第一章金屬熱處理基本知識(shí)

1、薛振林 陸志春承壓類特種設(shè)備無損檢測(cè)承壓類特種設(shè)備無損檢測(cè)相關(guān)知識(shí)相關(guān)知識(shí) 薛振林 陸志春 NDT全國(guó)特種設(shè)備無損檢測(cè)人員資格考核統(tǒng)編教材薛振林 陸志春金屬材料的性能u使用性能使用性能：為了保證零部件、設(shè)備、結(jié)構(gòu)能正常工作所應(yīng)具備的性能：為了保證零部件、設(shè)備、結(jié)構(gòu)能正常工作所應(yīng)具備的性能主要有：主要有： 力學(xué)性能力學(xué)性能：強(qiáng)度、硬度、塑性、韌性、持久強(qiáng)度、蠕變極限等：強(qiáng)度、硬度、塑性、韌性、持久強(qiáng)度、蠕變極限等 物理性能：物理性能：密度、熔點(diǎn)、導(dǎo)熱性、熱膨脹性等密度、熔點(diǎn)、導(dǎo)熱性、熱膨脹性等 化學(xué)性能化學(xué)性能：耐腐蝕性、熱穩(wěn)定性：耐腐蝕性、熱穩(wěn)定性使用性能決定了材料的應(yīng)用范圍，使用安全可靠性和

2、使用壽命使用性能決定了材料的應(yīng)用范圍，使用安全可靠性和使用壽命 u工藝性能工藝性能：制造過程中適應(yīng)各種冷熱加工工藝的性能。：制造過程中適應(yīng)各種冷熱加工工藝的性能。 熱加工：熱加工：鑄造、焊接、熱處理鑄造、焊接、熱處理 冷加工：冷加工：壓力加工、切削加工。壓力加工、切削加工。決定了材料被加工的難易程度，它對(duì)制造成本、生產(chǎn)效率、產(chǎn)品質(zhì)量有決定了材料被加工的難易程度，它對(duì)制造成本、生產(chǎn)效率、產(chǎn)品質(zhì)量有重要影響。重要影響。薛振林 陸志春1.11.1材料力學(xué)的基本知識(shí)材料力學(xué)的基本知識(shí)n1.1.11.1.1應(yīng)力與應(yīng)變應(yīng)力與應(yīng)變n（1 1）內(nèi)力內(nèi)力：是指材料內(nèi)部各部分之間的相互作用的力，在未受外力作用時(shí)，

3、：是指材料內(nèi)部各部分之間的相互作用的力，在未受外力作用時(shí)，材料內(nèi)部相互平衡并保持其固有的形狀。當(dāng)受到外力時(shí)，這種固有的平衡被材料內(nèi)部相互平衡并保持其固有的形狀。當(dāng)受到外力時(shí)，這種固有的平衡被打破，相互之間作用力會(huì)改變，材料會(huì)發(fā)生形變，這是由于材料在外力作用打破，相互之間作用力會(huì)改變，材料會(huì)發(fā)生形變，這是由于材料在外力作用下產(chǎn)生的附加內(nèi)力的結(jié)果，通常簡(jiǎn)稱它為內(nèi)力。下產(chǎn)生的附加內(nèi)力的結(jié)果，通常簡(jiǎn)稱它為內(nèi)力。PPPPNN薛振林 陸志春1.2.11.2.1應(yīng)力與應(yīng)變應(yīng)力與應(yīng)變n 應(yīng)變與應(yīng)力：應(yīng)變與應(yīng)力：n應(yīng)變：物體在外力作用下，其形狀尺寸所發(fā)生的相對(duì)改變量稱為應(yīng)變：物體在外力作用下，其形狀尺寸所發(fā)生的

4、相對(duì)改變量稱為應(yīng)變；應(yīng)變；（L L1 1L L0 0）/L/L0 0n應(yīng)力：物體在外力作用下而變形時(shí)，其內(nèi)部任一截面單位面積上的內(nèi)應(yīng)力：物體在外力作用下而變形時(shí)，其內(nèi)部任一截面單位面積上的內(nèi)力大小通常稱為應(yīng)力；方向垂直于截面的應(yīng)力稱為正應(yīng)力。力大小通常稱為應(yīng)力；方向垂直于截面的應(yīng)力稱為正應(yīng)力。PPLL1L0PP薛振林 陸志春1.1.21.1.2強(qiáng)度強(qiáng)度n定義：金屬的強(qiáng)度是指金屬抵抗永久變形和斷裂的能力，定義：金屬的強(qiáng)度是指金屬抵抗永久變形和斷裂的能力，主要有主要有屈服強(qiáng)度屈服強(qiáng)度和和抗拉強(qiáng)度抗拉強(qiáng)度。材料強(qiáng)度可以通過拉伸試驗(yàn)。材料強(qiáng)度可以通過拉伸試驗(yàn)測(cè)出。測(cè)出。n金屬材料拉伸試驗(yàn)金屬材料拉伸試

5、驗(yàn)n1 1）拉伸試樣）拉伸試樣拉伸試樣拉伸試樣(GB/T228-2002)(GB/T228-2002)長(zhǎng)試樣：長(zhǎng)試樣：L L0 0 = = 1010d d0 0短試樣：短試樣：L L0 0 = = 5 5d d0 0P PP P拉伸試驗(yàn)薛振林 陸志春圖3-1 金屬試樣圖3-2 低碳鋼應(yīng)力應(yīng)變曲線薛振林 陸志春n2）低碳鋼拉伸試驗(yàn)曲線）低碳鋼拉伸試驗(yàn)曲線低碳鋼應(yīng)力應(yīng)變圖薛振林 陸志春n彈性階段彈性階段：此階段內(nèi)應(yīng)力與應(yīng)變成正比（即材料符合虎克：此階段內(nèi)應(yīng)力與應(yīng)變成正比（即材料符合虎克定律），該段稱為彈性階段。該段中應(yīng)力的最高值所對(duì)應(yīng)的定律），該段稱為彈性階段。該段中應(yīng)力的最高值所對(duì)應(yīng)的應(yīng)變值應(yīng)變

6、值e e，稱為比例極限，稱為比例極限p p 。 3）拉伸試驗(yàn)曲線分析）拉伸試驗(yàn)曲線分析薛振林 陸志春n屈服階段屈服階段：此階段外加應(yīng)力不再增加而應(yīng)變?nèi)栽诔掷m(xù)增加：此階段外加應(yīng)力不再增加而應(yīng)變?nèi)栽诔掷m(xù)增加（主要是塑性變形），材料已失去抵抗繼續(xù)變形的能力，此（主要是塑性變形），材料已失去抵抗繼續(xù)變形的能力，此時(shí)的應(yīng)力稱為屈服極限或稱時(shí)的應(yīng)力稱為屈服極限或稱屈服強(qiáng)度屈服強(qiáng)度S S 。若以材料塑性伸。若以材料塑性伸長(zhǎng)長(zhǎng)0.20.2作為屈服極限，則其屈服強(qiáng)度用作為屈服極限，則其屈服強(qiáng)度用0.20.2表示。表示。n強(qiáng)化階段強(qiáng)化階段：當(dāng)變形超過屈服階段，材料又恢復(fù)了對(duì)繼續(xù)變：當(dāng)變形超過屈服階段，材料又恢復(fù)了

7、對(duì)繼續(xù)變形的抵抗能力，為使材料繼續(xù)變形必須增加應(yīng)力值，這種現(xiàn)形的抵抗能力，為使材料繼續(xù)變形必須增加應(yīng)力值，這種現(xiàn)象稱為加工硬化現(xiàn)象，或稱強(qiáng)化階段。相應(yīng)的拉力是拉伸過象稱為加工硬化現(xiàn)象，或稱強(qiáng)化階段。相應(yīng)的拉力是拉伸過程中試樣承受最大的，此時(shí)相應(yīng)的應(yīng)力即為程中試樣承受最大的，此時(shí)相應(yīng)的應(yīng)力即為抗拉強(qiáng)度抗拉強(qiáng)度b b薛振林 陸志春n頸縮階段頸縮階段：當(dāng)外加應(yīng)力達(dá)到材料抗拉強(qiáng)度：當(dāng)外加應(yīng)力達(dá)到材料抗拉強(qiáng)度bb后，試件后，試件某一局部開始變細(xì)，出現(xiàn)頸縮現(xiàn)象稱之頸縮階段。某一局部開始變細(xì)，出現(xiàn)頸縮現(xiàn)象稱之頸縮階段。薛振林 陸志春應(yīng)用應(yīng)用n抗拉強(qiáng)度抗拉強(qiáng)度bb、屈服強(qiáng)度、屈服強(qiáng)度ss是是評(píng)價(jià)材料性能評(píng)價(jià)材

