電廠金屬材料(第三版)

1、電廠金屬材料電廠金屬材料知識點既分散又連貫，第一章基礎(chǔ)知識是基礎(chǔ)；與金屬材料“失效分析”關(guān)系密切；預(yù)習(xí)、復(fù)習(xí)；多動手實踐（實驗課程、金工實習(xí)）；多看參考書(包括利用網(wǎng)上資料)；其它（上課、作業(yè)、答疑）。2022-5-81電廠金屬材料第一章 金屬材料的基礎(chǔ)知識2022-5-82電廠金屬材料第一節(jié) 金屬材料的性能 金屬材料適應(yīng)冷熱加工的能力，稱為加工工藝性能，簡稱工工藝性能。藝性能。工藝性能好的材料易于承受加工，生產(chǎn)成本低；工藝性能差的材科在承受加工時工藝復(fù)雜、困難，不易達到頂期的效果，加工成本也高。一、金屬材料的工藝性能 (一)鑄造性能 金屬材料的生產(chǎn)，多數(shù)是通過冶煉、鑄造而得到的，如各種機械設(shè)

2、備的底座，汽輪機、發(fā)電機的機殼、閥門、磨煤機的耐磨件等。液體金同澆注成型的能力，稱為金屬的鑄液體金同澆注成型的能力，稱為金屬的鑄造性能。造性能。它包括流動性、收縮率和偏析傾向等。2022-5-83電廠金屬材料 流動性流動性是指金屬對鑄型填充的能力。金屬的流動性好，可以澆注成外觀整齊、薄而形狀復(fù)雜的零部件。在常見的金屬材料中，鑄鐵的流動性優(yōu)于鋼，青銅的流動性比黃銅好，可以容易地制造各種零件。收縮率收縮率是指鑄件冷凝過程中體積的減少率，稱為體積收縮率。金屬自液態(tài)凝結(jié)成固態(tài)時體積都要減少，使鑄件形成縮孔和疏松，即形成集中或分散的孔洞，嚴重影響金屬零件的質(zhì)量。鑄件冷凝時，由于種種原因會造成化學(xué)成分的不

3、均勻，叫做偏析偏析。偏析使整體沖擊韌性降低，質(zhì)量變壞?？s孔、疏松和偏析等鑄造缺陷都是不允許產(chǎn)生的，在生產(chǎn)過程中應(yīng)予以消除。2022-5-84電廠金屬材料（二）鍛造性能 重要零件的毛坯往往要經(jīng)過鍛造工序，如汽輪機、發(fā)電機的主軸，輪轂，葉片，大型水泵和磨煤機的主軸、齒輪等。材料承受鍛壓成型的能力，稱為可鍛性可鍛性。 金屬的鍛造性能可用金屬的塑性和變形抗力塑性和變形抗力(強度強度)來衡量。金屬承受鍛壓時變形程度大而不產(chǎn)生裂紋，其鍛造性能就好。 金屬的鍛造性能取決于材料的成分、組織及加工條件。通常低碳鋼具有較好的可鍛性，低碳鋼的可鍛性最好。隨著含碳量的增加，鋼的可鍛性降低。合金鋼的可鍛性略遜于碳鋼。一

4、般情況下，合金鋼中合金元素含量越多，其可鍛性越差。鑄鐵則不能承受鍛造加工。2022-5-85電廠金屬材料金屬的冷熱彎曲性能也取決于材料的塑性和強度。材料承受彎曲而不出現(xiàn)裂紋的能力，稱為彎曲性能彎曲性能。一般用彎曲角度彎曲角度或彎心直徑或彎心直徑與材料厚度的比值來衡量彎曲性能。電廠鍋爐管道彎頭和輸粉管道彎頭是經(jīng)過冷熱彎曲成型的。(三)焊接性能 金屬材料采用一定的焊接工藝、焊接材料及結(jié)構(gòu)形式，優(yōu)質(zhì)焊接接頭的能力，稱為金屬的焊接性。在電廠中有大量金屬結(jié)構(gòu)件是用焊接方法連接的，如鍋爐管道、支架、蒸汽導(dǎo)管、管道、風(fēng)管、汽包、聯(lián)箱等。2022-5-86電廠金屬材料 金屬的焊接性能金屬的焊接性能主要取決于材

5、料的化學(xué)成分，也取決于所采用的焊接方法、焊接材料(焊條、焊絲、焊藥)、工藝參數(shù)、結(jié)構(gòu)形式等。 衡量一種材料的焊接性，需要做焊接性試驗。 影響鋼的焊接性能的主要因素影響鋼的焊接性能的主要因素是鋼的含碳量含碳量，隨著含碳雖的增加，焊后產(chǎn)生裂紋的傾向增大。鋼中其它合金元素的影響相應(yīng)小些。將合金元素對焊接性的影響都折合成碳的影響，即為碳當(dāng)量。其計算公式為：2022-5-87電廠金屬材料）（%15CuNi5VMoCr6MnCCe式中：C，Mn，Cr，Mo，V，Ni，Cu為鋼中該元素的百分含量。 當(dāng) Ce0.6%時，焊接性很差，焊接時需采用較高預(yù)熱溫度和較嚴格的工藝措施。(四)切削性能金屬材料承受切削加工

6、的難易程度，稱為切削性能切削性能。 金屬的切削性能與材料及切削條件有關(guān)，如純鐵很容易切削，但難以獲得較高的光潔度；不銹鋼可在普通車床上加工，但在自動車床上，卻難以斷屑，屬于難加工材料。通常，材料硬度低時切削性能較好，但是對于碳鋼來說，硬度如果太低時，容易出現(xiàn)“粘刀粘刀”現(xiàn)象，光潔度也較差。一般情況下金屬承受切削加工時的硬度在HB170一230之間為宜。2022-5-88電廠金屬材料二、金屬材料的力學(xué)性能 力學(xué)性能力學(xué)性能是指金屬材料在外力作用下，所表現(xiàn)出來的抵抗變形和破壞的能力以及接受變形的能力。（一）強度和塑性強度強度是衡量材料在外力作用下抵抗塑性變形或斷裂的能力。塑性塑性是衡量材料在外力作

7、用下接受變形的能力。拉伸試驗是測定強度和塑性的最普遍方法拉伸試驗是測定強度和塑性的最普遍方法，該試驗依據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)（目前通用的標(biāo)準(zhǔn)為GB/T 2282002）進行，將材料制作成標(biāo)準(zhǔn)試樣或比例試樣，在萬能實驗機上沿試樣軸向緩慢地施加拉力，試樣隨拉力的增加而變形，直至斷裂。測得材料的彈性極限、屈服極限、強度極限及塑性等主要力學(xué)性能指標(biāo)。2022-5-89電廠金屬材料1拉伸試樣拉伸試樣2022-5-810電廠金屬材料2拉伸曲線拉伸曲線表示試樣拉伸過程中力和變形關(guān)系，可用應(yīng)力延伸率曲線表示，縱坐標(biāo)為應(yīng)力R，R=F/S0，橫坐標(biāo)為延伸率，L/L0。拉伸曲線的形狀與材料有關(guān)，由圖可見，在載荷小的oa階段，試

8、樣在載荷F的作用下均勻伸長，伸長量與載荷的增加成正比。如果此時卸除載荷，試樣立即回復(fù)原狀，即試樣產(chǎn)生的變形為彈性變彈性變形形。當(dāng)載荷超過b點以后，試樣會進一步產(chǎn)生變形，此時若卸除載荷，試樣的彈性變形消失，而另一部分變形則保留下來，這種不能恢復(fù)的變形稱為塑性變形塑性變形。2022-5-811電廠金屬材料 強度是材料抵抗塑性變形或斷裂的能力強度是材料抵抗塑性變形或斷裂的能力。通過拉伸試驗所測得的常用的強度指標(biāo)有屈服強度和抗拉強度。屈服強度是材料產(chǎn)生屈服時對應(yīng)的應(yīng)力值屈服強度是材料產(chǎn)生屈服時對應(yīng)的應(yīng)力值。用符號Re表示，單位是N/mm2或MPa，大小為載荷與試樣原始橫截面積的比值，即： 式中： Fs

