電站鍋爐材料和焊接知識(shí)演示文稿

電站鍋爐材料和焊接知識(shí)演示文稿當(dāng)前第1頁(yè)\共有45頁(yè)\編于星期三\6點(diǎn)優(yōu)選電站鍋爐材料和焊接知識(shí)當(dāng)前第2頁(yè)\共有45頁(yè)\編于星期三\6點(diǎn)電站鍋爐材料和焊接知識(shí)－金屬材料一、金屬學(xué)及熱處理基本知識(shí)?金屬學(xué)基本概念金屬學(xué)就是研究金屬和合金的性能與它們內(nèi)部結(jié)構(gòu)之間的關(guān)系，以及影響金屬與合金組織和性能的因素的一門(mén)科學(xué)。?鐵的幾種基本固態(tài)相

α鐵、β鐵、γ鐵、δ鐵。?在鋼中晶界的重要特性晶界比晶粒容易被腐蝕；晶界的熔點(diǎn)比晶粒低；當(dāng)金屬內(nèi)部發(fā)生相變時(shí)，晶界是優(yōu)先成核的部位；原子在晶界上擴(kuò)散比晶粒內(nèi)快；晶界對(duì)晶粒的滑移變形起阻礙作用，晶界不易產(chǎn)生塑性變形；晶界處容易聚集與晶粒元素不同的其他雜質(zhì)元素的原子。當(dāng)前第3頁(yè)\共有45頁(yè)\編于星期三\6點(diǎn)?等強(qiáng)溫度Tθ

晶界強(qiáng)度和晶粒強(qiáng)度相等時(shí)的溫度稱(chēng)為等強(qiáng)溫度Tθ。?金屬材料的塑性變形及再結(jié)晶加工硬化：金屬在塑性變形后，金屬的強(qiáng)度和硬度會(huì)升高，塑性和韌性會(huì)降低，這種現(xiàn)象稱(chēng)為加工硬化（或冷作硬化）。再結(jié)晶過(guò)程：當(dāng)溫度升高時(shí)，變形金屬的冷變形組織（被拉長(zhǎng)的晶粒）逐漸回復(fù)到原來(lái)的晶粒形狀，金屬性能恢復(fù)到原來(lái)的性能的過(guò)程稱(chēng)為再結(jié)晶過(guò)程。?鋼中的幾種基本組織鐵素體：碳和其它合金元素在α鐵中的固溶體稱(chēng)為鐵素體。以F表示。滲碳體：滲碳體是鐵和碳的化合物，或以化合物為基體的固溶體，以Fe3C表示。電站鍋爐材料和焊接知識(shí)－金屬材料當(dāng)前第4頁(yè)\共有45頁(yè)\編于星期三\6點(diǎn)奧氏體：奧氏體是碳和其它元素在γ鐵（面心立方晶格）中的固溶體，以A表示。珠光體：珠光體是鐵素體和滲碳體以彼此相間片層狀排列的機(jī)械混合物，以P表示。索氏體：索氏體即是片層較細(xì)的珠光體，以S表示。屈氏體（或托氏體）：屈氏體（或托氏體）即是片層極細(xì)的珠光體，以T表示。貝氏體：貝氏體是鐵素體和滲碳體的機(jī)械混合物，按照組織形式和形成溫度不同，分為上貝氏體和下貝氏體。上貝氏體中鐵素體呈羽毛狀，羽毛之間分布有片裝和棒狀的滲碳體。下貝氏體為針狀的鐵素體上分布有大量的滲碳體。貝氏體中的鐵素體含有較多的（或過(guò)飽和的）碳，以B表示。馬氏體：碳在鐵素體中的過(guò)飽和固溶體，以M表示。

