礎(chǔ)元素， 12 of 34 Module 6 主要合金元素 *純鋁 銅 錳 硅 鎂 鎂和硅 鋅 鋁的組合號(hào) 1xxx 2xxx 3xxx 4xxx 5xxx 6xxx 7xxx *(最小99%) 圖6.14- 鋁協(xié)會(huì)對(duì)鋁合金的分組 命名 狀況 F 制造狀態(tài) O 退火了的 H1 僅應(yīng)變硬化 H2 應(yīng)變硬化和部分回火 H3 應(yīng)變硬化和熱穩(wěn)定化 W 固溶熱處理的 T1 從高溫成形工藝中冷卻并自然老化 T2 從

34、高溫成形工藝中冷卻，冷加工并自然老化 T3 固溶熱處理，冷加工并自然老化 T4 固溶熱處理并自然老化 T5 高溫成形工藝中冷卻，然后人工地老化 T6 固溶熱處理然后人工老化 T7 固溶熱處理及穩(wěn)定化 T8 溶熱處理，冷加工，然后人工老化 T9 固溶熱處理，人工老化，然后冷加工 T10 從高溫成形工藝中冷卻，冷加工，然后人工老化 圖6.15 按回火狀態(tài)命名的鋁合金 American Welding Society & Moody International China 如鐵，鉻和銅。許多高溫合金和耐腐蝕合金都含有60%70%的鎳。這些包括幾種合金，如蒙乃爾400，因科鎳600，哈

35、氏合金C-276，通常用于鋼的焊接工藝，都可用于鎳及鎳合金，常用的焊接方法都適用于鎳及鎳合金。 銅合金 銅以其導(dǎo)電率高而聞名。所以銅廣泛地用于電氣應(yīng)用。它的密度大約是鋁的三倍，導(dǎo)熱性和導(dǎo)電性差不多是鋁的一倍半。銅在400華氏溫度下的淡水和鹽水，無氨堿溶液中以及許多有機(jī)化學(xué)劑中是抗氧化的。然而，銅容易與硫和硫的化合物反應(yīng)生成硫酸銅。銅和銅合金廣泛地用于水管，閥門，管件，熱交換器及化工設(shè)備。 銅的合金主要分成八個(gè)組，包括： ? ? ? ? ? 銅 高銅合金 黃銅 青銅 銅鎳 ? 銅鎳鋅合金（鎳銀） ? 加鉛銅 ? 特種合金 雖然大多數(shù)銅合金在某種程度上可焊和/或釬焊，但它們高導(dǎo)熱性也產(chǎn)生了一些問題

36、。高導(dǎo)熱性會(huì)試圖迅速地把焊接或釬焊熱從接頭處散掉。黏附在表面的氧化物也能造成困難，所以清潔是非常關(guān)鍵的。然而，這些合金可以用各種各樣的焊接和釬焊工藝十分有效地連接起來。 破壞性試驗(yàn) 金屬的性能對(duì)于金屬或是焊縫是至關(guān)重要的，所以有必要測定其精確的值?，F(xiàn)在設(shè)計(jì)師要得到每個(gè)性能的數(shù)值，然后他/她就能夠有效地選用所材料來設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)。 有許多種試驗(yàn)來測定金屬的各種機(jī)械和化學(xué)特性。這些試驗(yàn)當(dāng)中，有些可以提供不只一個(gè)特性的數(shù)值， 而大部分試驗(yàn)是為確定金屬的某一個(gè)特定性能的數(shù)值。因此，可能需要進(jìn)行幾個(gè)不同的試驗(yàn)以確定所有需要的性能。 焊接檢驗(yàn)師了解這些試驗(yàn)是非常重要的。檢驗(yàn)師應(yīng)該知道什么時(shí)候做試驗(yàn)，將要提供什么