9、材料屈服時的載荷（N）； S0試樣原始橫截面積（mm2）。3.強度強度)N/mm(20SFRse2022-5-812電廠金屬材料 屈服強度可分為上屈服強度和下屈服強度屈服強度可分為上屈服強度和下屈服強度，上屈服強度是指試樣發(fā)生屈服而外力首次下降前的最高應(yīng)力，用符號ReH表示；下屈服強度是指試樣屈服期間，不計初始瞬時的最低應(yīng)力值，用符號ReL表示。一般機械零件和工程構(gòu)件都不允許在使用中產(chǎn)生塑性變形，否則會因失效而發(fā)生事故，所以ReL屈服強度是機械設(shè)計和工程設(shè)計中的重要依據(jù)。抗拉強度抗拉強度是材料在拉斷前所承受的最大應(yīng)力值。用符號Rm表示，單位是N/mm2或MPa，其大小為材料最大載荷與試樣原始橫

10、截面積的比值表示，即： )N/mm(20bmSFR 式中： Fb材料屈服時的載荷（N）； S0試樣原始橫截面積（mm2）。2022-5-813電廠金屬材料%10000uLLLA4塑性塑性金屬材料的塑性指金屬材料產(chǎn)生塑性變形而不破壞的能力金屬材料的塑性指金屬材料產(chǎn)生塑性變形而不破壞的能力。拉伸試驗所測得的塑性指標(biāo)有斷后伸長率斷后伸長率和斷面收縮率。斷后伸長率，又稱延伸率，標(biāo)準(zhǔn)試樣的斷后伸長率用A表示，指試樣被拉斷后，其標(biāo)距部分所增加的長度與原標(biāo)距比值的百分率。即：式中： Lu試樣被拉斷后標(biāo)距的長度。 L0試樣原始標(biāo)距。對于比例試樣，A應(yīng)附下腳注說明所使用的比例系數(shù)，例如A11.3表示原始標(biāo)距的斷

11、后伸長率。對于非比例試樣，符號A應(yīng)附以下腳標(biāo)注說明所使用的原始標(biāo)距，以mm表示，例如，A80mm表示原始標(biāo)距L0為80mm的斷后伸長率。斷面收縮率指試樣拉斷后截面積的收縮量與原截面積之比的百斷面收縮率指試樣拉斷后截面積的收縮量與原截面積之比的百分率分率，叫金屬材料的斷面收縮率，用符號Z表示。2022-5-814電廠金屬材料（二）硬度（二）硬度金屬材料的硬度通常是指材料表面抵抗更硬物體壓入時所引起局部塑性變形的能力。常見的硬度指標(biāo)有布氏硬度（布氏硬度（HB）、洛氏硬度）、洛氏硬度(HR)、維氏硬度、維氏硬度(HV)和里氏硬和里氏硬度度(HL)等。 1布氏硬度（HB）2022-5-815電廠金屬材

12、料壓頭的材質(zhì)有淬火鋼球或硬質(zhì)合金兩種，當(dāng)壓頭材質(zhì)為淬火鋼球時，布氏硬度用HBS表示，適用于測量布氏硬度450的材料；當(dāng)壓頭材質(zhì)為硬質(zhì)合金時，布氏硬度用HBW表示，適用于測量布氏硬度在450650范圍內(nèi)的材料。布氏硬度值的表示方法為布氏硬度值的表示方法為：硬度值+硬度符號+球體直徑/+載荷/+載荷保持時間（1015秒不標(biāo)注）。例如，180HBS10/1000/30,表示直徑10mm的鋼球在1000kgf作用下，保持30秒測得的布氏硬度值為120。)kgf/mm(SFHB2)dDD(DS222022-5-816電廠金屬材料2洛氏硬度洛氏硬度(HR)用一定載荷將壓頭壓入材料表面，根據(jù)壓痕深度表示硬度

13、值。根據(jù)壓頭和載荷的不同，洛氏硬度分HRA，HRB和HRC，試驗規(guī)范見表3-1 。2022-5-817電廠金屬材料符號壓頭類型總載荷（kgf）適用范圍HRC120金剛石圓錐150一般淬火鋼等硬度較大材料HRB1.588mm鋼球100退火鋼和有色金屬等軟材料HRA120金剛石圓錐60硬而薄的硬質(zhì)合金或表面淬火鋼試驗規(guī)范試驗規(guī)范2022-5-818電廠金屬材料3維氏硬度（維氏硬度（HV）維氏硬度是用一定的載荷將錐面夾角為136的正四棱錐金剛石壓頭壓入試樣表面，保持一定時間后卸除載荷，試樣表面就留下壓痕，測量壓痕對角線的長度，計算壓痕表面積，載荷F除以壓痕面積S所得值即為維氏硬度。維氏硬度用符號HV

14、表示，計算公式如下： )(kgf/mmdF1.8544SFHV222022-5-819電廠金屬材料圖1-5 維氏硬度試驗示意圖維氏硬度也可按對角線的d值從表中查出，d值為兩對角線的算術(shù)平均值。維氏硬度的結(jié)果表示方法為：硬度值+HV+試驗載荷+載荷保持時間（1015秒不標(biāo)注）。例如，640HV3020表示在試驗力30kgf作用下保持載荷20秒測定的維氏硬度值為640。2022-5-820電廠金屬材料4里氏硬度（里氏硬度（HL） 里氏硬度用規(guī)定質(zhì)量的沖擊體在彈力作用下以一定的速度沖擊試樣表面，用沖頭在距試樣表面1mm處的回彈速度與沖擊速度的比值計算硬度值。計算公式如下： 式中：vR沖擊體回彈速度；

15、 vA沖擊體沖擊速度。根據(jù)沖擊體質(zhì)量和沖擊能量的不同，里氏硬度分里氏硬度分HLD，HLDC，HLG和和HLC。表示方法為：硬度值硬度值+沖擊裝置類型沖擊裝置類型，例如700HLD表示用D型沖擊裝置測定的里氏硬度值為700。ARvv1000HL 2022-5-821電廠金屬材料各種硬度試驗因其試驗條件的不同而不能直接換算不能直接換算，需要查閱專門的表格進行換算比較。硬度是材料的重要性能之一，一般情況下，材料的硬度高，其耐磨性能也較好。材料的硬度與強度之間也有一定的關(guān)系，例如，對于未淬硬鋼，布氏硬度與抗拉強度間存在如下的近似換算關(guān)系： Rm0.362HBS （當(dāng)HBS175） Rm0.345HBS

16、 （當(dāng)HBS175）布氏硬度、洛氏硬度、維氏硬度和里氏硬度各有優(yōu)缺點：布氏硬度由于壓痕面積較大，能反映較大范圍內(nèi)的平均硬度，所以測量結(jié)果具有較高的精度和穩(wěn)定性。但操作費時，對試樣表面有一定破壞。洛氏硬度操作簡單，可以直接讀出硬度值，且壓痕小，不傷工件。缺點是所測硬度值的離散性較大。維氏硬度的載荷小、壓痕淺，廣維氏硬度的載荷小、壓痕淺，廣泛用于測定薄工件表面硬化層。里氏硬度操作簡單，便攜性好，廣泛用于測定薄工件表面硬化層。里氏硬度操作簡單，便攜性好，廣泛用于現(xiàn)場硬度測量。泛用于現(xiàn)場硬度測量。2022-5-822電廠金屬材料（三）沖擊韌性（三）沖擊韌性（k） 沖擊韌性沖擊韌性是衡量材料抵抗沖擊載荷