電站鍋爐材料和焊接知識(shí)－金屬材料當(dāng)前第5頁(yè)\共有45頁(yè)\編于星期三\6點(diǎn)萊氏體：萊氏體是一種機(jī)械混合物，在高溫時(shí)由奧氏體和滲碳體組成，在常溫時(shí)由奧氏體轉(zhuǎn)變得到的珠光體加滲碳體組成，以L表示。石墨：石墨是碳以六方柱狀形式的結(jié)晶狀態(tài)。石墨在鋼中的可以以三種形狀存在，即片狀（花瓣?duì)睿?、雪花狀、球狀。其中以片狀?duì)金屬的危害最大。?鐵碳平衡圖平衡圖也叫相圖或狀態(tài)圖，是表示合金體系在平衡狀態(tài)時(shí)各相區(qū)溫度和成分極限的圖解。一般最常用的平衡圖是二元系的平衡圖。二元系的平衡圖以縱坐標(biāo)表示溫度，橫坐標(biāo)表示合金的成分。知道了合金的成分和溫度，就可以在平衡圖上找到相應(yīng)的平衡狀態(tài)下的組織，并可用杠桿定律求出兩相區(qū)相的相對(duì)量。從平衡圖上也可以知道一定成分的合金在冷卻過(guò)程中相的變化。電站鍋爐材料和焊接知識(shí)－金屬材料當(dāng)前第6頁(yè)\共有45頁(yè)\編于星期三\6點(diǎn)鐵碳平衡圖是鐵和碳的二元系相圖。嚴(yán)格來(lái)說(shuō)，鐵碳平衡圖應(yīng)當(dāng)是鐵和石墨的平衡圖。而我們應(yīng)用最多的是含碳量6.67％以下的富鐵部分平衡圖，而且是鐵和化合物Fe3C的一種平衡圖。因此，雖然鐵碳平衡圖有Fe－C和Fe－Fe3C兩種，但實(shí)際上都把Fe－Fe3C系的平衡圖稱(chēng)為鐵碳平衡圖。包晶反應(yīng)：所謂包晶反應(yīng)即由一個(gè)固相和一個(gè)液相反應(yīng)成為一個(gè)固相的反應(yīng)。共晶反應(yīng)：所謂共晶反應(yīng)即由一個(gè)液相反應(yīng)成兩個(gè)固相的反應(yīng)。共析反應(yīng)：所謂共晶反應(yīng)即由一個(gè)固相反應(yīng)成兩個(gè)固相的反應(yīng)。杠桿定律：當(dāng)測(cè)定各相的相對(duì)量時(shí)，可先通過(guò)已知點(diǎn)做水平線，此水平線在該已知點(diǎn)和決定相成分的間的線段長(zhǎng)度與這些相的重量成反比。電站鍋爐材料和焊接知識(shí)－金屬材料當(dāng)前第7頁(yè)\共有45頁(yè)\編于星期三\6點(diǎn)?鋼的熱處理正火:即是將鋼加熱到Ac3以上30～50℃，在此溫度停留一段時(shí)間后，將鋼在靜止空氣中冷卻的一種操作。正火目的：①、細(xì)化晶粒，改善鋼的力學(xué)性能，并可作為某些鋼（如20G鍋爐管）的最終熱處理。②、改善組織，以改善切削加工性能，并為淬火做組織準(zhǔn)備。淬火：即是把鋼加熱到臨界點(diǎn)（Ac3或Ac1）以上某一溫度，并在此溫度停留一段時(shí)間后，迅速冷卻，以得到不穩(wěn)定狀態(tài)組織的一種操作。鋼在淬火后一般得到的是馬氏體組織，但對(duì)高合金奧氏體鋼則淬火后為奧氏體組織。奧氏體鋼淬火也被稱(chēng)為固溶處理或水韌處理。淬火目的：提高鋼的強(qiáng)度和硬度。電站鍋爐材料和焊接知識(shí)－金屬材料當(dāng)前第8頁(yè)\共有45頁(yè)\編于星期三\6點(diǎn)回火：即是將淬火后的鋼加熱到低于Ac1的溫度，在此溫度停留一段時(shí)間后冷卻的一種操作?；鼗鹉康模孩佟⒌玫捷^為穩(wěn)定的組織。②、減小或完全消除鋼淬火后存在于鋼中的應(yīng)力，降低淬火鋼的脆性，得到工件所需要的最后的性能。常見(jiàn)的回火類(lèi)型：①、低溫回火回火溫度為150～250℃。目的：消除工件中的部分內(nèi)應(yīng)力，稍稍提高韌性，但仍使工件保持著高的淬火硬度。適用范圍：高碳鋼和合金鋼制造的刀具、量具等。②、中溫回火回火溫度為350～480℃。電站鍋爐材料和焊接知識(shí)－金屬材料當(dāng)前第9頁(yè)\共有45頁(yè)\編于星期三\6點(diǎn)目的：使鋼具有較高的彈性和韌性。適用范圍：常用于彈簧和熱沖模。

③、高溫回火回火溫度為450～670℃（對(duì)碳鋼或低合金鋼）或更高溫度（對(duì)中、高合金鋼）。目的：完全消除內(nèi)應(yīng)力，回火后有足夠的強(qiáng)度和良好的韌性。適用范圍：廣泛用于電站主蒸汽管道焊口的焊后熱處理以及結(jié)構(gòu)鋼的最終熱處理。退火：鋼的退火可分為再結(jié)晶退火和退火兩種。再結(jié)晶退火：即是將冷加工后的工件加熱到Ac1以下溫度，使冷加工后的不穩(wěn)定的變形組織變?yōu)榉€(wěn)定的組織狀態(tài)。這種退火沒(méi)有相變發(fā)生。

電站鍋爐材料和焊接知識(shí)－金屬材料當(dāng)前第10頁(yè)\共有45頁(yè)\編于星期三\6點(diǎn)常見(jiàn)的退火類(lèi)型：

①、完全退火完全退火是將鋼加熱到Ac3以上，使鋼全部變成奧氏體的工藝。目的：細(xì)化晶粒，改善鋼的力學(xué)性能或?yàn)榇慊鹱鹘M織準(zhǔn)備；降低鋼的硬度以利于加工；消除內(nèi)應(yīng)力。適用范圍：亞共析鋼和共析鋼組織的碳鋼及合金鋼鑄件和鍛件。如汽輪機(jī)氣缸25鋼鑄件在鑄造后即采用完全退火。