37、樣的結(jié)果，如果試驗(yàn)結(jié)果與技術(shù)要求不符該如何決定。如果焊接檢驗(yàn)師了解試驗(yàn)中的某些方法，這將很有幫助，即使沒有直接參與試驗(yàn)。 試驗(yàn)方法通常分為二組，破壞性或非破壞性。破壞性試驗(yàn)中，材料或部件試驗(yàn)后就沒有用了。這些試驗(yàn)常常用來確定當(dāng)材料被加載至失效時(shí)的行為。非破壞性試驗(yàn)不會(huì)對(duì)元件以后的使用產(chǎn)生影響，并且這將 13 of 34 Module 6 American Welding Society & Moody International China 在第10單元討論。 本單元沒有提到有關(guān)用于確定母材或焊接金屬性能的特殊破壞性試驗(yàn)。大的方面來說，這并不代表在試驗(yàn)的方法上有很大的變化。有很

38、多不同的場合下要測試母材或焊縫的性能，但試驗(yàn)的機(jī)理沒有變化，或即使有也非常小。 拉伸試驗(yàn) 前面我們第一個(gè)討論的機(jī)械性能是強(qiáng)度，所以第一個(gè)破壞試驗(yàn)方法是拉伸試驗(yàn)。這個(gè)試驗(yàn)為我們提供了很多有關(guān)的金屬的性能。能夠由拉伸試驗(yàn)所測定的性能包括： 極限拉伸強(qiáng)度 屈服強(qiáng)度 延展性 延伸率 斷面收縮率 彈性模量 比例極限 彈性極限 韌性 拉伸試驗(yàn)中有些值可以從儀表中直接讀取。其他只有通過在試驗(yàn)期間產(chǎn)生的應(yīng)力應(yīng)變圖的分析來定量。延展性的值可以對(duì)試件的試驗(yàn)前及試驗(yàn)后進(jìn)行比較測量得到。它們差值的百分比就是延展率的值。 當(dāng)進(jìn)行拉伸試驗(yàn)時(shí)，試驗(yàn)最重要的一個(gè)方面就是拉伸試件的準(zhǔn)備。如果試驗(yàn)的這一部分沒有細(xì)致地進(jìn)行，試驗(yàn)結(jié)

39、果的有效性將會(huì)大大地降低。例如，表面光潔度上的一小疵點(diǎn)就能引起拉伸試件的強(qiáng)度和延展性明顯下降。 有時(shí)，焊接試樣做拉伸試驗(yàn)僅僅是為了看看焊縫區(qū)域的表現(xiàn)是否與母材一樣。對(duì)于此目的，所要做的就是在垂直于焊縫縱軸的方向上截取試樣（有時(shí)稱為試條），使焊縫大約位于試樣的當(dāng)中。試樣的兩側(cè)用鋸或火焰切割，保持試樣兩側(cè)平行，但不需要進(jìn)行一步的表面處理，包括去除焊縫強(qiáng)度高。但是，焊縫加強(qiáng)高常常是磨平的。 這種方法用于按API 1104進(jìn)行的焊接工藝評(píng)定和 焊工技能評(píng)定。按照這個(gè)規(guī)范，成功的拉伸試驗(yàn)就是 試樣在母材部分?jǐn)嗔?，或是斷在焊縫上而此時(shí)的抗拉 強(qiáng)度在母材的強(qiáng)度之上。 大多數(shù)情況下都要求做拉伸試驗(yàn)，但是有時(shí)還

40、需 要測試金屬的實(shí)際強(qiáng)度和其它性能，而不僅是看焊縫 14 of 34 Module 6 American Welding Society & Moody International China 是否與母材一樣強(qiáng)。當(dāng)需要確定這些值時(shí)，試件必須被準(zhǔn)備成在靠近試樣長度中心的位置上加工成縮截面的形狀。如圖所示。 加工成縮截面主要是為了鎖定斷裂位置。否則斷裂可能會(huì)優(yōu)先地出現(xiàn)在靠近夾持端，使得后續(xù)的測量很困難。另外，縮截面使整個(gè)試樣橫截面的應(yīng)力增加非常均勻。為了得到有效的結(jié)果，縮截面必須具有下列三個(gè)特性： （1）縮截面的整個(gè)長度必須具有一個(gè)均勻的橫截面。 （2）橫截面應(yīng)該是容易測量，截面面