17、能力大小的指標(biāo)，是衡量材料抵抗沖擊載荷能力大小的指標(biāo)，常用沖擊實驗測定。沖擊韌性是試樣缺口處截面上單常用沖擊實驗測定。沖擊韌性是試樣缺口處截面上單位面積所消耗的沖擊功。沖擊韌性用位面積所消耗的沖擊功。沖擊韌性用k表示，計算表示，計算公式如下：公式如下： 式中：式中： k試樣沖斷時所消耗的沖擊功（試樣沖斷時所消耗的沖擊功（J）；）； S試樣缺口處截面積（試樣缺口處截面積（cm2）。）。）（2kkcmJ/ SA 2022-5-823電廠金屬材料影響沖擊韌性值大小的因素影響沖擊韌性值大小的因素有材料的化學(xué)成份、冶金質(zhì)量、組織狀態(tài)、表面質(zhì)量和內(nèi)部缺陷等。另外，金屬材料的沖擊韌性隨溫度的降低而下降。金屬

18、材料的強度、塑性、硬度、韌性四者中真正獨立的是強度和塑性，硬度與強度有極為密切的關(guān)系，韌性是受強度和塑性的綜合影響；因此，在鑒別金屬材料的力學(xué)性能時，常常是以強度和塑性強度和塑性為主要指標(biāo)。 2022-5-824電廠金屬材料（四）疲勞強度（四）疲勞強度金屬材料在遠低于其屈服極限的交變應(yīng)力長期作用下發(fā)生的斷裂現(xiàn)象，稱為金屬的疲勞。1疲勞失效的特點疲勞失效的斷口有明顯的特征，一般由兩個明顯的部分組成，見圖1-8所示。圖中A為疲勞源；D區(qū)為疲勞裂紋發(fā)展區(qū)；G區(qū)為瞬時斷裂區(qū)。疲勞裂紋發(fā)展區(qū)的特征表面較光滑，另外，裂紋向前擴展時，表面形成類似年輪的貝殼紋。瞬時脆性破斷區(qū)特征是斷口較粗糙。葉片疲勞斷口的宏

19、觀形貌如圖1-10所示。汽輪機的軸和葉片等零部件的損壞，多以金屬疲勞損壞的方式失效。2022-5-825電廠金屬材料圖1-10 材料疲勞斷口宏觀形貌2022-5-826電廠金屬材料2疲勞失效的測定疲勞失效的測定金屬材料可經(jīng)無限次應(yīng)力循環(huán)而不破壞的最大應(yīng)力值稱為材料的疲勞極限（強度）疲勞極限（強度）。它反映材料抗疲勞斷裂的能力在一定條件下，當(dāng)應(yīng)力的最大值低于某一定值時，材料可能經(jīng)受無限次循環(huán)仍然不會發(fā)生疲勞斷裂。這個最大應(yīng)力值，就叫金屬材料的疲勞強度。當(dāng)交變應(yīng)力循環(huán)對稱時，疲勞強度用符號-1表示。通常規(guī)定，鋼經(jīng)過107次應(yīng)力循環(huán)仍不破壞，就認為它可以經(jīng)受無限次循環(huán)，此時的最大應(yīng)力值就定為其疲勞極

20、限；有色金屬則規(guī)定應(yīng)力循環(huán)數(shù)為108次或更多次才能確定其疲勞強度。2022-5-827電廠金屬材料3影響金屬材料疲勞強度的因素影響金屬材料疲勞強度的因素材料本身的強度、塑性、組織和材質(zhì)等影響材料的疲勞強度，另外，疲勞強度還與零部件的幾何形狀、加工光潔度和工作環(huán)境等有關(guān)。由于疲勞失效的微裂紋絕大多數(shù)是先從表面產(chǎn)生和發(fā)展的，因而采用表面強化的處理，可以提高疲勞強度。2022-5-828電廠金屬材料 nRRT e RTeR（五）斷裂韌性（五）斷裂韌性1. 關(guān)于斷裂力學(xué)關(guān)于斷裂力學(xué)在工程上選擇金屬材料的傳統(tǒng)方法，是根據(jù)零部件的工作條件，對塑性和韌性提出一定的要求，并根據(jù)該材料的屈服程度Rel或抗拉強度

21、Rm來計算許用應(yīng)力值： 式中許用應(yīng)力，即該材料的最大工作應(yīng)力；工作溫度T時材料的屈服強度；n安全系數(shù)。 2022-5-829電廠金屬材料裂紋在外力作用下擴展的形式可分為三類裂紋在外力作用下擴展的形式可分為三類，如圖1-12所示。這三種類型的脆性破壞，以張開型又稱為I型的擴展斷裂較為常見，且在外力作用下也較為危險，故近期大量研究的是I型這種裂紋的擴展及破壞。2022-5-830電廠金屬材料2.斷裂韌性的評定斷裂韌性的評定金屬材料的斷裂韌性是材料固有的性能，也是通過一定的實驗方法測定出來的。由于驗的方法不同，裂紋在外力作用下失穩(wěn)擴展、脆性斷裂的形式也不同，目前常用的斷裂韌性計算公式為：）（231C

22、mMNKYac2022-5-831電廠金屬材料cac1aYc1脆斷應(yīng)力也和裂紋形狀及加力方式有關(guān)，即：構(gòu)件中的裂紋越長（a越大），則裂紋前端應(yīng)力集中越大，使裂紋擴展的外加應(yīng)力，即脆斷應(yīng)力 越小，即：當(dāng)a和Y已知時，可根據(jù)一定的實驗方法測出脆斷應(yīng)力 代入上式，即可計算出k1C值顯然，材料的k1C值越高，則材料阻止裂紋擴展的能力越強。因此，k1C是材料抵抗裂紋失穩(wěn)擴展能力的指標(biāo)，是材料抵抗低應(yīng)力脆斷的韌性參數(shù)。斷裂韌性在電廠金屬材料中有相當(dāng)重要的作用。由于電廠的大型、重要構(gòu)件，如鍋爐汽包，氣輪機轉(zhuǎn)子、主軸、葉片等，是在高溫及復(fù)雜的應(yīng)力狀態(tài)下運行的，對于這些在特殊狀態(tài)下工作的金屬材料斷裂韌性的研究，

23、就顯的更加必要。2022-5-832電廠金屬材料一、金屬鍵與晶體結(jié)構(gòu)一、金屬鍵與晶體結(jié)構(gòu)金屬原子的結(jié)構(gòu)特點金屬原子的結(jié)構(gòu)特點是：價電子數(shù)目較少（13個），電子層數(shù)較多，原子核對價電子的引力較弱，價電子極易脫離原子核形成自由電子，金屬原子成為正離子，如圖1-13所示。自由電子在正離子之間做高速運動，形成帶負電的電子氣。金金屬原子間這種正離子與自由電屬原子間這種正離子與自由電子的電性引力結(jié)合，稱為金屬子的電性引力結(jié)合，稱為金屬鍵。鍵。第二節(jié)第二節(jié) 金屬的晶體結(jié)構(gòu)與結(jié)晶金屬的晶體結(jié)構(gòu)與結(jié)晶2022-5-833電廠金屬材料 金屬鍵與非金屬原子間的結(jié)合鍵（離子鍵和共價鍵）不同。金屬鍵與非金屬原子間的結(jié)合