②、不完全退火不完全退火與完全退火不同，其加熱溫度較低，為Ac1＋（20~30℃），在此溫度加熱保溫后緩慢冷卻。

電站鍋爐材料和焊接知識(shí)－金屬材料當(dāng)前第11頁(yè)\共有45頁(yè)\編于星期三\6點(diǎn)目的：降低鋼的硬度，改善切削性能，并為淬火作組織準(zhǔn)備。適用范圍：主要用于過(guò)共析鋼、合金工具鋼及軸承鋼。這些鋼均是含碳量較高的鋼，在不完全退火的加熱溫度下，其組織為奧氏體加二次滲碳體（對(duì)合金鋼為碳化物）。之所以不采用完全退火工藝的原因在于，如采用完全退火，鋼中所有含碳量均會(huì)溶于奧氏體中，導(dǎo)致奧氏體含碳量的含碳量提高，穩(wěn)定性加大。如要獲得均勻的退火組織，其冷卻速度必須很慢。這樣將大為延長(zhǎng)退火時(shí)間，對(duì)生產(chǎn)不利。另外，對(duì)這些剛采用不完全退火，可使二次滲碳體易于成為球狀，對(duì)降低鋼的硬度并為淬火組織準(zhǔn)備更為有利。電站鍋爐材料和焊接知識(shí)－金屬材料當(dāng)前第12頁(yè)\共有45頁(yè)\編于星期三\6點(diǎn)③、擴(kuò)散退火擴(kuò)散退火即是將鋼加熱到很高的溫度，通常為Ac3以上200℃左右，保溫較長(zhǎng)時(shí)間，然后緩慢冷卻。目的：使鋼的成分均勻。適用范圍：高合金鋼錠或鑄件。④、等溫退火等溫退火即是把鋼加熱到臨界點(diǎn)以上溫度，使其轉(zhuǎn)變?yōu)閵W氏體，并保溫一段時(shí)間使奧氏體均勻后，冷卻到預(yù)定溫度，并在該溫度下保溫一段時(shí)間，使奧氏體等溫分解成珠光體的熱處理工藝。等溫退火的加熱溫度與完全退火的加熱溫度一樣。二者不同之處在于冷卻方式。這種退火方式可以說(shuō)是完全退火的特殊形式。

電站鍋爐材料和焊接知識(shí)－金屬材料當(dāng)前第13頁(yè)\共有45頁(yè)\編于星期三\6點(diǎn)目的：組織均勻，硬度較低。適用范圍：合金鋼。⑤、球化退火球化退火即是將鋼按照完全退火的加熱速度加熱到Ac1＋（20~30℃），保溫后，再按照每小時(shí)20~50℃的速度降至該鋼Ar1以下一個(gè)溫度，并在這個(gè)溫度保溫較長(zhǎng)時(shí)間，最后隨爐冷致450~500℃左右出爐，再在空氣中冷卻的工藝。通過(guò)這種退火后，珠光體中的滲碳體及鋼中的二次滲碳體均為球狀，故稱(chēng)為球化退火。目的：降低硬度，以便于加工，并使鋼中的滲碳體變?yōu)榍驙?，以為淬火作好組織準(zhǔn)備。

電站鍋爐材料和焊接知識(shí)－金屬材料當(dāng)前第14頁(yè)\共有45頁(yè)\編于星期三\6點(diǎn)二、金屬在高溫長(zhǎng)期運(yùn)行過(guò)程中的變化

?金屬的蠕變金屬在高溫下，即使其所受的應(yīng)力低于金屬在該溫度的屈服點(diǎn)，在這樣的應(yīng)力長(zhǎng)期作用下，也會(huì)發(fā)生緩慢的但是連續(xù)的塑性變形，這樣的一種現(xiàn)象稱(chēng)為蠕變現(xiàn)象，所發(fā)生的變形稱(chēng)為蠕變變形（或蠕脹）。?金屬的蠕變曲線蠕變現(xiàn)象通常用畫(huà)在“變形－時(shí)間”坐標(biāo)上的曲線來(lái)表示，這種曲線稱(chēng)為蠕變曲線。盡管不同的金屬和合金在不同條件下所得到的蠕變曲線不盡相同，但它們都有一定的共同特征，把這些共同特征表示出來(lái)的蠕變曲線就叫做典型蠕變曲線。典型蠕變曲線見(jiàn)附圖，它描述在恒定溫度、恒定拉應(yīng)力下金屬的變形隨時(shí)間的變化規(guī)律。

電站鍋爐材料和焊接知識(shí)－金屬材料當(dāng)前第15頁(yè)\共有45頁(yè)\編于星期三\6點(diǎn)典型蠕變曲線分為以下四個(gè)部分：

⑴、瞬時(shí)伸長(zhǎng)0O’它是加上應(yīng)力的瞬間發(fā)生的。假如外加應(yīng)力超過(guò)金屬在試驗(yàn)溫度下的彈性極限，則這部分瞬時(shí)伸長(zhǎng)中既包括彈性變形，也包括塑性變形。⑵、蠕變第一階段（曲線O’A，即I），這一階段的蠕變是非穩(wěn)定的蠕變階段，它的特點(diǎn)是開(kāi)始蠕變速度較大，但隨著時(shí)間的推移，蠕變速度逐步減小，到A點(diǎn)，金屬的蠕變速度達(dá)到該應(yīng)力和溫度下的最小值并開(kāi)始過(guò)渡到蠕變的第二階段。由于這一階段蠕變有著減速的特點(diǎn)，因此也把蠕變第一階段稱(chēng)為蠕變的減速階段。⑶、蠕變的第二階段（曲線AB，即II），這一階段的蠕變是穩(wěn)定階段的蠕變，它的特點(diǎn)是蠕變以固定的但是對(duì)于該應(yīng)力和溫度下是最小的蠕變速度進(jìn)行，在蠕變曲線上表現(xiàn)為一具有一定傾斜角度的直線段。蠕變第二階段又稱(chēng)為蠕變的等速階段或恒速階段。電站鍋爐材料和焊接知識(shí)－金屬材料當(dāng)前第16頁(yè)\共有45頁(yè)\編于星期三\6點(diǎn)⑷、蠕變的第三階段（曲線BC，即III），當(dāng)蠕變進(jìn)行到B點(diǎn)，隨著時(shí)間的進(jìn)行，蠕變以迅速增大的速度進(jìn)行，這是一種失穩(wěn)狀態(tài)。直到C點(diǎn)發(fā)生斷裂。至此，整個(gè)蠕變過(guò)程結(jié)束。由于蠕變第三階段有蠕變不斷加速的特點(diǎn)，所以也被稱(chēng)為蠕變的加速階段。

