【正文】 新干班教材 2022/2/13 70 ? 純金屬的相圖可以用表示溫度的縱坐標及其上幾個臨界點表示 。 相圖的概念 ? 合金相圖又稱平衡圖或平衡狀態(tài)圖 。 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 在再結(jié)晶溫度以上的加工變形稱為熱加工 。 ? 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 1－ 45所示 。 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 。 再結(jié)晶后的金屬組織與形變前的退火組織相同 ， 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 l— 43所示 。 (一 )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)象仍然保留 ， 但內(nèi)應(yīng)力大大消除 ， 這種現(xiàn)象稱為回復(fù) 。 ? 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 。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．韌性下降，甚至趨于零。 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。 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 。 由于多晶體金屬中相鄰晶粒位向不同 ，當一個晶粒的位向接近 45176。 因此 ， 晶體中與外力方向接近 45176。這說明晶界附近晶體的塑變抗力很大。 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有所不同 。 金屬材料 新干班教材 2022/2/13 59 （ 二 ） 孿生 ? 孿生是晶體的另一種塑性變形方式 。 因此 ， 金屬中位錯的數(shù)量 、 分布對金屬的性能影響很大 。 金屬材料 新干班教材 2022/2/13 57 ?其微觀過程 ， 是由位錯的移動來完成的 。 2． 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 。 ? 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 。晶體中原子排列最密的品面，稱為 密排面 。 能使晶體滑移的最小分切應(yīng)力 ， 稱為 “ 臨界切應(yīng)力 ” 。 只有在 σ很大很大(超過原子間的結(jié)合力 )時 ， 才能將晶體拉斷 。 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 “ 剛性滑移 ” 。 金屬材料 新干班教材 2022/2/13 53 第三節(jié) 金屬的塑性變形與再結(jié)晶 一 、 單晶體的塑性變形 晶體塑性變形的主要形式是 滑移和孿生 。 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。 ? 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 。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 。 當結(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 。 ? 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 。 金屬材料 新干班教材 2022/2/13 45 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 。 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 。 金屬材料 新干班教材 2022/2/13 42 金屬材料 新干班教材 2022/2/13 43 （二）線缺陷 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。 產(chǎn)生空位和間隙原子的主要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 。 在自然界中，常?？梢钥吹绞雏}，方解石的單晶體。 ? 在單晶體中晶格的位向是一致的 。 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” . 金屬材料 新干班教材 2022/2/13 36 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。 金屬材料 新干班教材 2022/2/13 35 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” 。 第二節(jié) 金屬的晶體結(jié)構(gòu)與結(jié)晶 金屬材料 新干班教材 2022/2/13 34 ? 金屬鍵與非金屬原子間的結(jié)合鍵（離子鍵和共價鍵）不同。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，就顯的更加必要。 金屬材料 新干班教材 2022/2/13 31 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。這個最大應(yīng)力值，就叫金屬材料的疲勞強度。葉片疲勞斷口的宏觀形貌如圖 110所示。 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 18所示。 ）（ 2kk cmJ / SAα ?金屬材料 新干班教材 2022/2/13 24 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。里氏硬度操作簡單，便攜性好，廣泛用于現(xiàn)場硬度測量。但操作費時，對試樣表面有一定破壞。表示方法為： 硬度值 +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。 例如， 640HV30／ 20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。 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 金屬材料 新干班教材 2022/2/13 19 3．維氏硬度（ HV） 維氏硬度是用一定的載荷將錐面夾角為 136176。 )kg f/ m m(SFHB 2?)dDπ D (DS 22 ???金屬材料 新干班教材 2022/2/13 17 2．洛氏硬度 (HR) 用一定載荷將壓頭壓入材料表面，根據(jù)壓痕深度表示硬度值。 常見的硬度指標有 布氏硬度（ HB）、洛氏硬度 (HR)、維氏硬度 (HV)和里氏硬度 (HL)等。 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 長率。拉伸試驗所測得的塑性指標有 斷后伸長率 和 斷面收縮率 。 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)。通過拉伸試驗所測得的常用的強度指標有屈服強度和抗拉強度。 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。 塑性是衡量材料在外力作用下接受變形的能力。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 ”現(xiàn)象，光潔度也較差。 Ce=％ ~%時，焊接性較差，焊接時需采用適當預(yù)熱等工藝措施。 鋼中其它合金元素的影響相應(yīng)小些 。 ?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 。材料承受彎曲而不出現(xiàn)裂紋的能力，稱為 彎曲性能 。 合金鋼的可鍛性略遜于碳鋼 。 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 。 ?縮孔 、 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 。 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。 它包括流動性 、 收縮率和偏析傾向等 。金屬材料 新干班教材 2022/2/13 1 金屬材料 基礎(chǔ)知識 梁 永 2022/05/27 金屬材料 新干班教材 2022/2/13 2 第一章 金屬材料的基礎(chǔ)知識 金屬材料 新干班教材 2022/2/13 3 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 工藝性能。 液體金同澆注成型的能力 ， 稱為金屬的鑄造性能 。 ?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。偏析使整體沖擊韌性降低，質(zhì)量變壞。 ? 金屬的鍛造性能可用金屬的 塑性和變形抗力 (強度 )來衡量 。 隨著含碳量的增加 ， 鋼的可鍛性降低 。 金屬材料 新干班教材 2022/2/13 6 金屬的冷熱彎曲性能也取決于材料的塑性和強度。 (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 。 ? 影響鋼的焊接性能的主要因素 是鋼的 含碳量 ， 隨著含碳雖的增加 ， 焊后產(chǎn)生裂紋的傾向增大 。 當 Ce％時，焊接性優(yōu)良，可不預(yù)熱。 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。 （ 一 ） 強度和塑性 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。 金屬材料 新干班教材 2022/2/13 10 1． 拉伸試樣 金屬材料 新干班教材 2022/2/13 11 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 ， 縱坐標為應(yīng)力 R， R=F/S0， 橫坐標為延伸率 ε， ε＝ ΔL/L0。 金屬材料 新干班教材 2022/2/13 12 ? 強度是材料抵抗塑性變形或斷裂的能力 。 )N / m m( 20SFR se ?金屬材料 新干班教材 2022/2/13 13 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。 金屬材料 新干班教材 2022/2/13 14 %10000u ???LLLA4．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 。 L0－試樣原始標距。 金屬材料 新干班教材 2022/2/13 15 （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。 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。 金剛石圓 錐 150 一般淬火鋼等硬度較大材料 HRB 100 退火鋼和有色金屬等軟材料 HRA 120176。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