24、鍵（離子鍵和共價鍵）不同。金屬離子間的鍵合力很大，且由大量原子結(jié)合成整體金屬，金屬離子間的鍵合力很大，且由大量原子結(jié)合成整體金屬，故金屬的強度高：故金屬的強度高：自由電子在電場力作用下作定向運動，使金屬具有導(dǎo)電性；自由電子在電場力作用下作定向運動，使金屬具有導(dǎo)電性；金屬離子周圍的鍵是等價的、對稱的，因而金屬原子在空間金屬離子周圍的鍵是等價的、對稱的，因而金屬原子在空間的位置必須有規(guī)則地排列且勢能最低，即呈晶體結(jié)構(gòu)。的位置必須有規(guī)則地排列且勢能最低，即呈晶體結(jié)構(gòu)。金屬離子在平衡位置上作高速振動，溫度越高，振幅越大。金屬離子在平衡位置上作高速振動，溫度越高，振幅越大。金屬的這種結(jié)構(gòu)決定了其具有優(yōu)良

25、的導(dǎo)熱性。金屬的這種結(jié)構(gòu)決定了其具有優(yōu)良的導(dǎo)熱性。2022-5-834電廠金屬材料 取晶格中一個最基本的幾何單元來表明原子排列的規(guī)律性，這個最小的幾何單元，稱為“晶胞晶胞”。顯然，金屬的結(jié)構(gòu)是由大量晶胞在空間堆垛形成。晶胞各邊的長度a，b，c稱為“晶格常數(shù)”，其大小是以為單位來度量。 金屬材料通常都是晶體，為了便于分析晶體中原子的排列規(guī)律，通常用假想的線條將各原子中心連接起來，使之構(gòu)成一個空間格架，這種三維的空間格架，稱作“晶格晶格”.2022-5-835電廠金屬材料常見的晶體結(jié)構(gòu)有三種，即體心立方晶格、面心立方晶格和密排六方晶格。即體心立方晶格、面心立方晶格和密排六方晶格。2022-5-83

26、6電廠金屬材料（一）體心立方晶格（一）體心立方晶格（二）面心立方晶格（二）面心立方晶格（三）密排六方晶格（三）密排六方晶格2022-5-837電廠金屬材料二、晶面、晶向與晶格致密度二、晶面、晶向與晶格致密度 為了研究方便，可以把金屬原子看成球形，并且人為規(guī)定與鄰近的原子是相切的，并將球的半徑規(guī)定為原子半徑。圖1-18是體心立方晶格中的原子半徑與晶格常數(shù)的關(guān)系圖。2022-5-838電廠金屬材料三、單晶體與多晶體三、單晶體與多晶體如果依晶格中晶胞的長、寬、高取坐標(biāo)系X、Y、Z，將坐標(biāo)原點選在一個頂角原子上，晶格就有了方位和方向，稱為位向。在單晶體中晶格的位向是一致的。金屬的單晶體很小，約在10-

27、1-10-3cm數(shù)量級。金屬總是以多晶體的形式存在金屬總是以多晶體的形式存在，所以往往看不到金屬的單晶體，金屬單晶體的各向異性也被抵消了。圖1-21為多晶體示意圖。在自然界中，常?？梢钥吹绞雏}，方解石的單晶體。2022-5-839電廠金屬材料 2022-5-840電廠金屬材料四、晶體的缺陷四、晶體的缺陷金屬晶體的缺陷依照其幾何形狀，分為點缺陷、線缺陷和面缺陷。金屬晶體的缺陷依照其幾何形狀，分為點缺陷、線缺陷和面缺陷。（一）點缺陷（一）點缺陷 點缺陷點缺陷是指晶格中三維尺寸都較小的點狀缺陷，主要包括晶格空位、間隙原子和異質(zhì)原子。 圖1-23為空位和間隙原子空位和間隙原子，空位指晶格中某些結(jié)點處沒

28、有原子，而間隙原子指晶格間隙中出現(xiàn)多余原子。產(chǎn)生空位和間隙原子的主要晶格間隙中。空位、間隙原子和異質(zhì)原子缺陷均會引起晶格局部變形，即晶格畸變原因是由于原子熱運動使其逃離晶體結(jié)點位置或轉(zhuǎn)移到晶格間隙中。 圖1-24為異質(zhì)原子異質(zhì)原子，一般是其他金屬或非金屬原子置換原晶格中原子或存在原。晶格畸變引起能量升高，使金屬的強度、硬度和電阻升高。2022-5-841電廠金屬材料2022-5-842電廠金屬材料（二）線缺陷（二）線缺陷線缺陷又稱位錯線缺陷又稱位錯，是指晶體中一列或若干列原子發(fā)生有規(guī)律的錯排現(xiàn)象。位錯有兩種類型，最簡單的是刃形位錯.位錯的存在對金屬的性能有很大影響，隨著位錯數(shù)目的增加，金屬強度

29、先降低后增加，所以金屬晶體中不含位錯或含有大量位錯均能使強度提高。2022-5-843電廠金屬材料（三）面缺陷（三）面缺陷面缺陷面缺陷是晶體中二維尺寸較大，一維尺寸較小的呈面狀分布的缺陷，如晶界、亞晶界等。在多晶體中相臨晶粒的位向不同，在交界的地方原子排列不可能很規(guī)則，于是產(chǎn)生一層“過渡層”。相鄰晶粒的位向差如果小于15度，稱作“小角度晶界”，可以看作由許多縱向排列的同號刃型位錯組成；當(dāng)位向差大于15度時，稱作大角度晶界，隨著位向差的增加，晶界的厚度也增加。在實際金屬中多數(shù)晶界是大角度晶界。在晶界上原子的無規(guī)則排列，使得晶界的性能與晶內(nèi)差別很大：晶界原子比晶內(nèi)原子易于發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，因而容易被腐

30、蝕；晶界原子近于液態(tài)結(jié)構(gòu)，致使晶界熔點低于晶內(nèi)；異類原子和雜質(zhì)在晶界上存在時能量低，所以晶界是雜質(zhì)原子易于聚集的地方；由于晶界處原子排列無規(guī)則，金屬的塑性變形（滑移）受到阻礙，致使晶界的強度比晶內(nèi)高。因此，金屬晶粒的大小對金屬的性能有很大影響。2022-5-844電廠金屬材料五、純金屬的結(jié)晶五、純金屬的結(jié)晶 金屬材料自液態(tài)凝固的過程稱為結(jié)晶。金屬材料自液態(tài)凝固的過程稱為結(jié)晶。（一）結(jié)晶的條件（一）結(jié)晶的條件純金屬在結(jié)晶時都有一固定的轉(zhuǎn)變溫度，稱為熔點熔點，或平衡結(jié)晶溫度。金屬的溫度高于熔點時，金屬應(yīng)以液體狀態(tài)存在；低于熔點時，金屬則以固體狀態(tài)存在。在 平衡結(jié)晶溫度時，液體與固體同時存在，這時液

31、體的結(jié)晶速度與固體的熔化速度相同，是動態(tài)平衡狀態(tài)。液態(tài)金屬冷卻到镕點時是不能結(jié)晶成晶體的，只有冷到低于熔點的溫度時，即有一定的“過冷度”時才能結(jié)晶。過冷度按下式計算： ttRt 式中 ：t過冷度 tR理論熔點 t實際結(jié)晶溫度2022-5-845電廠金屬材料 金屬的實際結(jié)晶溫度可以用熱分析法熱分析法測得。冷卻曲線有一水平線段，說明金屬在結(jié)晶過程中溫度是恒定的這是由于金屬在由液態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)楣虘B(tài)時，要放出“結(jié)晶浴熱結(jié)晶浴熱”。這種潛熱的釋放恰恰補償了金屬向周圍散逸的熱量，而使結(jié)晶過程處于恒溫狀態(tài)。當(dāng)結(jié)晶過程結(jié)束時，即液態(tài)金屬都已轉(zhuǎn)變?yōu)榫w后，金屬的溫度又隨著散熱而降低，直至室溫。曲線上水平線段的長度代表