一般認(rèn)為，在正常的使用條件下，高溫金屬部件的使用期限應(yīng)當(dāng)在蠕變第三階段發(fā)生以前。長(zhǎng)期以來(lái)，人們總是把蠕變第二階段終了時(shí)的蠕變變形量作為金屬在使用時(shí)的極限變形量。但考慮到蠕變第三階段的時(shí)間與總的時(shí)間相比，占的比例較大，因此，對(duì)于電站的某些高溫部件，例如主蒸汽管道，它們的允許變形量并不受外界條件的限制（與某些部件因機(jī)械結(jié)構(gòu)的公差的限制不允許變形量很大是有區(qū)別的），而是由金屬本身的變性能力所支配，對(duì)于這樣的高溫金屬部件，認(rèn)為它們只能使用到第二階段終了時(shí)的看法是值得商榷的。電站鍋爐材料和焊接知識(shí)－金屬材料當(dāng)前第17頁(yè)\共有45頁(yè)\編于星期三\6點(diǎn)?金屬的蠕變極限金屬的蠕變極限是這樣一個(gè)應(yīng)力，在這個(gè)應(yīng)力下，金屬在一定溫度下于規(guī)定時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生規(guī)定的總的塑性變形量；或者在這個(gè)應(yīng)力下，金屬在某一溫度下引起規(guī)定的蠕變速度。對(duì)于火力發(fā)電廠的高溫金屬部件，蠕變極限作以下具體規(guī)定：

⑴、在一定溫度下，能使鋼材產(chǎn)生1×10－7毫米/毫米?時(shí)（或1×10－5％/時(shí)）的第二階段蠕變速度的應(yīng)力，就稱(chēng)為該溫度下1×10－7（或1×10－5％）的蠕變極限。所用符號(hào)為б

t1×10－7（或б

t1×10－5）。

⑵、在一定溫度下，能使鋼材在105小時(shí)工作時(shí)間內(nèi)發(fā)生1％的總?cè)渥冏冃瘟康膽?yīng)力，就稱(chēng)為該溫度下的105小時(shí)變形1％的蠕變極限。所用符號(hào)為б

t1/105

電站鍋爐材料和焊接知識(shí)－金屬材料當(dāng)前第18頁(yè)\共有45頁(yè)\編于星期三\6點(diǎn)?金屬的持久強(qiáng)度金屬材料的持久強(qiáng)度和蠕變極限一樣，是評(píng)定在高溫和應(yīng)力下長(zhǎng)期使用的部件金屬材料的強(qiáng)度指標(biāo)。由于金屬持久強(qiáng)度試驗(yàn)一直要進(jìn)行到試樣的斷裂，所以它可以反映金屬材料在高溫長(zhǎng)時(shí)斷裂時(shí)的強(qiáng)度和塑性。金屬的持久強(qiáng)度是指在給定溫度下經(jīng)過(guò)一定時(shí)間破壞時(shí)所能承受的應(yīng)力。金屬的持久強(qiáng)度也稱(chēng)持久強(qiáng)度極限?；鹆Πl(fā)電廠高溫金屬部件所用材料的持久強(qiáng)度一般可表示為：在給定溫度下，經(jīng)105小時(shí)發(fā)生破壞（或斷裂）的應(yīng)力。其常用符號(hào)為б

t105

電站鍋爐材料和焊接知識(shí)－金屬材料當(dāng)前第19頁(yè)\共有45頁(yè)\編于星期三\6點(diǎn)?金屬的松弛金屬在高溫和應(yīng)力狀態(tài)下，如維持總變形不變，隨著時(shí)間的延長(zhǎng)，應(yīng)力逐漸降低的現(xiàn)象叫應(yīng)力松弛。松弛過(guò)程可以用一個(gè)數(shù)學(xué)表達(dá)式來(lái)表示，當(dāng)溫度為常數(shù)時(shí)：

ε0＝

εp＋

εe＝常數(shù)式中：ε0－松弛開(kāi)始時(shí)金屬所具有的開(kāi)始的總變形；

εp－塑性變形

εe－彈性變形松弛過(guò)程中，ε0＝常數(shù)，εp

≠常數(shù)，εe

≠常數(shù)。即由于總變形量不變，而其中的彈性變形轉(zhuǎn)變?yōu)樗苄宰冃?，因而零件中的?yīng)力隨時(shí)間而降低。因此，金屬的松弛過(guò)程就是金屬在高溫下彈性變形自動(dòng)轉(zhuǎn)變?yōu)樗苄宰冃蔚倪^(guò)程。