8、料性能（強(qiáng)度）的兩個(gè)（強(qiáng)度）的兩個(gè)主要指標(biāo)。一般特種設(shè)備金屬材料構(gòu)件都是在彈性狀態(tài)下工主要指標(biāo)。一般特種設(shè)備金屬材料構(gòu)件都是在彈性狀態(tài)下工作的，不允許發(fā)生塑性變形，所以在特種設(shè)備設(shè)計(jì)中都選擇作的，不允許發(fā)生塑性變形，所以在特種設(shè)備設(shè)計(jì)中都選擇了適當(dāng)?shù)陌踩禂?shù)來保證。了適當(dāng)?shù)陌踩禂?shù)來保證。n一般設(shè)計(jì)若以屈服強(qiáng)度一般設(shè)計(jì)若以屈服強(qiáng)度ss作為指標(biāo)時(shí)，鍋爐規(guī)范規(guī)定安全作為指標(biāo)時(shí)，鍋爐規(guī)范規(guī)定安全系數(shù)系數(shù)NsNs1.51.5，壓力容器規(guī)范規(guī)定安全系數(shù)，壓力容器規(guī)范規(guī)定安全系數(shù)NsNs1.61.6；若采用；若采用抗拉強(qiáng)度抗拉強(qiáng)度bb作為指標(biāo)時(shí)，鍋爐規(guī)范規(guī)定安全系數(shù)作為指標(biāo)時(shí)，鍋爐規(guī)范規(guī)定安全系數(shù)NbNb

9、2.72.7，壓力容器規(guī)范規(guī)定安全系數(shù)壓力容器規(guī)范規(guī)定安全系數(shù)NbNb3.03.0。薛振林 陸志春1.1.31.1.3塑性塑性n定義：定義： 塑性是指材料在載荷作用下斷裂前發(fā)生不可逆永久變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。形的能力。n評(píng)定與計(jì)算：評(píng)定與計(jì)算： 材料塑性的指標(biāo)通常用伸長(zhǎng)率材料塑性的指標(biāo)通常用伸長(zhǎng)率和斷面收縮率和斷面收縮率，伸長(zhǎng)，伸長(zhǎng)率可用右式確定：率可用右式確定： （L L1 1L L0 0）/L/L0 0100100； 式中：式中：L L0 0試件原標(biāo)距長(zhǎng)度，試件原標(biāo)距長(zhǎng)度， L L1 1拉斷后試件標(biāo)距長(zhǎng)度。拉斷后試件標(biāo)距長(zhǎng)度。 斷面收縮率可用右式確定：斷

10、面收縮率可用右式確定： （A A0 0A A1 1）/A/A0 0100100 式中：式中：A A0 0試件原來截面積，試件原來截面積， A A1 1拉斷后試件頸縮處的截面積拉斷后試件頸縮處的截面積薛振林 陸志春應(yīng)用應(yīng)用n伸長(zhǎng)率伸長(zhǎng)率與試樣的與試樣的長(zhǎng)度長(zhǎng)度有關(guān)，不同試樣長(zhǎng)有關(guān)，不同試樣長(zhǎng)度的伸長(zhǎng)率不能比較塑性的優(yōu)劣；度的伸長(zhǎng)率不能比較塑性的優(yōu)劣；n斷面收縮率斷面收縮率與試樣的與試樣的長(zhǎng)度長(zhǎng)度無關(guān)。無關(guān)。n鍋爐壓力容器對(duì)材料塑性有要求的，鍋爐壓力容器對(duì)材料塑性有要求的，一一是要適應(yīng)冷加工成形，二是要求設(shè)備在是要適應(yīng)冷加工成形，二是要求設(shè)備在破壞前有較大的變形破壞前有較大的變形，破壞時(shí)無碎片，破

11、壞時(shí)無碎片，但是有一定限度的，并不是越大越好，但是有一定限度的，并不是越大越好，應(yīng)合理選擇。單純追求塑性會(huì)限制材料應(yīng)合理選擇。單純追求塑性會(huì)限制材料的使用能力，造成材料的極大浪費(fèi)，設(shè)的使用能力，造成材料的極大浪費(fèi)，設(shè)備也相當(dāng)龐大。備也相當(dāng)龐大。薛振林 陸志春1.1.41.1.4硬度硬度n定義：是指材料抵抗局部塑性變形或表面損傷的能力。定義：是指材料抵抗局部塑性變形或表面損傷的能力。n工程上常用硬度試驗(yàn)方法：工程上常用硬度試驗(yàn)方法：布氏硬度布氏硬度HBHB、洛氏硬度、洛氏硬度HRHR、維、維氏硬度氏硬度HVHV、里氏硬度、里氏硬度HLHL。n應(yīng)用：應(yīng)用：nHBHB主要用于測(cè)定硬度較低的材料，如退

12、火、正火、調(diào)質(zhì)處理主要用于測(cè)定硬度較低的材料，如退火、正火、調(diào)質(zhì)處理的鋼材。低碳鋼的鋼材。低碳鋼 b b0.36HBnHRHR主要用于測(cè)定硬度較高的材料，其中主要用于測(cè)定硬度較高的材料，其中HRBHRB測(cè)定同測(cè)定同HBHB，HRAHRA和和HRCHRC用于測(cè)定淬火鋼、硬質(zhì)合金、滲碳層等。用于測(cè)定淬火鋼、硬質(zhì)合金、滲碳層等。nHVHV主要用于測(cè)定金屬表面硬度，如測(cè)定金相組織中不同區(qū)域主要用于測(cè)定金屬表面硬度，如測(cè)定金相組織中不同區(qū)域的硬度，測(cè)定焊縫不同區(qū)域的硬度。的硬度，測(cè)定焊縫不同區(qū)域的硬度。nHLHL主要用于現(xiàn)場(chǎng)構(gòu)件材料表面硬度的測(cè)定，測(cè)后可以直接讀主要用于現(xiàn)場(chǎng)構(gòu)件材料表面硬度的測(cè)定，測(cè)后可

13、以直接讀出硬度值，并能及時(shí)轉(zhuǎn)換為布、洛、維等各種硬度值。出硬度值，并能及時(shí)轉(zhuǎn)換為布、洛、維等各種硬度值。薛振林 陸志春硬度試驗(yàn)圖示硬度試驗(yàn)圖示洛氏硬度（洛氏硬度（HR）測(cè)量方法）測(cè)量方法布氏硬度（布氏硬度（HB）測(cè)量方法）測(cè)量方法薛振林 陸志春鋼球壓頭與金剛鋼球壓頭與金剛石壓頭石壓頭洛氏硬度洛氏硬度壓壓痕痕維氏硬度（維氏硬度（HV）測(cè)量方法）測(cè)量方法薛振林 陸志春薛振林 陸志春1.1.51.1.5沖擊韌度沖擊韌度n（1 1）定義：）定義： n韌性：是指金屬材料抵抗沖擊力而不被破壞的能力。有些金屬材料在承擔(dān)靜載荷時(shí)，顯示較高強(qiáng)度。但當(dāng)承擔(dān)沖擊力時(shí)，卻顯得非常脆弱，我們就說這些材料的韌性較差。n沖

14、擊韌性：沖擊韌性：是指材料在外加沖擊載荷作用下斷裂是指材料在外加沖擊載荷作用下斷裂時(shí)消耗能量大小的特性。時(shí)消耗能量大小的特性。n（2 2）試驗(yàn)：）試驗(yàn)： 通常是在通常是在擺式?jīng)_擊試驗(yàn)機(jī)擺式?jīng)_擊試驗(yàn)機(jī)上測(cè)定的。上測(cè)定的。n沖擊韌度沖擊韌度kuku（kuvkuv）AkAkSN SN 。n標(biāo)準(zhǔn)試樣時(shí)用標(biāo)準(zhǔn)試樣時(shí)用AkAk表示。表示。 如標(biāo)準(zhǔn)試樣截面為如標(biāo)準(zhǔn)試樣截面為101010mm10mm (3) (3)影響沖擊韌性值的因素影響沖擊韌性值的因素 試樣的尺寸、試樣的尺寸、試樣缺口的形式（試樣的缺口型式有夏比夏比U U型和夏型和夏比比V V型型兩種）、試驗(yàn)溫度、材料的化學(xué)成分，冶金質(zhì)量，組織狀態(tài)，內(nèi)部缺