32、結(jié)晶過程的時間。2022-5-846電廠金屬材料（二）結(jié)晶的過程（二）結(jié)晶的過程金屬的結(jié)晶過程一般包括兩個過程，即形核過程和晶核長大形核過程和晶核長大過程。形核過程是當(dāng)溫度降到結(jié)晶溫度時，熔液中開始出現(xiàn)時聚時散的類似晶體結(jié)構(gòu)的小集團，當(dāng)小集團達到一定臨界值時，逐漸穩(wěn)定，這種最初形成的小晶體被稱為晶核。熔液中晶核數(shù)目的多少與過冷度、熔液中含高熔點雜質(zhì)數(shù)目等因素有關(guān)，把單位時間內(nèi)單位體積中所產(chǎn)生晶核數(shù)用形核速率（簡稱形核率）來表示。2022-5-847電廠金屬材料長大過程是晶核逐漸長大的過程，晶核的長大過程具有方向性，一般沿過冷度大的方向生長，這種生長方式類似樹枝的生長，被稱為樹枝狀長大樹枝狀長大

33、，直到液相消耗完畢。晶核長大的速率稱為長大率，用單位時間內(nèi)晶體表面向前推進的線速度表示。2022-5-848電廠金屬材料（三）影響晶粒大小的因素（三）影響晶粒大小的因素 金屬晶粒的大小是影響金屬性能的重要因素金屬晶粒的大小是影響金屬性能的重要因素。 晶粒大小與常溫力學(xué)性能的關(guān)系晶粒大小與常溫力學(xué)性能的關(guān)系為：晶粒越細小，金屬的強度、塑性、韌性越高。反之晶粒越粗大，金屬的力學(xué)性能越差。 制備細晶粒材料的措施一般為在結(jié)晶過程提高形核率和抑制長大率。形核率和長大率的影響因素主要有以下三個方面：2022-5-849電廠金屬材料1過冷度影響形核率N和長大率G與過冷度t關(guān)系，一般隨著過冷度的增加，形核率和

34、長大率先增加后下降。3金屬流動與振動在金屬結(jié)晶時如果增加液體流速或給以機械振動、超聲波振動，都將達到增加形核率或抑制長大率的效果。2難熔雜質(zhì)的影響高熔點雜質(zhì)的加入對細化晶粒的作用也非常明顯，由于液態(tài)金屬結(jié)晶時可以附著在未全部熔解的高熔點雜質(zhì)的顆粒表面，所以加入高熔點雜質(zhì)能提高形核率。2022-5-850電廠金屬材料四、固態(tài)金屬的同素異晶轉(zhuǎn)變四、固態(tài)金屬的同素異晶轉(zhuǎn)變 多數(shù)金屬結(jié)晶后晶格類型保持不變，但有些金屬如鐵、錳、多數(shù)金屬結(jié)晶后晶格類型保持不變，但有些金屬如鐵、錳、鈷、鈦、錫等在固態(tài)下晶格類型會隨溫度的變化而發(fā)生改變，鈷、鈦、錫等在固態(tài)下晶格類型會隨溫度的變化而發(fā)生改變，由一種晶格向另一種

35、晶格轉(zhuǎn)變，金屬在固態(tài)下發(fā)生晶格變化由一種晶格向另一種晶格轉(zhuǎn)變，金屬在固態(tài)下發(fā)生晶格變化的過程稱為同素異晶轉(zhuǎn)變。的過程稱為同素異晶轉(zhuǎn)變。2022-5-851電廠金屬材料純鐵的同素異晶轉(zhuǎn)純鐵的同素異晶轉(zhuǎn)變在實際生產(chǎn)中有變在實際生產(chǎn)中有重要意義，正是由重要意義，正是由于純鐵能夠發(fā)生同于純鐵能夠發(fā)生同素異晶轉(zhuǎn)變，生產(chǎn)素異晶轉(zhuǎn)變，生產(chǎn)中才有可能用熱處中才有可能用熱處理的方法來改變鋼理的方法來改變鋼的組織和性能。的組織和性能。2022-5-852電廠金屬材料第三節(jié)第三節(jié) 金屬的塑性變形與再結(jié)晶金屬的塑性變形與再結(jié)晶一、單晶體的塑性變形一、單晶體的塑性變形晶體塑性變形的主要形式是晶體塑性變形的主要形式是滑移

36、和孿生滑移和孿生。（一）滑移（一）滑移 如果對單晶體鋅做拉伸試驗，但單晶鋅被拉長后，發(fā)現(xiàn)鋅的表如果對單晶體鋅做拉伸試驗，但單晶鋅被拉長后，發(fā)現(xiàn)鋅的表面出現(xiàn)傾斜的近乎平行的細線，稱為滑移線。在鋅晶體的內(nèi)部，面出現(xiàn)傾斜的近乎平行的細線，稱為滑移線。在鋅晶體的內(nèi)部，發(fā)生了一部分晶體相對于另一部分晶體的相對滑動，即滑移。發(fā)生了一部分晶體相對于另一部分晶體的相對滑動，即滑移。 對滑移后的晶體進行對滑移后的晶體進行x射線分析表明，晶體發(fā)生相對浴動后仍射線分析表明，晶體發(fā)生相對浴動后仍然是完整的晶體，且晶格位向不變，滑動的距離是晶格常數(shù)的然是完整的晶體，且晶格位向不變，滑動的距離是晶格常數(shù)的整數(shù)倍。整數(shù)倍。

37、這種由整個晶體沿著一個滑移的平面發(fā)生的整體滑動，這種由整個晶體沿著一個滑移的平面發(fā)生的整體滑動，稱為稱為“剛性滑移剛性滑移”。發(fā)生滑移的晶面，叫做滑移面。發(fā)生滑移的晶面，叫做滑移面。2022-5-853電廠金屬材料 1滑移的受力分析滑移的受力分析作用在滑移面上的拉力作用在滑移面上的拉力P可以分解為垂直滑移面的正應(yīng)力分量可以分解為垂直滑移面的正應(yīng)力分量，和平行沿移面，和平行沿移面的切應(yīng)力分量的切應(yīng)力分量。由圖中分析可知，。由圖中分析可知，作用在滑移面上的正應(yīng)力，只能引起晶格的彈性伸長，即彈性交形，應(yīng)力取消時，彈性使變形恢復(fù)原狀。只有在很大很大(超過原子間的結(jié)合力)時，才能將晶體拉斷。晶體在切應(yīng)力

38、作用下，發(fā)生剪切彈性變形。這時，如果取消外力，晶體則恢復(fù)原狀。但當(dāng)切應(yīng)力分量大到一定值時，品格發(fā)生剛性滑移。能使晶體滑移的最小分切應(yīng)力，稱為“臨界切應(yīng)力臨界切應(yīng)力”。從金屬晶體受力分析可知，作用在滑移面上的正應(yīng)力分量遠遠沒有達到晶體結(jié)合力時，切應(yīng)力分量已經(jīng)達到臨界切應(yīng)力值。因此，金屬受力后總是先發(fā)生塑性交形，在大量塑性變形后才發(fā)生斷裂現(xiàn)象。2022-5-854電廠金屬材料晶體在產(chǎn)生滑移變形時，不是沿著任何晶面都能滑移的，只有在原子最密排的晶面上才能發(fā)生滑移。晶體中原子排列最密的品面，稱為密排面密排面。這些密排面往往就是滑移變形的滑移面，如圖134所示。2022-5-855電廠金屬材料當(dāng)晶體沿著