電站鍋爐材料和焊接知識(shí)－金屬材料當(dāng)前第20頁(yè)\共有45頁(yè)\編于星期三\6點(diǎn)?金屬在高溫長(zhǎng)期運(yùn)行過(guò)程中組織的變化無(wú)論奧氏體鋼或珠光體鋼，在高溫下長(zhǎng)期運(yùn)行，不但會(huì)發(fā)生蠕變、斷裂和應(yīng)力松弛等形變過(guò)程，而且還會(huì)發(fā)生一些組織和性能的變化。鍋爐、汽輪機(jī)高溫部件所用鋼材在高溫長(zhǎng)期運(yùn)行過(guò)程中發(fā)生的組織性能變化主要有：珠光體的球化和碳化物的聚集；石墨化（僅限于不含鉻的珠光體耐熱鋼）；時(shí)效和新相的形成（如不銹鋼中б相的形成等）；熱脆性；合金元素在固溶體中和碳化物相之間的重新分配。等等。電站鍋爐材料和焊接知識(shí)－金屬材料當(dāng)前第21頁(yè)\共有45頁(yè)\編于星期三\6點(diǎn)?珠光體的球化和碳化物的聚集這是所有珠光體耐熱鋼最常見(jiàn)的組織變化。珠光體球化是指鋼中原來(lái)的珠光體中的片層狀滲碳體（在合金鋼中稱(chēng)合金滲碳體或碳化物）在高溫下長(zhǎng)期運(yùn)行，逐步改變自己的形狀而成為球狀的現(xiàn)象。球化后的碳化物繼續(xù)增大自己的尺寸，使小直徑的球變成大直徑的球，這就是碳化物的聚集。?珠光體的球化對(duì)鋼的性能的影響一般來(lái)說(shuō)，珠光體球化對(duì)鋼的室溫力學(xué)性能和耐熱性均有一定程度的影響，對(duì)于不同的鋼，其影響程度不一。⑴、珠光體球化會(huì)使鋼的室溫強(qiáng)度極限和屈服點(diǎn)降低。⑵、珠光體球化會(huì)使鋼的蠕變極限和持久強(qiáng)度降低。電站鍋爐材料和焊接知識(shí)－金屬材料當(dāng)前第22頁(yè)\共有45頁(yè)\編于星期三\6點(diǎn)?石墨化石墨化就是鋼中的滲碳體分解成為游離碳并以石墨形式析出，在鋼中形成石墨夾層的現(xiàn)象。碳鋼和0.5％Mo鋼等不含鉻的珠光體耐熱鋼在高溫長(zhǎng)期運(yùn)行過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生石墨化的現(xiàn)象。?石墨化對(duì)鋼的性能的影響當(dāng)鋼中產(chǎn)生石墨化現(xiàn)象時(shí)，由于碳從滲碳體中析出成為石墨，鋼中滲碳體數(shù)量減少；另外，石墨在鋼中割裂基體，起裂紋作用，而石墨本身強(qiáng)度又極低，因此，石墨化對(duì)鋼的強(qiáng)度有所影響。另外，由于鋼的室溫沖擊性能也有一定的影響。

電站鍋爐材料和焊接知識(shí)－金屬材料當(dāng)前第23頁(yè)\共有45頁(yè)\編于星期三\6點(diǎn)?時(shí)效和新相的形成耐熱鋼或耐熱合金的時(shí)效過(guò)程是指它們?cè)陂L(zhǎng)期運(yùn)行過(guò)程中，隨著運(yùn)行時(shí)間的推移而從組織中過(guò)飽和固溶體內(nèi)析出一些強(qiáng)化相質(zhì)點(diǎn)而使金屬的性能隨時(shí)間發(fā)生變化的現(xiàn)象。當(dāng)耐熱鋼和耐熱合金中的固溶體由于熱處理時(shí)從高溫冷卻較快或別的原因，使固溶于其中的合金元素來(lái)不及析出時(shí)，就形成不穩(wěn)定的過(guò)飽和固溶體。在以后的運(yùn)行中就會(huì)發(fā)生時(shí)效。時(shí)效可分為三個(gè)階段。第一階段是時(shí)效過(guò)程在金屬晶格內(nèi)的準(zhǔn)備階段，它僅有一些物理性能如電阻等的變化，在此階段鋼和合金的強(qiáng)度和硬度幾乎不發(fā)生變化；第二階段在組織上析出了分散的強(qiáng)化相質(zhì)點(diǎn)，使鋼的強(qiáng)度、硬度和蠕變極限提高，并使塑性、韌性降低；在時(shí)效隨第三階段，是這些析出的分散相的聚集。由于這些細(xì)小的、分散的質(zhì)點(diǎn)聚集成大的質(zhì)點(diǎn)，因而強(qiáng)化作用消失，強(qiáng)度、硬度降低，同時(shí)，蠕變極限和持久強(qiáng)度也顯著降低。時(shí)效過(guò)程也就是新相形成的過(guò)程，因?yàn)槲龀龅姆稚⑾嘁簿褪窃诮饘僦行纬傻男孪唷?/p>