15、陷等 薛振林 陸志春圖3-3 沖擊試驗(yàn)機(jī)薛振林 陸志春1.1.51.1.5沖擊韌度沖擊韌度n應(yīng)用：應(yīng)用： 材料沖擊韌性的高低，取決于材料材料沖擊韌性的高低，取決于材料有無迅速塑性變形有無迅速塑性變形的的能力，能力，沖擊韌性高的一般都有較高的塑性，但塑性較高的材沖擊韌性高的一般都有較高的塑性，但塑性較高的材料卻不一定都有較高的沖擊韌性料卻不一定都有較高的沖擊韌性。 沖擊韌性是對(duì)材料的沖擊韌性是對(duì)材料的化學(xué)成分、冶金質(zhì)量、組織狀態(tài)、化學(xué)成分、冶金質(zhì)量、組織狀態(tài)、內(nèi)部缺陷以及試驗(yàn)溫度內(nèi)部缺陷以及試驗(yàn)溫度等比較敏感的一個(gè)質(zhì)量指標(biāo)，同時(shí)也等比較敏感的一個(gè)質(zhì)量指標(biāo)，同時(shí)也是衡量材料脆性轉(zhuǎn)變和斷裂特性的重要

16、指標(biāo)。是衡量材料脆性轉(zhuǎn)變和斷裂特性的重要指標(biāo)。溫度對(duì)沖擊韌度的影響溫度對(duì)沖擊韌度的影響n用于制作承壓類特種設(shè)備受壓元件所用的鋼材在常溫、靜載條件下一般都有較好的塑性和韌性，工程上習(xí)慣稱之為塑性材料。人們?cè)谑褂眠@些材料時(shí)，對(duì)可能會(huì)發(fā)生的脆性破壞往往不夠注意，實(shí)際上，在一些不利的條件或環(huán)境下使用的塑性材料會(huì)發(fā)生脆化，即塑性和韌性降低的現(xiàn)象，這一現(xiàn)象對(duì)承壓類特種設(shè)備的使用安全是不利的。薛振林 陸志春沖擊試樣n2、脆性分類脆性分類n1）冷脆性冷脆性隨著溫度的降低，大多數(shù)鋼材的強(qiáng)度有所增加，而韌性下降，金屬材料在低溫下呈現(xiàn)的脆性稱為冷脆性低溫下呈現(xiàn)的脆性稱為冷脆性。n 用落錘沖擊試驗(yàn)判斷冷脆性.材料在低

17、溫度下工作時(shí)，由塑性狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榇嘈誀顟B(tài)，使材料的沖擊韌性值急劇降低的溫度。材料由塑性破壞轉(zhuǎn)變到脆性破壞的上限溫度上限溫度稱為韌脆轉(zhuǎn)變溫度。n上圖為用低碳鋼材料制作的有缺口的試樣，進(jìn)行沖擊試驗(yàn)，得到的沖擊韌度隨溫度變化的典型曲線?？梢钥闯鲭S著溫度降低，值不斷減小，即材料的韌性降低，脆性增加。要防止發(fā)生低溫脆性破壞，鋼材的最低允許工作溫度就應(yīng)高于韌脆轉(zhuǎn)變溫度的上限。薛振林 陸志春1.1.7 脆性脆性薛振林 陸志春1.1.7 脆性轉(zhuǎn)變溫度脆性轉(zhuǎn)變溫度n3、影響脆性轉(zhuǎn)變溫度的因素n1）含碳量含碳量越高，脆性轉(zhuǎn)變溫度越高，對(duì)在低溫度下工作的安全性不利；n2）合金元素Mn、Ni能降低脆性轉(zhuǎn)變溫度n3）含氫

18、量含氫越多越容易導(dǎo)致氫脆氫脆金相圖2（0.2m）氫脆金相圖1（10m）薛振林 陸志春1.1.7 脆性脆性n2）熱脆性熱脆性鋼材長(zhǎng)時(shí)間停留在400500后再冷卻至室溫時(shí)，沖擊韌度值會(huì)有明顯的下降，這種現(xiàn)象稱為鋼材的熱脆性。注意脆化溫度,無損檢測(cè)不能檢測(cè)和判斷熱脆性,用沖擊試驗(yàn)判斷。n值得注意的是具有熱脆性的鋼材在高溫下并不呈現(xiàn)脆化，仍具有較高的沖擊韌度，只有當(dāng)冷卻至室溫時(shí)，才顯示出脆化現(xiàn)象。薛振林 陸志春1.1.7 脆性脆性n3）氫脆氫脆鋼材中的氫會(huì)使材料的力學(xué)性能脆化，這種現(xiàn)象鋼材中的氫會(huì)使材料的力學(xué)性能脆化，這種現(xiàn)象稱為氫脆。氫脆主要發(fā)生在碳鋼和低合金鋼。稱為氫脆。氫脆主要發(fā)生在碳鋼和低合金

19、鋼。不同屈服極限的鋼氫脆關(guān)系曲線 n當(dāng)鋼材中存在氫，而應(yīng)力當(dāng)鋼材中存在氫，而應(yīng)力大于某一臨界值時(shí)，就會(huì)發(fā)大于某一臨界值時(shí)，就會(huì)發(fā)生氫脆斷裂。氫對(duì)鋼材的脆生氫脆斷裂。氫對(duì)鋼材的脆化過程是一個(gè)微觀裂紋在高化過程是一個(gè)微觀裂紋在高應(yīng)力作用下的擴(kuò)展過程。應(yīng)力作用下的擴(kuò)展過程。n由圖可見，鋼材的強(qiáng)度愈由圖可見，鋼材的強(qiáng)度愈高（所承受的應(yīng)力愈大），高（所承受的應(yīng)力愈大），對(duì)氫脆愈敏感。容器中工作對(duì)氫脆愈敏感。容器中工作應(yīng)力及殘余應(yīng)力是導(dǎo)致氫脆應(yīng)力及殘余應(yīng)力是導(dǎo)致氫脆很重要的因素。很重要的因素。n鋼中氫的主要來源：鋼中氫的主要來源：n1 1）冶煉過程中氫溶于鋼水中；）冶煉過程中氫溶于鋼水中；n2 2）鋼材在

20、較高溫度時(shí)暴露在空氣中吸收較多氫，如鍛造）鋼材在較高溫度時(shí)暴露在空氣中吸收較多氫，如鍛造加熱時(shí)。焊接時(shí)油、水、有機(jī)物分解等產(chǎn)生的氫；加熱時(shí)。焊接時(shí)油、水、有機(jī)物分解等產(chǎn)生的氫；n3 3）工作介質(zhì)中的氫，如酸洗時(shí)的氫，濕硫化氫；）工作介質(zhì)中的氫，如酸洗時(shí)的氫，濕硫化氫；n注意：注意：n1 1）能進(jìn)入鋼中的和在鋼中擴(kuò)散的是氫原子，不是分子）能進(jìn)入鋼中的和在鋼中擴(kuò)散的是氫原子，不是分子n2 2）無損檢測(cè)方法是無法檢出氫脆的。）無損檢測(cè)方法是無法檢出氫脆的。n氫脆是一種延遲斷裂，斷裂遲延的時(shí)間可以僅幾分鐘，也可氫脆是一種延遲斷裂，斷裂遲延的時(shí)間可以僅幾分鐘，也可能幾天。能幾天。n氫脆斷裂只發(fā)生在氫脆斷

21、裂只發(fā)生在100100150150的溫度范圍內(nèi)的溫度范圍內(nèi), ,因?yàn)楹艿偷囊驗(yàn)楹艿偷臏囟炔焕跉涞囊苿?dòng)和聚集，不易發(fā)生氫脆，而較高的溫度溫度不利于氫的移動(dòng)和聚集，不易發(fā)生氫脆，而較高的溫度可以使氫從鋼中逸出，減少鋼中的氫濃度，從而避免脆化?？梢允箽鋸匿撝幸莩?，減少鋼中的氫濃度，從而避免脆化。薛振林 陸志春n（4）苛性脆化 碳鋼或低合金鋼在含苛性鈉（NaOH）很高的介質(zhì)中引起的晶間腐蝕，鋼材 外觀看不出，但其沖擊韌性降低很多的現(xiàn)象，主要發(fā)生在應(yīng)力較大的部位，如鍋爐上的脹接部位，焊接殘余應(yīng)較大部位。n（5）應(yīng)力腐蝕脆性破壞 鋼材在特定的介質(zhì)中在拉應(yīng)力的作用下產(chǎn)生的晶間腐蝕，外觀無變化，但到一定時(shí)間