41、積可以計(jì)算的圖形。 （3）縮截面的表面應(yīng)沒有表面不規(guī)則，特別是垂直于試樣縱軸的不規(guī)則。 由于這些原因，再加上準(zhǔn)備試樣的實(shí)際技術(shù)，所以拉伸試樣中最常用的二個(gè)橫截面是圓形和矩形。二者容易準(zhǔn)備和測量。如果要實(shí)際進(jìn)行拉伸實(shí)驗(yàn)，焊接檢驗(yàn)師必須能夠計(jì)算拉伸試樣縮截面實(shí)際的截面積。 例1和例2所示的是如何對(duì)二種常用的橫截面的計(jì)算。 例1：圓截面的面積 面積 x r2 = x d/4 2 舉例直徑，（測出的） 舉例半徑， 面積 面積=0.20 in2 或，用直徑直接計(jì)算 面積 A=0.2 in2 例2：矩形截面的面積 測出的寬，w=1.5 in 測出的厚度 t=0.5 in 面積 面積5 in2 試驗(yàn)前面積的

42、測定是非常關(guān)鍵的，因?yàn)檫@個(gè)值將最終用于確定金屬的強(qiáng)度。強(qiáng)度將由所施載荷除以原來的面積而得出。例3所示是用于例1的標(biāo)準(zhǔn)圓形截面的計(jì)算。 例3：拉伸強(qiáng)度的計(jì)算 載荷12,500磅 試樣斷裂 15 of 34 Module 6 American Welding Society & Moody International China 面積0.2 in2（見例1） 抗拉強(qiáng)度載荷/面積 抗拉強(qiáng)度12,500 抗拉強(qiáng)度62,500 psi (lb/ in2) 這前面的例子所示的是一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)圓形試樣的典型抗拉強(qiáng)度的計(jì)算。這是一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)試樣，因?yàn)槠洚a(chǎn)生精確英寸的面積。這是為了方便，因?yàn)橛贸粋€(gè)數(shù)與這

43、個(gè)數(shù)乘以5是一樣的。因此，如果用這標(biāo)準(zhǔn)的拉伸試件，那么拉伸強(qiáng)度的計(jì)算是就像例4所示非常簡單。 例4：另一種抗拉強(qiáng)度的計(jì)算方法 載荷12500磅 面積英in2 抗拉強(qiáng)度12500 x 5 抗拉強(qiáng)度62,500 psi (lb/ in2) 這個(gè)計(jì)算的結(jié)果與例3是一致的。在現(xiàn)代計(jì)算公式出現(xiàn)之前的許多年，這種標(biāo)準(zhǔn)尺寸的拉伸試樣的使用是非常流行的。在那個(gè)時(shí)候，精確地機(jī)加工一個(gè)拉伸試樣到這一精確尺寸比用某個(gè)更復(fù)雜數(shù)來除以載荷來人為地確定強(qiáng)度更容易。然而，今天我們能容易地計(jì)算出精確的抗拉強(qiáng)度，無論實(shí)際面積是多大。 在試驗(yàn)前另一要做的是在縮截面上精確地標(biāo)出一標(biāo)距。這通常是在某一規(guī)定的距離上用一對(duì)中心沖孔來標(biāo)出

44、。最通常的標(biāo)距是2和8英寸。試驗(yàn)后，測量這些標(biāo)距之間的新距離，并且與其原來的距離相比較以得出由于試件受載失效而產(chǎn)生的伸長量。 延伸率稱為試樣在拉伸試驗(yàn)期間在二個(gè)標(biāo)距點(diǎn)之間所伸長的量。這是由二個(gè)標(biāo)距之間最終長度與原來長度的差除以原來長度，所得的結(jié)果乘以100而得出的一百分比。下面是計(jì)算延伸率的例子： 原來的標(biāo)距長英寸 二個(gè)標(biāo)識(shí)間的最終長度英寸 延伸率 當(dāng)對(duì)延展性好的試樣進(jìn)行拉伸試驗(yàn)時(shí)，它的一部分由于受縱向拉伸載荷而出現(xiàn)“縮頸”。如果我們再測量并計(jì)算這“縮頸”區(qū)域的最終面積，用原始的橫截面積減掉它，所得的余數(shù)除以原始面積，并乘以100，就可以得出斷面收縮率。下面是斷面收縮率 (RA) 的例子： 原