電站鍋爐材料和焊接知識(shí)－金屬材料當(dāng)前第24頁(yè)\共有45頁(yè)\編于星期三\6點(diǎn)?合金元素在固溶體和碳化物相之間的重新分配鋼在高溫長(zhǎng)期作用下，不但會(huì)發(fā)生珠光體球化、石墨化、時(shí)效等，鋼中合金元素還會(huì)發(fā)生在固溶體和碳化物相之間的重新分配過(guò)程。這一過(guò)程的發(fā)生是由于在高溫下合金元素原子活動(dòng)能力的增加而產(chǎn)生的轉(zhuǎn)移過(guò)程。目前，火力發(fā)電廠用的最多的是珠光體耐熱鋼和馬氏體耐熱鋼。在這些鋼中，歸根到底只有兩種相：固溶體和碳化物。鋼中的合金元素不是存在于固溶體中，就是存在于碳化物中。當(dāng)形成固溶體時(shí)，合金元素的原子是要溶入到鐵的晶格中去的。合金元素的原子直徑是與鐵原子的直徑不同的，因而形成固溶體時(shí)要產(chǎn)生晶格畸變，有畸變的晶格是不穩(wěn)定的。因此，在高溫長(zhǎng)期作用下，只有溫度水平能使合金元素原子有充分的活動(dòng)能力，它就力求從固溶體中出來(lái)轉(zhuǎn)移到較為穩(wěn)定的碳化物中去。這種過(guò)程也叫做固溶體的貧化。固溶體的貧化會(huì)使鋼的強(qiáng)度、蠕變極限和持久強(qiáng)度下降。電站鍋爐材料和焊接知識(shí)－金屬材料當(dāng)前第25頁(yè)\共有45頁(yè)\編于星期三\6點(diǎn)合金元素在固溶體和碳化物相之間的重新分配過(guò)程包括兩個(gè)方面：一為固溶體、碳化物中合金含量的變化（即稱(chēng)為碳化物成分的變化），二為運(yùn)行過(guò)程中同時(shí)發(fā)生的碳化物結(jié)構(gòu)類(lèi)型、數(shù)量和發(fā)布形式的變化。電站鍋爐材料和焊接知識(shí)－金屬材料當(dāng)前第26頁(yè)\共有45頁(yè)\編于星期三\6點(diǎn)三、金屬力學(xué)性能試驗(yàn)基本知識(shí)

金屬材料的力學(xué)性能是金屬材料在外力作用下表現(xiàn)出來(lái)的特性，如彈性、強(qiáng)度、硬度、韌性、塑性等。不同的受力條件會(huì)使金屬材料表現(xiàn)出不同的特性，如靜力拉伸力作用下金屬材料的強(qiáng)度和塑性特性，動(dòng)力負(fù)荷即沖擊負(fù)荷下金屬材料所表現(xiàn)出來(lái)的韌性特性指標(biāo)等。?靜力試驗(yàn)下的力學(xué)性能靜力試驗(yàn)的意義是，向試樣上加力（負(fù)荷、載荷）的速度是緩慢而均勻的，或者是以固定不變的力加在試樣上并保持很長(zhǎng)的時(shí)間。顯然，在靜力試驗(yàn)時(shí)，試樣的變形速度不大。?拉伸試驗(yàn)在拉伸試驗(yàn)時(shí)，可以得到以下力學(xué)性能的指標(biāo)：電站鍋爐材料和焊接知識(shí)－金屬材料當(dāng)前第27頁(yè)\共有45頁(yè)\編于星期三\6點(diǎn)

⑴、抵抗微小的塑性變形的能力這種性能常常用比例極限бp和屈服點(diǎn)бs來(lái)說(shuō)明。

⑵、抵抗大的塑性變形的能力這種性能常常用強(qiáng)度極限бb來(lái)說(shuō)明。

⑶、塑性試樣在斷裂時(shí)的塑性變形的大小，這種性能常常用延伸率δ和斷面收縮率Ψ來(lái)說(shuō)明。?拉伸曲線在對(duì)金屬拉伸試樣進(jìn)行拉伸試驗(yàn)時(shí)，可以得到一條畫(huà)在負(fù)荷－伸長(zhǎng)量坐標(biāo)上的曲線，這就是拉伸曲線。圖中負(fù)荷與伸長(zhǎng)量之間能保持直線關(guān)系的最大負(fù)荷稱(chēng)為比例極限負(fù)荷Pp；金屬能保持虎克定律的最大負(fù)荷稱(chēng)為彈性極限負(fù)荷Pe（比例極限負(fù)荷和彈性極限負(fù)荷在位置上非常接近）；Ps稱(chēng)為屈服負(fù)荷，金屬在這個(gè)負(fù)荷下開(kāi)始屈服（即不增加負(fù)荷，變形也能自動(dòng)增加）；PB稱(chēng)為最大負(fù)荷;PZ稱(chēng)為斷裂負(fù)荷。電站鍋爐材料和焊接知識(shí)－金屬材料當(dāng)前第28頁(yè)\共有45頁(yè)\編于星期三\6點(diǎn)拉伸試驗(yàn)時(shí)的力學(xué)性能指標(biāo)：

⑴、比例極限бp

是指應(yīng)力和相對(duì)伸長(zhǎng)成正比例的最大應(yīng)力。

⑵、彈性極限бe是指在不產(chǎn)生永久塑性變形的前提下，金屬材料所能承受的最大應(yīng)力。在工程上規(guī)定，彈性極限是使試樣產(chǎn)生0.001～0.05%永久變形的應(yīng)力。

⑶、屈服點(diǎn)бs

是指不增加負(fù)荷而使試樣變形增加的最小應(yīng)力。有時(shí)，在低碳鋼做拉伸試驗(yàn)時(shí)，在拉伸曲線上屈服時(shí)會(huì)出現(xiàn)負(fù)荷作鋸齒狀的一段臺(tái)階，可分別用上屈服點(diǎn)和下屈服點(diǎn)表示。如不特別指明，應(yīng)認(rèn)為上屈服點(diǎn)是屈服點(diǎn)。很多的金屬或合金，在拉伸曲線上無(wú)明顯的屈服平臺(tái)。在工程上規(guī)定，一般將使試樣產(chǎn)生0.2%永久變形的應(yīng)力作為屈服點(diǎn)，以б0.2表示。