22、發(fā)生脆性破壞。 一般鋼材強(qiáng)度級(jí)別高的材料對(duì)應(yīng)力腐蝕傾向敏感應(yīng)力腐蝕三要素：拉應(yīng)力、腐蝕介質(zhì)、敏感材料應(yīng)力腐蝕三要素：拉應(yīng)力、腐蝕介質(zhì)、敏感材料鋼材的脆性鋼材的脆性1.2.71.2.7疲勞疲勞n疲勞疲勞在交變載荷（大小、方向呈周期性變化）的作用下，材料斷裂時(shí)的應(yīng)力遠(yuǎn)低于其抗拉強(qiáng)度，甚至低于屈服強(qiáng)度，這種破壞現(xiàn)象叫疲勞破壞。 疲勞強(qiáng)度-1表示在無數(shù)次（鋼常常以107次）交變載荷作用下仍不會(huì)斷裂時(shí)所能承受的最大應(yīng)力值。一般 -1（0.4-0.6）b 提高疲勞強(qiáng)度的方法 1）改善零件結(jié)構(gòu)，避免應(yīng)力集中； 2）提高零件表面光潔度； 3）進(jìn)行表面熱處理（降低應(yīng)力，改善組織）。薛振林 陸志春1.1.6 應(yīng)力

23、集中應(yīng)力集中n1、應(yīng)力集中的、應(yīng)力集中的定義定義：n由于承載截面的尺寸突然變化而引起的應(yīng)力局部增大的現(xiàn)象由于承載截面的尺寸突然變化而引起的應(yīng)力局部增大的現(xiàn)象稱為稱為應(yīng)力集中。如應(yīng)力集中。如:結(jié)構(gòu)件的凸臺(tái)、焊縫、焊接缺陷等。結(jié)構(gòu)件的凸臺(tái)、焊縫、焊接缺陷等。n應(yīng)力集中系數(shù)a應(yīng)力集中的程度通常用最大局部應(yīng)力與該截面上的名義應(yīng)力之比來衡量，稱為應(yīng)力集中系數(shù)a，n 即a= max/ 。應(yīng)力集中的概念應(yīng)力集中的概念n2、影響應(yīng)力集中的、影響應(yīng)力集中的因素因素：n1）與缺口大小有關(guān)，缺口越大，應(yīng)力集中越大；）與缺口大小有關(guān)，缺口越大，應(yīng)力集中越大；n2）與缺口的尖銳程度有關(guān)，缺口越尖銳，即缺口根部曲率）與缺

24、口的尖銳程度有關(guān)，缺口越尖銳，即缺口根部曲率半徑越小，應(yīng)力集中就越大。半徑越小，應(yīng)力集中就越大。n在承壓類特種設(shè)備中，構(gòu)件橫截面尺寸發(fā)生突變往往是缺陷在承壓類特種設(shè)備中，構(gòu)件橫截面尺寸發(fā)生突變往往是缺陷引起的，這些缺陷統(tǒng)稱為引起的，這些缺陷統(tǒng)稱為缺口缺口，例如表面損傷、焊縫咬邊、，例如表面損傷、焊縫咬邊、氣孔、夾渣、未焊透、未熔合、裂紋等。在各種缺陷形成的氣孔、夾渣、未焊透、未熔合、裂紋等。在各種缺陷形成的缺口中，以裂紋的根部曲率半徑最小，所以缺口中，以裂紋的根部曲率半徑最小，所以裂紋裂紋引起的應(yīng)力引起的應(yīng)力集中最為嚴(yán)重。集中最為嚴(yán)重。1.2.91.2.9屈強(qiáng)比的概念屈強(qiáng)比的概念n定義：n材料

25、的屈服極限和強(qiáng)度極限的比值，即s b稱為屈強(qiáng)比。n屈強(qiáng)比是七十至八十年代常用的描述高強(qiáng)度金屬材料的一個(gè)術(shù)語(yǔ)。n這個(gè)值越小，表示材料的屈服極限和強(qiáng)度極限的差距越大，材料的塑性越好，使用中的安全裕度越大；相反，如果屈強(qiáng)比值較大，則表示該材料的屈服極限與強(qiáng)度極限較接近，材料在斷裂前的塑性“儲(chǔ)備”較少，使用中的安全裕度相對(duì)較小。1.2.91.2.9屈強(qiáng)比的概念屈強(qiáng)比的概念n使用高屈強(qiáng)比的材料可以節(jié)省材料用量，但這類材料對(duì)應(yīng)力集中較為敏感，抗疲勞性能較差，較易出現(xiàn)加工硬化現(xiàn)象而使材料變脆。n鋼的強(qiáng)度等級(jí)越高，其屈強(qiáng)比也越高。 所以對(duì)高強(qiáng)度鋼，特別是抗拉強(qiáng)度下限大于540MPa的低合金高強(qiáng)度鋼材料的使用要

26、十分注意。1.2.91.2.9屈強(qiáng)比的概念屈強(qiáng)比的概念 一般說來，對(duì)屈強(qiáng)比大于0.7的材料就應(yīng)加以重視，對(duì)屈強(qiáng)比大于0.8的材料更要從嚴(yán)控制，謹(jǐn)慎處理：結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)盡量避免局部應(yīng)力過高或應(yīng)力集中，制造時(shí)要盡量避免加工硬化，減少殘余應(yīng)力。對(duì)設(shè)備的表面質(zhì)量要求更高，例如表面成形要圓滑過渡，對(duì)表面各種劃傷和損傷的控制更嚴(yán)，焊縫不允許咬邊等。無損檢測(cè)的應(yīng)用也有所增加，檢測(cè)比例進(jìn)一步擴(kuò)大，對(duì)允許存在的各種缺陷的限制應(yīng)從嚴(yán)。薛振林 陸志春1.21.2金屬學(xué)與熱處理基本知識(shí)金屬學(xué)與熱處理基本知識(shí)n1.2.11.2.1金屬的晶體結(jié)構(gòu)金屬的晶體結(jié)構(gòu)n定義：定義：n內(nèi)部原子內(nèi)部原子呈規(guī)則排列呈規(guī)則排列的物質(zhì)稱為的

27、物質(zhì)稱為晶體晶體，原子的排列方式稱，原子的排列方式稱為為晶體結(jié)構(gòu)晶體結(jié)構(gòu)。n晶體特性n1）具有一定的熔點(diǎn)；n2）各向異性（不同方向上其導(dǎo)電性、彈性強(qiáng)度等性能不一樣）；n3）在一定條件下（壓力和溫度）可以發(fā)生狀態(tài)轉(zhuǎn)變。n晶體結(jié)構(gòu)種類：有晶體結(jié)構(gòu)種類：有體心立方晶格、面心立方晶格、密排六體心立方晶格、面心立方晶格、密排六方晶格方晶格，實(shí)際使用的金屬是由許多晶粒組成的，又叫，實(shí)際使用的金屬是由許多晶粒組成的，又叫多晶體多晶體。n晶格晶格用假想的直線將原子中心連接起來所形成。用假想的直線將原子中心連接起來所形成。n 金屬材料在冶煉過程中是由高溫的液態(tài)金屬冷卻轉(zhuǎn)變?yōu)楣虘B(tài)金屬的結(jié)晶過程，結(jié)晶總是從晶核開始

28、（晶核通常是依附于液態(tài)金屬中固態(tài)微粒雜質(zhì)而形成），液體中原子不斷向晶核聚集，使晶核長(zhǎng)大，直至所有的晶粒長(zhǎng)大到互相接觸，結(jié)晶即告結(jié)束。薛振林 陸志春薛振林 陸志春1.2.11.2.1金屬的晶體結(jié)構(gòu)金屬的晶體結(jié)構(gòu)體心立方體心立方bcc面心立方面心立方fcc密排六方密排六方hcp鐵的同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變：鐵的同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變：鐵鐵 鐵鐵 鐵鐵 體心立方體心立方 面心立方面心立方 體心立方體心立方 當(dāng)晶體結(jié)構(gòu)改變時(shí)，金屬的性能當(dāng)晶體結(jié)構(gòu)改變時(shí)，金屬的性能(如體積、強(qiáng)度、塑性、磁性、導(dǎo)電性等如體積、強(qiáng)度、塑性、磁性、導(dǎo)電性等)往往要發(fā)生突變。往往要發(fā)生突變。 1394 912 薛振林 陸志春同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變 同素異構(gòu)同