45、始橫截面積0.20 in2 最終橫截面積0.10 in2 面積減少率0.20 測量和標(biāo)注完以后，將試樣牢牢地放入固定的夾具內(nèi)，并移動(dòng)拉伸機(jī)機(jī)頭。如圖所示。 16 of 34 Module 6 American Welding Society & Moody International China 試樣就位后，拉伸載荷就以一穩(wěn)定的速率施加。加載速率的不同能導(dǎo)致試驗(yàn)的不一致。在施加載荷前，將伸長計(jì)連到試件上的標(biāo)距點(diǎn)處。當(dāng)加載時(shí)，伸長計(jì)將測量由于一定載荷而引起的伸長量。載荷和伸長數(shù)據(jù)均記入到一條形圖表記錄器，生成載荷與伸長的變化圖。稱之為載荷與偏移曲線。然而，我們通?？吹降氖且詰?yīng)力應(yīng)

46、變表示的拉伸試驗(yàn)結(jié)果。 應(yīng)力與強(qiáng)度是成正比的，因?yàn)槿魏螘r(shí)候它都是由應(yīng)力除以橫截面積得出。應(yīng)變是在給定長度上伸長量。應(yīng)力是以psi(lb/in2)表示，應(yīng)變是以尺寸值in/in來表示。當(dāng)用這些數(shù)據(jù)作成一典型的低碳鋼拉伸試驗(yàn)圖表時(shí)，其結(jié)果如圖所示。 在這里，我們將討論應(yīng)力應(yīng)變圖的幾個(gè)重要特 性。試驗(yàn)開始時(shí)，應(yīng)力和應(yīng)變都等于零。隨著載荷的 施加，應(yīng)變量與應(yīng)力線性增加。這個(gè)區(qū)域顯示了先前 所稱的彈性變形，在這個(gè)區(qū)域處，應(yīng)力和應(yīng)變是成比 例的。對(duì)任何所給的材料，這條線的斜率是一常數(shù)。 這個(gè)斜率就是彈性模量。 對(duì)于鋼來說，在室溫時(shí)與鋁的彈性模量10,500， 000 psi相比，鋼的彈性模量（或楊氏模量）

47、大約等于 30,000,000 psi 。這個(gè)數(shù)實(shí)際上反映的是這種鋼的剛 度。也就是說，金屬彈性模量越高，它的剛度也就越 大。 最終，應(yīng)變將開始比應(yīng)力增加的快，這意味著金屬在所給定的應(yīng)力下伸長更多。這種變化標(biāo)志著彈性變形的結(jié)束，塑性變形的開始或永久性變形的開始。在曲線上顯示的線性變形范圍的這一點(diǎn)被稱為彈性比例或極限。如果載荷在到達(dá)此點(diǎn)前的任何時(shí)候移走，試樣將會(huì)回到其原來的長度。 許多金屬從一開始的彈性變形就試圖表現(xiàn) 激烈的偏離。正如在圖中看到，不僅僅是 應(yīng)力和應(yīng)變不再成正比，而且當(dāng)應(yīng)變在增加的 同時(shí)，應(yīng)力可能實(shí)際下降或保持穩(wěn)定。這種現(xiàn) 象是延展性優(yōu)良鋼的屈服特性。應(yīng)力增至一最 大極限，然后降至