39、密徘面滑移時，滑移的方向一定是沿著面內(nèi)最密排的方向。這是因當(dāng)晶體沿著密徘面滑移時，滑移的方向一定是沿著面內(nèi)最密排的方向。這是因為密排方向上原子之間的距離小，滑動一個原子間距所需的能量小的緣故。為密排方向上原子之間的距離小，滑動一個原子間距所需的能量小的緣故。一個密排面及面上一個密排的晶向，組成一個可能滑移的通道，稱為滑移系。一個密排面及面上一個密排的晶向，組成一個可能滑移的通道，稱為滑移系。晶體中滑移系越多，其塑性越好。面心立方晶格與體心立方晶格金屬的滑移系比密排六方晶格金屬的滑移系多，因此密排六方晶格的金屬鎂、鋅等塑性較差。面心立方晶格與體心立方晶格的滑移系雖然形同，但滑移方向?qū)λ苄缘呢暙I更

40、大些，因此具有面心立方晶格的銅、鋁、鎳等比具有體心立方晶格的鉻、鉬、鎢、釩等塑性好。2滑移的機理滑移的機理 金屬晶體如果按照上述剛性滑移的機理發(fā)生滑移變形，即部分晶體發(fā)生金屬晶體如果按照上述剛性滑移的機理發(fā)生滑移變形，即部分晶體發(fā)生整體滑動時，所需的切應(yīng)力比實際晶體滑移時所需的臨界切應(yīng)力大二至三整體滑動時，所需的切應(yīng)力比實際晶體滑移時所需的臨界切應(yīng)力大二至三個數(shù)量組。如鐵在剛性滑移時所需切應(yīng)力為個數(shù)量組。如鐵在剛性滑移時所需切應(yīng)力為2300MPa，而實際測得的臨，而實際測得的臨界切應(yīng)力為界切應(yīng)力為29MPa；銅在剛性滑移時所需切應(yīng)力為；銅在剛性滑移時所需切應(yīng)力為1540MPa，而實際測，而實際

41、測得的臨界切應(yīng)力為得的臨界切應(yīng)力為1MPa。這說明實際晶體滑移時，并不是剛性滑移。這說明實際晶體滑移時，并不是剛性滑移。實驗證明，滑移變形的真正機理是由位錯的移動來完成的。實驗證明，滑移變形的真正機理是由位錯的移動來完成的。2022-5-856電廠金屬材料其微觀過程，是由位錯的移動來完成的。金屬中存在著大量位錯，位錯沿著滑移面其微觀過程，是由位錯的移動來完成的。金屬中存在著大量位錯，位錯沿著滑移面運動，在宏觀上引起金屬的塑性變形。運動，在宏觀上引起金屬的塑性變形。2022-5-857電廠金屬材料金屬的健合力是很高的，即其本質(zhì)強度很高，但在外力作用下，金屬中所存在的大量金屬的健合力是很高的，即其

42、本質(zhì)強度很高，但在外力作用下，金屬中所存在的大量位所在切應(yīng)力很小時即可運動，導(dǎo)致滑移變形。金屬經(jīng)一定量的塑性變形后，內(nèi)部缺位所在切應(yīng)力很小時即可運動，導(dǎo)致滑移變形。金屬經(jīng)一定量的塑性變形后，內(nèi)部缺陷增加，以致斷裂。因此，陷增加，以致斷裂。因此，金屬中位錯的數(shù)量、分布對金屬的性能影響很大金屬中位錯的數(shù)量、分布對金屬的性能影響很大。假如金。假如金屬中沒有位錯，金屬的塑性變形只有依剛性滑移來進行，金屬的強度就很高。隨著位屬中沒有位錯，金屬的塑性變形只有依剛性滑移來進行，金屬的強度就很高。隨著位錯數(shù)量的增加，金屬的強度下降，但當(dāng)位錯數(shù)量增至很大時，位錯線之間發(fā)生的交互錯數(shù)量的增加，金屬的強度下降，但當(dāng)

43、位錯數(shù)量增至很大時，位錯線之間發(fā)生的交互作用，反而阻礙位錯的移動，金屬強度又有上升的趨勢。金屬強度與位錯密度的關(guān)系作用，反而阻礙位錯的移動，金屬強度又有上升的趨勢。金屬強度與位錯密度的關(guān)系如圖如圖l37所示。所示。 2022-5-858電廠金屬材料（二）孿生（二）孿生孿生是晶體的另一種塑性變形方式孿生是晶體的另一種塑性變形方式。在切應(yīng)力作用下，晶體的一部分沿一定的晶面在切應(yīng)力作用下，晶體的一部分沿一定的晶面（孿晶面）和晶向（攣晶方向）相對于另一部分所發(fā)生的切變稱為孿生。（孿晶面）和晶向（攣晶方向）相對于另一部分所發(fā)生的切變稱為孿生。 與滑移變形與滑移變形相比，孿生變形很少發(fā)生。因為孿生所需要的

44、剪切應(yīng)力很大，孿生變形往往只在低溫相比，孿生變形很少發(fā)生。因為孿生所需要的剪切應(yīng)力很大，孿生變形往往只在低溫的體心六方晶格金屬中發(fā)生，或在滑核系很少的密排六方晶格金屬中發(fā)生，或受到?jīng)_的體心六方晶格金屬中發(fā)生，或在滑核系很少的密排六方晶格金屬中發(fā)生，或受到?jīng)_擊變形的金屬中發(fā)生。擊變形的金屬中發(fā)生。二、多晶體的塑性變形二、多晶體的塑性變形 多晶體塑性變形時，每個晶粒的塑性變形與單晶體塑性變形基本相同，但由多晶體塑性變形時，每個晶粒的塑性變形與單晶體塑性變形基本相同，但由于晶界的作用及相鄰晶粒之間位向不同，多晶體的塑性變形與單晶體相比又于晶界的作用及相鄰晶粒之間位向不同，多晶體的塑性變形與單晶體相比

45、又有所不同。有所不同。實際使用的金屬材料幾乎都是多晶體。實際使用的金屬材料幾乎都是多晶體。2022-5-859電廠金屬材料（一）晶界的影響（一）晶界的影響晶界是相鄰兩個晶粒的邊界，晶界上的原子排列是無規(guī)則的，金屬中的雜質(zhì)原于往往存在其間，這對于位錯的運動形成很大阻力。用只有兩個晶粒的試樣進行拉伸試驗，變形后試樣出現(xiàn)了所謂“竹節(jié)現(xiàn)象竹節(jié)現(xiàn)象”，如圖139所示。這說明晶界附近晶體的塑變抗力很大。由此可以推斷，多晶體金屬的晶粒越細?。▎挝惑w積內(nèi)晶粒數(shù)越多）時，該晶體的塑變抗力越大，即強度越高。2022-5-860電廠金屬材料（二）位向差的作用外力的切應(yīng)力分量在外力呈45角度時最大。因此，晶體中與外力

46、方向接近45的滑移系最容易發(fā)生滑移，而接近0與90時，切應(yīng)力分量最小，晶體不易發(fā)生滑移。由于多晶體金屬中相鄰晶粒位向不同，當(dāng)一個晶粒的位向接近45發(fā)生滑移時，必然受到相鄰晶粒的牽制作用，相鄰晶粒間的位向差越大時，牽制作用越大，從而增加了塑變抗力，使強度提高。金屬的晶粒越細時，其強度越高。細晶粒的金屬不僅強度高，塑性也好，這是應(yīng)為多晶體在應(yīng)力作用下，塑性變形分散在更多的晶粒之中，晶粒越細時，多晶體各處的塑性變形越均勻。相反，多晶體的晶粒很措大時，某些大晶粒的位向不利于滑移變形，則在較大的體積內(nèi)牽制塑性變形，使塑性交形不均勻。在實際生產(chǎn)中，希望金屬零件的晶粒越細越好。在電力設(shè)備中，有些重要零件的晶