29、素異構(gòu)轉(zhuǎn)變：金轉(zhuǎn)變：金屬在固態(tài)屬在固態(tài)下晶格隨下晶格隨溫度發(fā)生溫度發(fā)生改變的現(xiàn)改變的現(xiàn)象。象。薛振林 陸志春n大多數(shù)金屬的晶格類型都是一成不變的，但是，鐵、錳、錫、大多數(shù)金屬的晶格類型都是一成不變的，但是，鐵、錳、錫、鈦等金屬的晶格類型都會(huì)隨溫度的升高或降低而發(fā)生改變。鈦等金屬的晶格類型都會(huì)隨溫度的升高或降低而發(fā)生改變。一種固態(tài)金屬，在不同的溫度區(qū)間具有不同的晶格類型的性一種固態(tài)金屬，在不同的溫度區(qū)間具有不同的晶格類型的性質(zhì)稱為同素異構(gòu)性。質(zhì)稱為同素異構(gòu)性。n 純鐵是具有同素異構(gòu)性的金屬，如圖是鐵的同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變純鐵是具有同素異構(gòu)性的金屬，如圖是鐵的同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變的冷卻曲線。的冷卻曲線。金屬的同素

30、異構(gòu)轉(zhuǎn)變也是一種結(jié)晶過程，它同樣包含晶金屬的同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變也是一種結(jié)晶過程，它同樣包含晶核的形成和長(zhǎng)大，故又叫重結(jié)晶。轉(zhuǎn)變時(shí)也有結(jié)晶潛熱的放核的形成和長(zhǎng)大，故又叫重結(jié)晶。轉(zhuǎn)變時(shí)也有結(jié)晶潛熱的放出和過冷現(xiàn)象。出和過冷現(xiàn)象。n鐵的同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變是鋼鐵能夠進(jìn)行熱處理的重要依據(jù)。鐵的同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變是鋼鐵能夠進(jìn)行熱處理的重要依據(jù)。薛振林 陸志春1.2.11.2.1金屬的晶體結(jié)構(gòu)金屬的晶體結(jié)構(gòu)n（4 4）晶體缺陷）晶體缺陷 實(shí)際晶體的原子排列并非完美無缺，在排列中常常會(huì)出現(xiàn)原子排列不實(shí)際晶體的原子排列并非完美無缺，在排列中常常會(huì)出現(xiàn)原子排列不規(guī)則的地方，稱為晶體缺陷。晶體缺陷有三類規(guī)則的地方，稱為晶體缺陷。晶體

31、缺陷有三類n點(diǎn)缺陷點(diǎn)缺陷：晶格空位、間隙原子、異類原子：晶格空位、間隙原子、異類原子n線缺陷線缺陷：位錯(cuò)：位錯(cuò)n面缺陷面缺陷：晶體的外表面和內(nèi)表面：晶體的外表面和內(nèi)表面( (晶界、亞晶界、位錯(cuò)墻晶界、亞晶界、位錯(cuò)墻) )間隙原子間隙原子晶格空位晶格空位置代原子置代原子晶體點(diǎn)缺陷晶體點(diǎn)缺陷位錯(cuò)位錯(cuò)薛振林 陸志春1.2.11.2.1金屬的晶體結(jié)構(gòu)金屬的晶體結(jié)構(gòu) （4 4）缺陷對(duì)金屬的影響）缺陷對(duì)金屬的影響n晶體缺陷晶體缺陷使晶格發(fā)生了畸變，結(jié)果使金屬不容易發(fā)生變形，使晶格發(fā)生了畸變，結(jié)果使金屬不容易發(fā)生變形，表現(xiàn)為表現(xiàn)為屈服強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度的升高屈服強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度的升高。n位錯(cuò)位錯(cuò)的存在，使原子間容

32、易產(chǎn)生滑移，相當(dāng)于金屬容易產(chǎn)生的存在，使原子間容易產(chǎn)生滑移，相當(dāng)于金屬容易產(chǎn)生塑性變形，強(qiáng)度降低塑性變形，強(qiáng)度降低。但只要。但只要位錯(cuò)很密時(shí)位錯(cuò)很密時(shí)，位錯(cuò)與位錯(cuò)緾繞，位錯(cuò)與位錯(cuò)緾繞在一起，又不容易變形了，此時(shí)在一起，又不容易變形了，此時(shí)強(qiáng)度升高強(qiáng)度升高了。了。n面缺陷面缺陷 晶粒細(xì)金屬材料強(qiáng)度硬度也大晶粒細(xì)金屬材料強(qiáng)度硬度也大, ,但由于界面能的存但由于界面能的存在在, ,使晶界的熔點(diǎn)低于晶粒內(nèi)部使晶界的熔點(diǎn)低于晶粒內(nèi)部, ,容易腐蝕和氧化容易腐蝕和氧化薛振林 陸志春1.2.21.2.2鐵碳合金的基本組織鐵碳合金的基本組織（1）名詞解釋）名詞解釋n1）合金合金：是指由：是指由兩種或兩種以上元

33、素組成兩種或兩種以上元素組成的具有的具有金屬特金屬特 性性的物質(zhì)。的物質(zhì)。 組成合金的元素即可全部是金屬，也可是金屬與非組成合金的元素即可全部是金屬，也可是金屬與非金屬。合金有固溶體和金屬化合物兩大類金屬。合金有固溶體和金屬化合物兩大類 n2）固溶體固溶體 ：合金組元通過：合金組元通過溶解溶解形成一種成分和性能均勻的、形成一種成分和性能均勻的、且晶格類型與組元之一相同的固相稱之為固溶體。且晶格類型與組元之一相同的固相稱之為固溶體。 如糖溶于水后結(jié)成冰就成為糖與水的固溶體。如糖溶于水后結(jié)成冰就成為糖與水的固溶體。n與合金晶體結(jié)構(gòu)相同的元素稱與合金晶體結(jié)構(gòu)相同的元素稱溶劑溶劑。其它元素稱。其它元素

34、稱溶質(zhì)溶質(zhì)。 n按溶質(zhì)原子所處位置分為按溶質(zhì)原子所處位置分為置換固溶體和間隙固溶體置換固溶體和間隙固溶體。 薛振林 陸志春1.2.21.2.2鐵碳合金的基本組織鐵碳合金的基本組織na、 置換固溶體置換固溶體 n溶質(zhì)原子溶質(zhì)原子占據(jù)溶劑晶格某些結(jié)點(diǎn)位置占據(jù)溶劑晶格某些結(jié)點(diǎn)位置所形成的固溶體。所形成的固溶體。 nb、間隙固溶體間隙固溶體 n溶質(zhì)原子溶質(zhì)原子嵌入溶劑晶格間隙嵌入溶劑晶格間隙所形成的固溶體。所形成的固溶體。 形成間隙固溶體的溶形成間隙固溶體的溶質(zhì)元素是原子半徑較小的非金屬元素，如質(zhì)元素是原子半徑較小的非金屬元素，如 C、N、B等，而溶劑元素等，而溶劑元素一般是過渡族元素。一般是過渡族元

35、素。 n3）金屬化合物：金屬化合物：合金中其晶體結(jié)構(gòu)與組成元素的合金中其晶體結(jié)構(gòu)與組成元素的晶體結(jié)構(gòu)均不相同晶體結(jié)構(gòu)均不相同的固相。的固相。 金屬化合物具有較高的熔點(diǎn)、硬度和脆性，金屬化合物具有較高的熔點(diǎn)、硬度和脆性， 并可用分子式并可用分子式表示其組成。如表示其組成。如Fe3C n當(dāng)合金中出現(xiàn)金屬化合物時(shí)，可提高其強(qiáng)當(dāng)合金中出現(xiàn)金屬化合物時(shí)，可提高其強(qiáng) 度、硬度和耐磨性，但降度、硬度和耐磨性，但降低塑性。低塑性。 薛振林 陸志春1.2.21.2.2鐵碳合金的基本組織鐵碳合金的基本組織n（2 2）鐵碳合金鐵碳合金鐵與碳的合金，鐵與碳形成的化合物為鐵與碳的合金，鐵與碳形成的化合物為Fe3C 、F

36、e2C、 FeC ，其中，其中FeC含碳量為含碳量為6.67。含碳量大于。含碳量大于6.67的鐵碳的鐵碳合金沒有實(shí)用意義，所以鐵碳合金只研究小于合金沒有實(shí)用意義，所以鐵碳合金只研究小于6.67這部分。這部分。n通常把鋼和鑄鐵統(tǒng)稱為鐵碳合金，一般把碳含量通常把鋼和鑄鐵統(tǒng)稱為鐵碳合金，一般把碳含量0.020.022.02.0的稱的稱為為鋼鋼，含碳量大于，含碳量大于2.02.0的稱為的稱為鑄鐵鑄鐵。鍋爐壓力容器壓力管道用鋼含。鍋爐壓力容器壓力管道用鋼含碳量一般低于碳量一般低于0.250.25。n結(jié)晶結(jié)晶由液態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榫w的過程，如由液態(tài)轉(zhuǎn)為固態(tài)的過程稱為凝固。由液態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榫w的過程，如由液態(tài)轉(zhuǎn)為固態(tài)的