48、一較低極限。這些極限被分 別稱為上屈服點(diǎn)和下屈服點(diǎn)。上屈服點(diǎn)是在應(yīng) 力沒有增加的情況下，應(yīng)變顯著增加，或是塑 性流動(dòng)。然后應(yīng)力下降至低屈服點(diǎn)并保持相對(duì) 不變，這時(shí)應(yīng)變繼續(xù)增加，稱之為屈服點(diǎn)延伸。 因?yàn)榻饘偃绱吮憩F(xiàn)，屈服強(qiáng)度是指上屈服 點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的應(yīng)力，或是在上屈服點(diǎn)與低屈服點(diǎn) 之間的中點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的應(yīng)力。在拉伸試驗(yàn)期間， 屈服點(diǎn)可以通過在儀表或記錄裝置上的突然下 降而發(fā)現(xiàn)。屈服強(qiáng)度可以由觀察并記錄該載荷 減少來確定。當(dāng)用這一方法時(shí)，我們稱之為（“臺(tái) 階”）技術(shù)。 在此屈服現(xiàn)象期間，鋼的塑性流動(dòng)的速率增加使應(yīng)力釋放比應(yīng)力形成要更快。當(dāng)在室溫下出現(xiàn)此塑性 17 of 34 Module 6 Americ

49、an Welding Society & Moody International China 流動(dòng)，稱為冷加工。這種效應(yīng)使金屬變?yōu)楦鼜?qiáng)更硬，并且被稱為加工硬化。因此屈服將繼續(xù)直至金屬到一定加工硬化范圍，現(xiàn)在它需要更多的應(yīng)力來產(chǎn)生進(jìn)一步的伸長。相應(yīng)地，曲線開始以非線性的形式爬升。 應(yīng)力和應(yīng)變以變化的速率繼續(xù)增加一直達(dá)到某最大的應(yīng)力。這一點(diǎn)稱為最大應(yīng)力，或極限拉伸強(qiáng)度。圖所示是當(dāng)達(dá)到這最大應(yīng)力時(shí)，隨后甚至當(dāng)應(yīng)變繼續(xù)上升（工藝曲線），應(yīng)力顯著地下降。這個(gè)現(xiàn)象是由于試件開始“頸縮”，實(shí)際承受所施應(yīng)力的橫截面小于 原來的橫截面積。因?yàn)閼?yīng)力是以原來的面積為基礎(chǔ)計(jì)算的， 這就給出一現(xiàn)象，當(dāng)在

50、實(shí)際中應(yīng)力以psi繼續(xù)增加時(shí)，載荷 是下降的。 如果一個(gè)拉伸試驗(yàn)是在以實(shí)際承受載荷面積繼續(xù)計(jì)算 應(yīng)力的情況下進(jìn)行的，那么實(shí)際的應(yīng)力應(yīng)變圖可以給出。 這條實(shí)際曲線和先前討論過的工藝曲線的比較如圖所 示。它顯示了試樣的應(yīng)變隨著應(yīng)力的上升繼續(xù)增加。該真實(shí) 曲線顯示出失效是在最大應(yīng)力和最大應(yīng)變時(shí)出現(xiàn)。 對(duì)于延展性差的金屬，在彈性和塑性變形之間沒有明顯 的變化。因此“臺(tái)階”方法不適用于確定它們的屈服強(qiáng)度。 一種可選方法是偏移法。圖所示的是一種延展性差的 金屬的典型應(yīng)力應(yīng)變圖。 當(dāng)使用偏移法時(shí)，在某一規(guī)定應(yīng)力處畫一條平行與彈性模量的線。應(yīng)變量通常是以某百分比描述的。通常偏移是應(yīng)變的0.2%（）；然而，也可以規(guī)定其它的應(yīng)變量。圖所示的是這根0.2%的偏移線是如何畫出的。 偏移線與應(yīng)力應(yīng)變曲線之間的交點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的應(yīng)力被定義為屈服應(yīng)力。在報(bào)告中應(yīng)說明這是0.2%的偏移屈服應(yīng)力，以使人們知道它是如何被確定的。 能從應(yīng)力應(yīng)變圖中可獲得的最后一條信息是金屬的韌性。你可記得韌性是衡量金屬吸收能量的能力。你也知道當(dāng)載荷被慢慢，穩(wěn)定地施加，韌性能由應(yīng)力應(yīng)變圖下的面積來確定。所以金屬有較高的應(yīng) 18 of 3