電站鍋爐材料和焊接知識(shí)－金屬材料當(dāng)前第29頁(yè)\共有45頁(yè)\編于星期三\6點(diǎn)

⑷、強(qiáng)度極限бb試驗(yàn)斷裂前最大負(fù)荷與原始截面積之比。

⑸、真實(shí)抗斷抗力бZ試驗(yàn)拉斷時(shí)的負(fù)荷與拉斷時(shí)的試樣最小截面積之比。

⑹、延伸率δ試樣拉斷后的伸長(zhǎng)量與原始計(jì)算長(zhǎng)度之比。

⑺、斷面收縮率試樣拉斷后的截面積最大收縮量與原始截面積之比。?硬度所謂金屬的硬度是指金屬抵抗其它比較堅(jiān)硬物體壓入的能力。這種堅(jiān)硬的壓入物通常是不發(fā)生變形的。電站鍋爐材料和焊接知識(shí)－金屬材料當(dāng)前第30頁(yè)\共有45頁(yè)\編于星期三\6點(diǎn)按照試驗(yàn)時(shí)所用方法的不同，可將硬度測(cè)定方法分為：壓入法：試驗(yàn)金屬對(duì)塑性變形的抵抗能力；劃痕法：試驗(yàn)金屬對(duì)于阻礙斷裂的抵抗能力；彈性回跳法：試驗(yàn)金屬對(duì)彈性變形的抵抗能力。?我國(guó)常用的幾種硬度檢測(cè)方法

⑴、布氏法布氏硬度是將一定直徑的淬火鋼球在一定負(fù)荷下壓入金屬的表面。則布氏硬度為壓入負(fù)荷與壓痕球形面積之比。布氏硬度的優(yōu)點(diǎn)：由于壓痕較大，測(cè)得的數(shù)據(jù)較為精確；另外，由于布氏硬度的實(shí)質(zhì)也是表示對(duì)變形的抗力，故它與金屬?gòu)?qiáng)度極限之間存在一定的關(guān)系，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式，此關(guān)系表示為：

бb＝KHB式中K為常數(shù)電站鍋爐材料和焊接知識(shí)－金屬材料當(dāng)前第31頁(yè)\共有45頁(yè)\編于星期三\6點(diǎn)布氏硬度的缺點(diǎn)：鋼球一定不高，不能測(cè)量硬度超過(guò)HB450的金屬；其另一缺點(diǎn)為：壓痕面積大，損傷表面，以及不能測(cè)量薄試樣的硬度。⑵、洛氏硬度將一定負(fù)荷加于一頂角為120o的金剛石圓錐（用于硬的金屬）或直徑為1.59毫米的淬火鋼球（用于軟的金屬），使其壓入金屬表面，測(cè)量其壓入深度來(lái)得到洛氏硬度。洛氏硬度與布氏硬度的不同在于，洛氏硬度在前后兩次施加載荷（初負(fù)荷及總負(fù)荷）的作用下將壓頭壓入金屬表面，并在去掉主負(fù)荷，留下初負(fù)荷讓其繼續(xù)作用的情況下計(jì)算其壓入深度。布氏硬度則是在去掉所有負(fù)荷后測(cè)量其壓痕直徑。洛氏硬度可用來(lái)測(cè)量最硬的金屬或合金的硬度；由于測(cè)量后在工件表面留下的壓痕不大，不至于破壞工件表面，為此可用來(lái)測(cè)量成品工件及薄的試件。但由于壓痕太小，所以測(cè)量精度不高。電站鍋爐材料和焊接知識(shí)－金屬材料當(dāng)前第32頁(yè)\共有45頁(yè)\編于星期三\6點(diǎn)

⑶、維氏法維氏硬度是用一相對(duì)兩面夾角為136o的金剛石正四棱錐形壓頭，在一定負(fù)荷的作用下，壓入被測(cè)金屬表面。經(jīng)過(guò)規(guī)定的保持負(fù)荷時(shí)間后，卸除負(fù)荷，測(cè)量其壓痕兩對(duì)角線長(zhǎng)度的平均值，然后查表或帶入公式求得硬度值。維氏硬度所采用的負(fù)荷小，壓痕小，適用于金屬、合金及其表面層的硬度測(cè)量。電站鍋爐材料和焊接知識(shí)－金屬材料當(dāng)前第33頁(yè)\共有45頁(yè)\編于星期三\6點(diǎn)?動(dòng)力試驗(yàn)下的力學(xué)性能?沖擊韌性沖擊韌性表示金屬材料對(duì)沖擊負(fù)荷的抵抗能力，它是衡量材料韌性的指標(biāo)?？梢哉J(rèn)為，沖擊韌性是綜合性地概括了材料的塑性性能和強(qiáng)度性能。沖擊韌性ak等于撞斷帶缺口的標(biāo)準(zhǔn)方形截面試樣在其單位面積上所消耗的功。電站鍋爐材料和焊接知識(shí)－金屬材料當(dāng)前第34頁(yè)\共有45頁(yè)\編于星期三\6點(diǎn)電站鍋爐材料和焊接知識(shí)－焊接電站鍋爐材料和焊接知識(shí)焊接當(dāng)前第35頁(yè)\共有45頁(yè)\編于星期三\6點(diǎn)?焊接基本概念?焊接兩種或兩種以上的材料（同種或異種）通過(guò)原子之間或分子之間的結(jié)合和擴(kuò)散而造成的永久性聯(lián)接的工藝過(guò)程叫做焊接。?焊接的分類(lèi)按照焊接過(guò)程中金屬所處狀態(tài)的不同，可以把焊接方法分為三大類(lèi)：