37、過程稱為凝固。n共析共析-從一種成份固體中同時(shí)分解出兩種成份的固體的過程從一種成份固體中同時(shí)分解出兩種成份的固體的過程薛振林 陸志春（3）鐵碳合金相圖）鐵碳合金相圖薛振林 陸志春（3）鐵碳合金相圖）鐵碳合金相圖n需要注意的特性點(diǎn)和特性線n A點(diǎn)：純鐵的熔點(diǎn) 1538 n C點(diǎn)：共晶點(diǎn) 1148n D點(diǎn)：滲碳體的熔點(diǎn) 1227n S點(diǎn)：共析點(diǎn) 727n G點(diǎn)：純鐵的同素異晶轉(zhuǎn)變點(diǎn) 912n E點(diǎn)：C在-Fe中最大溶解度 1148n P點(diǎn)：C在-Fe中最大溶解度 727 n Q點(diǎn)：室溫時(shí)C在-Fe中最大溶解度nABCD線：液相線nAECF線：固相線nPSK線:也稱A1線表示鋼在緩慢冷卻時(shí)A開始轉(zhuǎn)變

38、為P的溫度線或在緩慢加熱時(shí)P開始轉(zhuǎn)變?yōu)锳的溫度線nGS線:也稱A3線表示鋼在緩慢冷卻時(shí)A開始析出F的溫度線或在緩慢加熱時(shí)F開始轉(zhuǎn)變?yōu)锳的終止溫度線nES線:也稱ACm線表示鋼在緩慢冷卻時(shí)A開始析出Fe3C的溫度線或在緩慢加熱時(shí)Fe3C開始轉(zhuǎn)變?yōu)锳的終止溫度線薛振林 陸志春（4 4）基本組織形式）基本組織形式n1 1）鐵素體）鐵素體：n碳與合金元素溶解于碳與合金元素溶解于鐵或鐵或鐵中的固溶體，用符號(hào)鐵中的固溶體，用符號(hào)“F”表表示。示。 鐵和鐵和鐵都是體心立方晶格，前者是指溫度低于鐵都是體心立方晶格，前者是指溫度低于910的鐵，后者是溫度在的鐵，后者是溫度在13901535之間的鐵。之間的鐵。n

39、鐵素體的溶碳能力極差，在鐵素體的溶碳能力極差，在727溶碳溶碳量最大時(shí)也僅有量最大時(shí)也僅有0.022。鐵素體的強(qiáng)度、。鐵素體的強(qiáng)度、硬度不高，具有良好的塑性和韌性，在硬度不高，具有良好的塑性和韌性，在770以下具有鐵磁性，超過以下具有鐵磁性，超過770則喪則喪失鐵磁性。失鐵磁性。n鐵素體性能接近純鐵，硬度低（約為鐵素體性能接近純鐵，硬度低（約為80100HB），塑性好。固溶有合金元），塑性好。固溶有合金元素的鐵素體能提高鋼的強(qiáng)度和硬度。素的鐵素體能提高鋼的強(qiáng)度和硬度。n鐵素體仍然保持體心立方晶格鐵素體仍然保持體心立方晶格 。薛振林 陸志春2 2）奧氏體：）奧氏體：n碳與合金元素溶解于碳與合金元

40、素溶解于鐵中的固溶體，用符號(hào)鐵中的固溶體，用符號(hào)“A”表示。表示。 鐵是面心立方鐵是面心立方晶格，奧氏體溶碳能力較大，最大可達(dá)晶格，奧氏體溶碳能力較大，最大可達(dá)2.11（1148），在），在727溶溶碳量為碳量為0.77。在鐵碳合金系中，奧氏體僅存在于。在鐵碳合金系中，奧氏體僅存在于727以上的高溫范以上的高溫范圍內(nèi)。奧氏體不具有鐵磁性。圍內(nèi)。奧氏體不具有鐵磁性。 nA強(qiáng)度、硬度比F高，但A仍然是單一的固溶體，所以塑性良好，變形抗力較低，即絕大多數(shù)鋼在高溫下進(jìn)行壓力加工和熱處理都要求在A區(qū)內(nèi)進(jìn)行。n奧氏體塑性很高，硬度和屈服點(diǎn)較低，布氏硬度值一般為170220HB，是鋼中比容最小的組織。n奧氏

41、體仍然保持Fe的面心立方晶格 薛振林 陸志春3 3）滲碳體：）滲碳體：n鐵和碳的金屬化合物，其含碳量為鐵和碳的金屬化合物，其含碳量為6.67，符號(hào)為，符號(hào)為Fe3C。滲碳體。滲碳體的硬度（約為的硬度（約為700HB）很高，而塑性和韌性幾乎為零，脆性極大。）很高，而塑性和韌性幾乎為零，脆性極大。滲碳體在滲碳體在217以下具有鐵磁性。以下具有鐵磁性。n滲碳體是鐵和碳的化合物，又稱碳化鐵，常溫下鐵碳合金中碳大部分以滲碳體存在。n根據(jù)鐵碳平衡圖，滲碳體可分為：一次滲碳體，多呈柱狀；二次滲碳體多以白色網(wǎng)狀出現(xiàn)；三次滲碳體，多以白色網(wǎng)狀出現(xiàn)。n滲碳體在低溫下有弱磁性，高于217磁性消失。滲碳體的熔化溫度約

42、為1227。薛振林 陸志春4 4）珠光體：）珠光體：n珠光體是鐵素體和滲碳體的混合物，是含碳量為珠光體是鐵素體和滲碳體的混合物，是含碳量為0.77的碳鋼共析轉(zhuǎn)的碳鋼共析轉(zhuǎn)變的產(chǎn)物，由鐵素體和滲碳體相間排列的片層狀組織。變的產(chǎn)物，由鐵素體和滲碳體相間排列的片層狀組織。它有較高的硬度它有較高的硬度和強(qiáng)度，塑性較好。和強(qiáng)度，塑性較好。n珠光體的片間距取決于奧氏體分解時(shí)的珠光體的片間距取決于奧氏體分解時(shí)的過冷度，過冷度越大形成的珠光體片間距過冷度，過冷度越大形成的珠光體片間距越小。越小。n按片間距的大小，又可分為珠光體、索按片間距的大小，又可分為珠光體、索氏體和屈氏體。由于它們沒有本質(zhì)上區(qū)別，氏體和屈

43、氏體。由于它們沒有本質(zhì)上區(qū)別，統(tǒng)稱為珠光體。統(tǒng)稱為珠光體。n金屬實(shí)際結(jié)晶溫度金屬實(shí)際結(jié)晶溫度Tn總是低于理論結(jié)晶總是低于理論結(jié)晶溫度溫度To，兩者之差稱為過冷度。，兩者之差稱為過冷度。n過冷是金屬結(jié)晶的必要條件過冷是金屬結(jié)晶的必要條件。 珠光體onTTT=-onTTT=-T薛振林 陸志春1.2.31.2.3熱處理的一般過程熱處理的一般過程n定義定義：熱處理是將固態(tài)金：熱處理是將固態(tài)金屬及合金屬及合金按預(yù)定的要求進(jìn)行按預(yù)定的要求進(jìn)行加熱、保溫和冷卻加熱、保溫和冷卻，以，以改變改變其內(nèi)部組織其內(nèi)部組織從而獲得所要求從而獲得所要求性能的一種工藝過程。性能的一種工藝過程。 n熱處理過程：主要是由熱處理

44、過程：主要是由加加熱、保溫（時(shí)間）、冷卻熱、保溫（時(shí)間）、冷卻三三個(gè)階段構(gòu)成的，個(gè)階段構(gòu)成的，溫度和時(shí)間溫度和時(shí)間是影響熱處理的主要因素，是影響熱處理的主要因素，因此熱處理過程都可以用溫因此熱處理過程都可以用溫度時(shí)間曲線來表述。度時(shí)間曲線來表述。時(shí)間時(shí)間溫度溫度加熱加熱加熱溫度加熱溫度冷卻冷卻保溫時(shí)間保溫時(shí)間熱處理基本工藝曲線薛振林 陸志春1.2.31.2.3熱處理的一般過程熱處理的一般過程n鋼的熱處理過程：鋼的熱處理過程：n1 1）加熱加熱時(shí)使鋼的時(shí)使鋼的常溫組織轉(zhuǎn)變?yōu)閵W氏體常溫組織轉(zhuǎn)變?yōu)閵W氏體（珠光體（珠光體P P向奧氏體向奧氏體A A的轉(zhuǎn)變），使剩余鐵素體的轉(zhuǎn)變），使剩余鐵素體F F向奧