47、粒度，被限定在一定級別之在實際生產(chǎn)中，希望金屬零件的晶粒越細越好。在電力設(shè)備中，有些重要零件的晶粒度，被限定在一定級別之內(nèi)，尤其是承受沖擊的構(gòu)件，如碎煤機的錘頭和錘扦，細晶粒金屬的強度高、塑性好，則沖擊韌性也高，能夠承內(nèi)，尤其是承受沖擊的構(gòu)件，如碎煤機的錘頭和錘扦，細晶粒金屬的強度高、塑性好，則沖擊韌性也高，能夠承受反復(fù)的沖擊而不易產(chǎn)生疲勞損壞。受反復(fù)的沖擊而不易產(chǎn)生疲勞損壞。2022-5-861電廠金屬材料三、冷塑性變形對金屬組織和性能影響三、冷塑性變形對金屬組織和性能影響金屬材料在外力作用下產(chǎn)生塑性變形，其內(nèi)部的組織和力學(xué)性能、物理、化學(xué)性能也發(fā)生一金屬材料在外力作用下產(chǎn)生塑性變形，其內(nèi)部

48、的組織和力學(xué)性能、物理、化學(xué)性能也發(fā)生一系列的變化，主要的變化是加工硬化，同時在金屬內(nèi)部產(chǎn)生形變內(nèi)應(yīng)力。系列的變化，主要的變化是加工硬化，同時在金屬內(nèi)部產(chǎn)生形變內(nèi)應(yīng)力。 在電力工業(yè)中，碎煤機錘頭、磨煤機襯板、斗輪機斗齒、冷卷彈簧等都是利用加工硬化進一步提高強度的。在電力工業(yè)中，碎煤機錘頭、磨煤機襯板、斗輪機斗齒、冷卷彈簧等都是利用加工硬化進一步提高強度的。(一一)加工硬化加工硬化金屬在受外力作用屈服后，如繼續(xù)變形則需要增加應(yīng)金屬在受外力作用屈服后，如繼續(xù)變形則需要增加應(yīng)力，即隨著塑性變形的增加金屬不斷強化、硬化，直力，即隨著塑性變形的增加金屬不斷強化、硬化，直至達到強度極限。至達到強度極限。

49、低碳鋼的加工硬化現(xiàn)象見圖低碳鋼的加工硬化現(xiàn)象見圖141所示，出現(xiàn)了加工硬化后強度可提高所示，出現(xiàn)了加工硬化后強度可提高80以上。建筑以上。建筑用鋼筋須先經(jīng)過冷拔強化。但加工硬化會使金屬的電用鋼筋須先經(jīng)過冷拔強化。但加工硬化會使金屬的電阻增加，耐腐蝕性下降，特別是金屬的塑性韌性下阻增加，耐腐蝕性下降，特別是金屬的塑性韌性下降，甚至趨于零。降，甚至趨于零。金屬的顯微組織：會發(fā)現(xiàn)金屬的晶粒逐漸被拉長，甚金屬的顯微組織：會發(fā)現(xiàn)金屬的晶粒逐漸被拉長，甚至?xí)兂杉殫l狀、纖維狀，這說明晶粒發(fā)生碎化，亞至?xí)兂杉殫l狀、纖維狀，這說明晶粒發(fā)生碎化，亞晶的數(shù)量增加。晶界和亞晶界數(shù)量的增加，使位錯運晶的數(shù)量增加。晶

50、界和亞晶界數(shù)量的增加，使位錯運動受阻，形變抗力加大，導(dǎo)致強度和硬度增加，動受阻，形變抗力加大，導(dǎo)致強度和硬度增加，性能：隨著塑性變形量的增加，位錯密度增加，使運性能：隨著塑性變形量的增加，位錯密度增加，使運動中的位錯發(fā)生復(fù)雜的交互作用，位錯線相互纏結(jié)、動中的位錯發(fā)生復(fù)雜的交互作用，位錯線相互纏結(jié)、堆積，阻礙了位錯的運動，也會使強度、硬度提高，堆積，阻礙了位錯的運動，也會使強度、硬度提高，塑性、韌性下降。塑性、韌性下降。2022-5-862電廠金屬材料(二二)形變內(nèi)應(yīng)力形變內(nèi)應(yīng)力金屬經(jīng)塑性變形后，由于多晶體的變形不均勻，有的晶粒須以彈性變形協(xié)調(diào)整體的變形，金屬經(jīng)塑性變形后，由于多晶體的變形不均勻

51、，有的晶粒須以彈性變形協(xié)調(diào)整體的變形，又由于塑性變形產(chǎn)生了大量的缺陷，因此，外力所做的功有一小部分以彈性能的形式殘存又由于塑性變形產(chǎn)生了大量的缺陷，因此，外力所做的功有一小部分以彈性能的形式殘存于晶體中，稱為形變內(nèi)應(yīng)力。于晶體中，稱為形變內(nèi)應(yīng)力。形變內(nèi)應(yīng)力按照其存在的范圍不同，可分為三種：形變內(nèi)應(yīng)力按照其存在的范圍不同，可分為三種：第一類內(nèi)應(yīng)力，亦稱為宏觀內(nèi)應(yīng)力。第一類內(nèi)應(yīng)力，亦稱為宏觀內(nèi)應(yīng)力。第二類內(nèi)應(yīng)力，亦稱為顯微應(yīng)力。第二類內(nèi)應(yīng)力，亦稱為顯微應(yīng)力。 第三類內(nèi)應(yīng)力，亦稱為晶格畸變應(yīng)力。第三類內(nèi)應(yīng)力，亦稱為晶格畸變應(yīng)力。2022-5-863電廠金屬材料四、回復(fù)與再結(jié)晶四、回復(fù)與再結(jié)晶 形變后

52、的金屬加熱時，將發(fā)生一系列的組織和性能的變化，變化的主要形變后的金屬加熱時，將發(fā)生一系列的組織和性能的變化，變化的主要形式是回復(fù)與再結(jié)晶。形式是回復(fù)與再結(jié)晶。(一一)回復(fù)回復(fù) 經(jīng)過塑性變形的金屬在加熱溫度較低時，金屬組織基本不變，硬化現(xiàn)象仍經(jīng)過塑性變形的金屬在加熱溫度較低時，金屬組織基本不變，硬化現(xiàn)象仍然保留，但內(nèi)應(yīng)力大大消除，這種現(xiàn)象稱為回復(fù)。然保留，但內(nèi)應(yīng)力大大消除，這種現(xiàn)象稱為回復(fù)。2022-5-864電廠金屬材料（二）再結(jié)晶（二）再結(jié)晶塑性變形后的金屬在較低溫度下加熱時，雖經(jīng)回復(fù)使內(nèi)應(yīng)力大部分消除，但顯微組織塑性變形后的金屬在較低溫度下加熱時，雖經(jīng)回復(fù)使內(nèi)應(yīng)力大部分消除，但顯微組織和結(jié)

53、構(gòu)沒有明顯的改變，形變儲存能未能完全釋放，金屬組織仍處于不穩(wěn)定狀態(tài)。如和結(jié)構(gòu)沒有明顯的改變，形變儲存能未能完全釋放，金屬組織仍處于不穩(wěn)定狀態(tài)。如繼續(xù)提高加熱溫度，使金屬原子的擴散能力增加，這種高能不穩(wěn)定狀態(tài)將消除，晶粒繼續(xù)提高加熱溫度，使金屬原子的擴散能力增加，這種高能不穩(wěn)定狀態(tài)將消除，晶粒拉長和碎化趨于消失，金屬的組織、性能完全恢復(fù)到變形前的狀態(tài)。拉長和碎化趨于消失，金屬的組織、性能完全恢復(fù)到變形前的狀態(tài)。這種變化實質(zhì)上這種變化實質(zhì)上是一個重新形核、長大的過程，稱為再結(jié)晶。是一個重新形核、長大的過程，稱為再結(jié)晶。 再結(jié)晶后的金屬組織與形變前的退火再結(jié)晶后的金屬組織與形變前的退火組織相同，加工