⑴、熔焊熔焊是把要聯(lián)接的金屬加熱到熔化狀態(tài)，再加入（或不加入）填充金屬而結(jié)合的方法。它是最有利于金屬原子間結(jié)合的方法。如氣焊、電弧焊、氣體保護(hù)電弧焊等都屬于熔焊。

⑵、壓焊壓焊是利用焊接時(shí)所施加的壓力使接觸處的金屬相結(jié)合的方法。這類(lèi)焊接有兩種形式。一是將被焊金屬局部加熱至塑性狀態(tài)電站鍋爐材料和焊接知識(shí)－焊接當(dāng)前第36頁(yè)\共有45頁(yè)\編于星期三\6點(diǎn)或半熔化狀態(tài)，再施加一定的壓力，以使金屬原子間相互結(jié)合形成牢固的接頭。如鍛焊、接觸焊、摩擦焊等。二是不進(jìn)行加熱，僅在被焊金屬的接觸面施加足夠大的壓力，借助壓力所引起的塑性變形，以使原子間相互接近而獲得牢固的壓擠接頭，如冷壓焊、爆炸焊等。這種方法只適用于塑性變形相當(dāng)好的金屬材料。

⑶、鉛焊鉛焊是把比被焊金屬熔點(diǎn)低的鉛料金屬熔化至液態(tài)，然后使其滲透到被焊金屬間隙而達(dá)到結(jié)合的方法。電站鍋爐材料和焊接知識(shí)－焊接當(dāng)前第37頁(yè)\共有45頁(yè)\編于星期三\6點(diǎn)?鍋爐常用的焊接方法簡(jiǎn)介?埋弧自動(dòng)焊埋弧自動(dòng)焊也稱(chēng)為“熔劑層下自動(dòng)焊”，電弧是在焊劑（熔劑）層下面燃燒的。自動(dòng)焊機(jī)頭將焊絲自動(dòng)送入電弧區(qū)保證選定的弧長(zhǎng)，電弧靠焊機(jī)控制均勻地向前移動(dòng)。在焊絲前面，焊劑從漏斗中不斷流出撒在工件表面上。焊后，部分焊劑稱(chēng)為渣殼覆蓋于焊縫表面，大部分未熔化的焊劑可回收重新使用。埋弧自動(dòng)焊與手工電弧焊比較有以下優(yōu)點(diǎn)：生產(chǎn)率高；焊接質(zhì)量高且穩(wěn)定；節(jié)省金屬和能源；改善勞動(dòng)條件。常用來(lái)焊接長(zhǎng)的直線焊縫和鍋筒等大直徑筒體的環(huán)焊縫。電站鍋爐材料和焊接知識(shí)－焊接當(dāng)前第38頁(yè)\共有45頁(yè)\編于星期三\6點(diǎn)?氬弧焊手工電弧焊和埋弧自動(dòng)焊主要是以渣來(lái)保護(hù)熔化金屬的，對(duì)于一般的結(jié)構(gòu)鋼，只要選擇合適的焊接材料與焊接規(guī)范，仔細(xì)進(jìn)行操作，是能夠保證焊接接頭質(zhì)量的。但渣中常含有一定量的氧化物質(zhì)，當(dāng)用來(lái)焊接合金鋼等材料時(shí)，常使合金鋼中的一些有用焊劑元素?zé)g，因此改變了材料的性能，降低了焊接接頭的質(zhì)量，為解決此類(lèi)問(wèn)題，利用氣體保護(hù)的電弧焊接方法有了較大的發(fā)展。在鍋爐行業(yè)應(yīng)用最多的是氬弧焊。氬弧焊是以氬氣作為保護(hù)氣體的一種電弧焊接方法，電弧發(fā)生在電極與焊件之間。在電弧周?chē)ㄒ詺鍤?，以形成保護(hù)電弧和熔池的連續(xù)封閉的氣流。氬氣可以保護(hù)電極和熔化金屬不受空氣的有害作用，在高溫情況下，氬氣和金屬不起任何化學(xué)反應(yīng)，也不溶于金屬，因此，氬弧焊的焊接質(zhì)量比較高。氬弧焊與用渣保護(hù)的焊接方法比較，有以下特點(diǎn)：可用來(lái)焊接各類(lèi)合金鋼，焊接質(zhì)量好；電站鍋爐材料和焊接知識(shí)－焊接當(dāng)前第39頁(yè)\共有45頁(yè)\編于星期三\6點(diǎn)電弧和熔池區(qū)是氣體保護(hù)，明火可見(jiàn)，便于操作；熔池小，焊接速度快，熱影響區(qū)較小，焊后變形??；電弧穩(wěn)定，飛濺小，焊縫致密，表面無(wú)熔渣，成型美觀；產(chǎn)生裂紋的傾向小。電站鍋爐材料和焊接知識(shí)－焊接當(dāng)前第40頁(yè)\共有45頁(yè)\編于星期三\6點(diǎn)?電渣焊電渣焊是利用電流通過(guò)液態(tài)熔渣所產(chǎn)生的電阻熱作為