45、氏體向奧氏體A A溶解，直至組織為單溶解，直至組織為單一奧氏體一奧氏體A A。n2 2）保溫保溫時(shí)使晶粒內(nèi)的成分?jǐn)U散均勻，獲得時(shí)使晶粒內(nèi)的成分?jǐn)U散均勻，獲得均勻的奧氏體均勻的奧氏體A A。n3 3）冷卻冷卻時(shí)使時(shí)使奧氏體奧氏體A A分解分解，隨著冷卻速度的不同，奧氏體分，隨著冷卻速度的不同，奧氏體分解的產(chǎn)物的形態(tài)、分散度及性能都將發(fā)生不同的變化（珠光解的產(chǎn)物的形態(tài)、分散度及性能都將發(fā)生不同的變化（珠光體、鐵素體或馬氏體等）。體、鐵素體或馬氏體等）。薛振林 陸志春n按冷卻速度可以分為等溫冷卻和連續(xù)冷卻n等溫冷卻是將某溫度的奧氏體急冷至某溫度如700，然后在此溫度下保溫，讓奧氏體進(jìn)行轉(zhuǎn)變。時(shí)間-溫

46、度曲線 稱TTT曲線n連續(xù)冷卻是將某溫度的奧氏體連續(xù)冷卻，奧氏體在冷卻過程中進(jìn)行轉(zhuǎn)變。時(shí)間溫度曲線稱CCT曲線共析鋼的等溫轉(zhuǎn) 變曲線（TTT）共析鋼的連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變曲線（共析鋼的連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變曲線（CCTCCT）薛振林 陸志春1.2.41.2.4承壓類特種設(shè)備用鋼常見金相組織和性能承壓類特種設(shè)備用鋼常見金相組織和性能n奧氏體奧氏體A AFeFe（C C）：n是碳在是碳在-Fe-Fe中的固溶體中的固溶體, ,在合金鋼中是碳和合金元素溶解在在合金鋼中是碳和合金元素溶解在-Fe-Fe中的固溶體。中的固溶體。n奧氏體塑性很高，硬度和屈服奧氏體塑性很高，硬度和屈服點(diǎn)較低，是鋼中比容最小的組點(diǎn)較低，是鋼中比容

47、最小的組織?？?。n奧氏體保持奧氏體保持-Fe的面心立方的面心立方晶格，在金相組織中為規(guī)則的晶格，在金相組織中為規(guī)則的多邊形。多邊形。薛振林 陸志春1.2.41.2.4承壓類特種設(shè)備用鋼常見金相組織和性能承壓類特種設(shè)備用鋼常見金相組織和性能n鐵素體鐵素體F FFe(C)Fe(C)：nF F是碳與合金元素溶解在是碳與合金元素溶解在-Fe-Fe中的固溶體。中的固溶體。n其性能接近純鐵，硬度低，塑性其性能接近純鐵，硬度低，塑性好。好。n固溶有合金元素的鐵素體能提高固溶有合金元素的鐵素體能提高鋼的強(qiáng)度和硬度。鋼的強(qiáng)度和硬度。n常溫下含碳量為常溫下含碳量為0.008。n保持保持-Fe的體心立方晶格，在的體

48、心立方晶格，在金相組織中為規(guī)則多邊形。金相組織中為規(guī)則多邊形。薛振林 陸志春1.2.41.2.4承壓類特種設(shè)備用鋼常見金相組織和性能承壓類特種設(shè)備用鋼常見金相組織和性能n滲碳體滲碳體Fe3CFe3C：n是鐵和碳的化合物，又稱碳化鐵，常溫下鐵碳合金中大部分是鐵和碳的化合物，又稱碳化鐵，常溫下鐵碳合金中大部分以滲碳體存在。以滲碳體存在。n滲碳體在低溫下為弱磁性，滲碳體在低溫下為弱磁性，熔化溫度為熔化溫度為12271227其含碳量其含碳量為為6.676.67，硬度高，脆性，硬度高，脆性大，塑性近似于零大，塑性近似于零薛振林 陸志春1.2.41.2.4承壓類特種設(shè)備用鋼常見金相組織和性能承壓類特種設(shè)備

49、用鋼常見金相組織和性能n珠光體珠光體 P P：n是鐵素體和滲碳體的混合物，是含碳量為是鐵素體和滲碳體的混合物，是含碳量為0.770.77的碳鋼共析轉(zhuǎn)變的產(chǎn)的碳鋼共析轉(zhuǎn)變的產(chǎn)物，由鐵素體和滲碳體相間排列的片層狀組織。按其片層狀間距大小物，由鐵素體和滲碳體相間排列的片層狀組織。按其片層狀間距大小可分為珠光體、索氏體和屈氏體。可分為珠光體、索氏體和屈氏體。n在金相組織中，多為鐵素體和滲碳體在金相組織中，多為鐵素體和滲碳體相間排列的層片狀組織，片層一般稍相間排列的層片狀組織，片層一般稍彎曲，在一定熱處理?xiàng)l件下（球化退彎曲，在一定熱處理?xiàng)l件下（球化退火或工件在高溫下長(zhǎng)期工作，珠光體火或工件在高溫下長(zhǎng)期工

50、作，珠光體會(huì)球化即球化組織，亦叫粒狀珠光體。會(huì)球化即球化組織，亦叫粒狀珠光體。1.3.41.3.4承壓類特種設(shè)備用鋼常見金相組織和承壓類特種設(shè)備用鋼常見金相組織和性能性能n珠光體、索氏體和屈氏體沒有本質(zhì)的區(qū)別，故可統(tǒng)稱為珠珠光體、索氏體和屈氏體沒有本質(zhì)的區(qū)別，故可統(tǒng)稱為珠光體。光體。n粗片狀珠光體，是奧氏體在650700高溫分解的產(chǎn)物，硬度約為190230HB，用一般金相顯微鏡（500倍以下）能分辨Fe3C片。n索氏體S，是奧氏體在600650高溫分解的產(chǎn)物，硬度約為240320HB，用高倍顯微鏡放大1000倍才能分辨Fe3C片。n屈氏體T，是奧氏體在550600高溫分解的產(chǎn)物，硬度約為330

51、400HB，用電子顯微鏡放大10000倍才能分辨Fe3C片。屈氏體屈氏體索氏體索氏體n珠光體在金相組織中，多為鐵素體和滲碳體相間排列的層片狀組織，片層一般稍彎曲。在一定熱處理?xiàng)l件下（球化退火或高溫回火），滲碳體以顆粒狀分布于鐵素體基底之上，即球化組織，亦叫粒狀珠光體。在金相組織中，多為鐵素體和滲碳體相間排列的層片狀組織，片層一般稍彎曲，在一定熱處理?xiàng)l件下（球化退火或工件在高溫下長(zhǎng)期工作，珠光體會(huì)球化即球化組織，亦叫粒狀珠光體。1.3.4承壓類特種設(shè)備用鋼常見金相組織和承壓類特種設(shè)備用鋼常見金相組織和性能性能薛振林 陸志春1.2.41.2.4承壓類特種設(shè)備用鋼常見金相組織和性能承壓類特種設(shè)備用鋼

52、常見金相組織和性能n馬氏體馬氏體 M M：n是碳在是碳在-Fe-Fe中的過飽和固溶體。是鋼在奧氏體化后快速冷卻到馬氏體點(diǎn)中的過飽和固溶體。是鋼在奧氏體化后快速冷卻到馬氏體點(diǎn)之下發(fā)生無擴(kuò)散性相變的產(chǎn)物，形成了體心正方晶格。當(dāng)鋼高溫奧氏體之下發(fā)生無擴(kuò)散性相變的產(chǎn)物，形成了體心正方晶格。當(dāng)鋼高溫奧氏體化之后，若快速冷卻至馬氏體點(diǎn)以下時(shí)，由于化之后，若快速冷卻至馬氏體點(diǎn)以下時(shí)，由于FeFe在低溫下結(jié)構(gòu)不穩(wěn)在低溫下結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定，便轉(zhuǎn)變?yōu)槎?，便轉(zhuǎn)變?yōu)镕eFe，但冷卻速度快，鋼中碳原子來不及擴(kuò)散，保留了，但冷卻速度快，鋼中碳原子來不及擴(kuò)散，保留了高溫時(shí)母相奧氏體的成分高溫時(shí)母相奧氏體的成分. . n鋼的含碳量