54、硬化現(xiàn)象完全消失，位錯密度也降至變形前的狀態(tài)，如圖組織相同，加工硬化現(xiàn)象完全消失，位錯密度也降至變形前的狀態(tài)，如圖l43所示。所示。2022-5-865電廠金屬材料 (三三)再結(jié)品溫度與晶粒長大再結(jié)品溫度與晶粒長大再結(jié)晶過程不是相變。再結(jié)晶過程不是相變。 再結(jié)晶溫度主要取決于金屬的預(yù)變形程度。沒有產(chǎn)生塑性變形的金屬加熱時再結(jié)晶溫度主要取決于金屬的預(yù)變形程度。沒有產(chǎn)生塑性變形的金屬加熱時不會出現(xiàn)再結(jié)晶的現(xiàn)象。金屬的預(yù)變形度越大，其形變儲存能越多，加熱時再不會出現(xiàn)再結(jié)晶的現(xiàn)象。金屬的預(yù)變形度越大，其形變儲存能越多，加熱時再結(jié)晶的傾向越大，所需的再結(jié)晶溫度越低。當(dāng)形變量大到一定程度后，再結(jié)晶結(jié)晶的傾

55、向越大，所需的再結(jié)晶溫度越低。當(dāng)形變量大到一定程度后，再結(jié)晶溫度趨于某一固定值，這一溫度值稱作溫度趨于某一固定值，這一溫度值稱作Ta，即最低再結(jié)晶溫度。，即最低再結(jié)晶溫度。金屬的最低再結(jié)晶溫度與金屬的熔點有關(guān)，高熔點的金屬金屬的最低再結(jié)晶溫度與金屬的熔點有關(guān)，高熔點的金屬Ta較高，反之則低。較高，反之則低。與金屬熔點與金屬熔點Tr的關(guān)系約為：的關(guān)系約為： Ta0.350.4Tr2022-5-866電廠金屬材料加熱溫度過高，保溫時間過長，都能使已形成的細晶粒組織繼續(xù)長大，而成為粗大晶粒的組織，加熱溫度過高，保溫時間過長，都能使已形成的細晶粒組織繼續(xù)長大，而成為粗大晶粒的組織，使金屬的性能變壞，這

56、是應(yīng)該力求避免的。使金屬的性能變壞，這是應(yīng)該力求避免的?；貜?fù)、再結(jié)晶和晶粒長大過程中，隨加熱溫度的增加，組織和性能變化如圖回復(fù)、再結(jié)晶和晶粒長大過程中，隨加熱溫度的增加，組織和性能變化如圖145所示。所示。再結(jié)晶退火在工業(yè)生產(chǎn)中適于冷拔、冷拉的金屬材料。往往在冷拔或冷拉后，安排一道或數(shù)道再結(jié)晶退火在工業(yè)生產(chǎn)中適于冷拔、冷拉的金屬材料。往往在冷拔或冷拉后，安排一道或數(shù)道再結(jié)晶退火工藝，使變形后的金屬恢復(fù)到變形前，再繼續(xù)變形，如冷拔無縫鋼管，冷拉鋼絲、再結(jié)晶退火工藝，使變形后的金屬恢復(fù)到變形前，再繼續(xù)變形，如冷拔無縫鋼管，冷拉鋼絲、銅絲等。銅絲等。2022-5-867電廠金屬材料五、熱加工與冷加工

57、的區(qū)別五、熱加工與冷加工的區(qū)別許多重要工件在機加工前，往往許多重要工件在機加工前，往往安排一道鍛造工序，如汽輪機的主安排一道鍛造工序，如汽輪機的主袖、葉輪葉片，發(fā)電機風(fēng)機、水袖、葉輪葉片，發(fā)電機風(fēng)機、水泵的主軸、齒輪等。泵的主軸、齒輪等。 用金屬學(xué)的觀點來看，凡在金屬的再結(jié)晶溫度以下的加工變形稱作冷加工，而用金屬學(xué)的觀點來看，凡在金屬的再結(jié)晶溫度以下的加工變形稱作冷加工，而在再在再結(jié)晶溫度以上的加工變形稱為熱加工結(jié)晶溫度以上的加工變形稱為熱加工。金屬熱加工的塑性變形量大，不會出現(xiàn)加工硬化，可以很快加工成型。在熱加工中，金屬熱加工的塑性變形量大，不會出現(xiàn)加工硬化，可以很快加工成型。在熱加工中，金

58、屬的某些缺陷金屬的某些缺陷(如氣孔、裂紋等如氣孔、裂紋等)可以在高溫下焊合，因而熱加工后金屬的組織細可以在高溫下焊合，因而熱加工后金屬的組織細密質(zhì)量好。密質(zhì)量好。2022-5-868電廠金屬材料 二、二元合金相圖二、二元合金相圖合金的性能是由合金的成分、組織決定的，研究合金成分、組織、性能合金的性能是由合金的成分、組織決定的，研究合金成分、組織、性能之間關(guān)系最重要的工具是合金相圖。之間關(guān)系最重要的工具是合金相圖。相圖的概念相圖的概念 合金相圖又稱平衡圖或平衡狀態(tài)圖。合金相圖又稱平衡圖或平衡狀態(tài)圖。它以合金成分為橫坐標(biāo)，以溫度為它以合金成分為橫坐標(biāo)，以溫度為縱坐標(biāo)，表示同一合金系在平衡狀態(tài)下不同

59、成分的合金在不同溫度下由縱坐標(biāo)，表示同一合金系在平衡狀態(tài)下不同成分的合金在不同溫度下由哪些相組成，以及相間平衡關(guān)系的圖形。平衡是指熱力學(xué)平衡，即一定哪些相組成，以及相間平衡關(guān)系的圖形。平衡是指熱力學(xué)平衡，即一定成分的合金在一定溫度下各相的量不再發(fā)生變化，處于動態(tài)平衡狀態(tài)。成分的合金在一定溫度下各相的量不再發(fā)生變化，處于動態(tài)平衡狀態(tài)。處在動態(tài)平衡狀態(tài)下的相稱為平衡相。處在動態(tài)平衡狀態(tài)下的相稱為平衡相。2022-5-869電廠金屬材料1.相圖的表示相圖的表示純金屬的相圖可以用表示溫度的縱坐標(biāo)及其上幾個臨界點表示。純金屬的相圖可以用表示溫度的縱坐標(biāo)及其上幾個臨界點表示。圖圖151為工業(yè)純鐵的冷卻曲線

60、及相圖。圖中左邊是工業(yè)純鐵的冷卻曲線，為工業(yè)純鐵的冷卻曲線及相圖。圖中左邊是工業(yè)純鐵的冷卻曲線，二元合金的組織組成的相不僅與溫度有關(guān)，且與合金的成分有關(guān)。二元合金的組織組成的相不僅與溫度有關(guān)，且與合金的成分有關(guān)。如用一如用一核坐標(biāo)表示合金的成分，用縱坐標(biāo)表示溫度，即可將不同成分的合金在不核坐標(biāo)表示合金的成分，用縱坐標(biāo)表示溫度，即可將不同成分的合金在不同溫度下的平衡相及相間的平衡關(guān)系表示出來。同溫度下的平衡相及相間的平衡關(guān)系表示出來。圖圖152為銅為銅鎳合金相圖，鎳合金相圖，CuNi橫坐標(biāo)表示從橫坐標(biāo)表示從0Ni至至100Ni的合金的合金系的所有成分。這樣二維坐標(biāo)平面上任一點系的所有成分。這樣二