53、不同得到的馬氏體形態(tài)也不同，低碳鋼淬火得到的是條狀馬鋼的含碳量不同得到的馬氏體形態(tài)也不同，低碳鋼淬火得到的是條狀馬氏體，其性能較好。含碳量較大時(shí)得到的馬氏體是片狀馬氏體，其性能較氏體，其性能較好。含碳量較大時(shí)得到的馬氏體是片狀馬氏體，其性能較脆。脆。針狀馬氏體板條狀馬氏體n它具有很高的硬度，很脆，沖擊韌性低，它具有很高的硬度，很脆，沖擊韌性低，和和幾乎等于零。金相組織中幾乎等于零。金相組織中馬氏體互成一定角度的白色針狀結(jié)構(gòu)。馬氏體互成一定角度的白色針狀結(jié)構(gòu)。 正常淬火工藝下，馬氏體大部分正常淬火工藝下，馬氏體大部分為細(xì)針狀或隱針狀?；鼗瘃R氏體有較好的韌性。為細(xì)針狀或隱針狀?；鼗瘃R氏體有較好的韌

54、性。n由于過飽和的碳使晶格發(fā)生畸變，因此馬氏體的比容較奧氏體大，鋼中由于過飽和的碳使晶格發(fā)生畸變，因此馬氏體的比容較奧氏體大，鋼中馬氏體形成時(shí)產(chǎn)生很大的相變應(yīng)力。馬氏體形成時(shí)產(chǎn)生很大的相變應(yīng)力。 n并非所有馬氏體組織都是硬而脆的，例如含錳、鉻、鎳、鉬等元素的低合金高強(qiáng)度鋼經(jīng)調(diào)質(zhì)處理后的金相組織為回火低碳馬氏體，這種回火低碳馬氏體組織具有較高的強(qiáng)度和較好的韌性。 薛振林 陸志春馬氏體晶相照片馬氏體晶相照片 低碳條狀馬氏體組織金相圖低碳條狀馬氏體組織金相圖 高碳片狀馬氏體組織金相圖高碳片狀馬氏體組織金相圖回火馬氏體回火馬氏體馬氏體馬氏體+貝氏體貝氏體+索氏體索氏體6 6）貝氏體）貝氏體B Bn貝氏

55、體是過冷奧氏體在中溫區(qū)間（約250450）相變產(chǎn)生的過飽和的鐵素體和滲碳體混合物。n貝氏體形成的溫度不同，組織特征也不相同。n在接近珠光體形成溫度所生成的組織叫“上貝氏體”，其特征為由晶粒邊界開始向晶內(nèi)同一方向平行排列的FeFe片，片間夾著滲碳體顆粒，在金相組織中呈羽毛可對(duì)稱或不對(duì)稱。n在300附近形成的組織叫“下貝氏體”，在金相組織中呈黑針狀。上、下貝氏體只是形狀和碳化物分布不同，沒有質(zhì)的區(qū)別。上貝氏體的強(qiáng)度小于同一溫度形成的細(xì)片狀珠光體，脆性也較大。下貝氏體與相同溫度的回火馬氏體強(qiáng)度相近，下貝氏體的性能優(yōu)于上貝氏體，有時(shí)甚至優(yōu)于回火馬氏體。上貝氏體上貝氏體下貝氏體下貝氏體7 7）魏氏組織）

56、魏氏組織n亞共析鋼因?yàn)檫^熱而形成的粗晶奧氏體，在一定的過冷條件下，除了在原來奧氏體晶粒邊界上析出塊狀FeFe外，還有從晶界向晶粒內(nèi)部生長(zhǎng)的片狀Fe Fe 。這種片狀FeFe與原來的奧氏體有著一定的結(jié)晶位向關(guān)系。這些在晶粒中出現(xiàn)的互成一定角度或彼此平行的片狀，即為通常所稱的亞共析鋼的魏氏組織。n過熱的亞共析鋼在較快的冷卻速度下容易產(chǎn)生魏氏組織。魏氏組織嚴(yán)重時(shí)會(huì)使鋼的沖擊韌性、斷面收縮率下降，使鋼變脆。可采用完全退火使之消除。45#鋼熱處理時(shí)加熱溫度過高鋼熱處理時(shí)加熱溫度過高F先共析先共析+F針狀針狀+P焊縫中的魏氏組織焊縫中的魏氏組織薛振林 陸志春1.2.51.2.5承壓類特種設(shè)備常用熱處理工藝

57、承壓類特種設(shè)備常用熱處理工藝n退火退火n1 1）定義：）定義：n將鋼試件將鋼試件加熱到適當(dāng)?shù)臏囟燃訜岬竭m當(dāng)?shù)臏囟?，保溫一定的時(shí)間后緩慢冷卻保溫一定的時(shí)間后緩慢冷卻（隨爐冷卻），以獲得接近平衡狀態(tài)組織的熱處理工藝，稱（隨爐冷卻），以獲得接近平衡狀態(tài)組織的熱處理工藝，稱為退火。根據(jù)材料化學(xué)成分和熱處理的目的的不同，退火又為退火。根據(jù)材料化學(xué)成分和熱處理的目的的不同，退火又可分為可分為完全退火、不完全退火、消除應(yīng)力退火、等溫退火、完全退火、不完全退火、消除應(yīng)力退火、等溫退火、球化退火球化退火等。等。n2 2）目的：）目的：細(xì)化組織，消除應(yīng)力，降低硬度，改善切削加工細(xì)化組織，消除應(yīng)力，降低硬度，改善切

58、削加工性能性能。主要用于各種亞共析鋼中的碳鋼和合金鋼的鑄、鍛件，。主要用于各種亞共析鋼中的碳鋼和合金鋼的鑄、鍛件，有時(shí)也用于焊接結(jié)構(gòu)件。有時(shí)也用于焊接結(jié)構(gòu)件。薛振林 陸志春退火退火n3 3）工藝）工藝n完全退火完全退火又稱重結(jié)晶退火，其方法是將工件加熱到又稱重結(jié)晶退火，其方法是將工件加熱到Ac3Ac3以上以上30305050，保，保溫后在溫后在爐內(nèi)緩慢冷卻爐內(nèi)緩慢冷卻。n不完全退火不完全退火（球化退火）是將工件加熱到（球化退火）是將工件加熱到Ac1Ac1以上以上30305050，保溫后，保溫后緩慢緩慢冷卻冷卻的方法，主要用于過共析鋼。其主要：降低硬度，改善切削加工性的方法，主要用于過共析鋼。其

59、主要：降低硬度，改善切削加工性能，消除內(nèi)應(yīng)力。能，消除內(nèi)應(yīng)力。 應(yīng)用于低合金鋼、中高碳鋼的鍛件和軋制件。應(yīng)用于低合金鋼、中高碳鋼的鍛件和軋制件。n消除應(yīng)力消除應(yīng)力( (消氫消氫) )退火退火是將工件加熱到是將工件加熱到Ac1Ac1以下以下100100200200，保溫后，保溫后緩慢冷緩慢冷卻卻使工件產(chǎn)生塑性變形或蠕變變形帶來的使工件產(chǎn)生塑性變形或蠕變變形帶來的應(yīng)力松弛應(yīng)力松弛的方法。目的：消除的方法。目的：消除焊接、冷變形加工、鑄造、鍛造等加工方法所產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力。焊接、冷變形加工、鑄造、鍛造等加工方法所產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力。薛振林 陸志春各種退火工藝加熱溫度各種退火工藝加熱溫度Ac3Ac1薛振林 陸志

60、春正火：正火：n1 1）定義：）定義：n將工件加熱到將工件加熱到Ac3Ac3或或AcmAcm以上以上30305050，保持一定時(shí)間后在，保持一定時(shí)間后在空氣中冷卻空氣中冷卻的的熱處理工藝。熱處理工藝。n2 2）目的：）目的：n細(xì)化晶粒，均勻組織，降低內(nèi)應(yīng)力細(xì)化晶粒，均勻組織，降低內(nèi)應(yīng)力。由于正火的冷卻速度較快，過冷度。由于正火的冷卻速度較快，過冷度較大，易使組織中珠光體量增多，且珠光體片層厚度減小，所以正火后較大，易使組織中珠光體量增多，且珠光體片層厚度減小，所以正火后的鋼強(qiáng)度、硬度、韌性都比退火的鋼高。的鋼強(qiáng)度、硬度、韌性都比退火的鋼高。n許多鍋爐壓力容器用的鋼板都是以正火狀態(tài)供貨的。許多鍋