【正文】 不同，因而晶體在不同方向上的性能便有所差異，晶體的這種 “ 各向異性 ” 的特點是它區(qū)別于非晶體的重要指標之一。 金屬學與熱處理基本知識 ? 金屬的晶體結(jié)構(gòu) ?定義：內(nèi)部原子呈規(guī)則排列的物質(zhì)稱為 晶體 ，原子的排列方式稱為 晶體結(jié)構(gòu) 。 ?應(yīng)力腐蝕脆性斷裂 由拉應(yīng)力與腐蝕介質(zhì)聯(lián)合作用而引起的低應(yīng)力脆性斷裂。 苛性脆化 的破壞形式是在肉眼可看到的主裂紋上有大量肉眼看不到的分支細裂紋。氫脆斷裂只發(fā)生在 ―100~150 ℃ 的溫度范圍，溫度過低或過高均不易發(fā)生。 ?鋼中氫的來源： – 冶煉過程中溶解在鋼水中的氫未及時逸出； – 焊接過程中水、油在高溫分解的氫溶入鋼材； – 設(shè)備運行時工作介質(zhì)中的氫進入鋼材； – 鋼試件酸洗不當導致氫脆。 ?熱脆性 鋼材在 400500℃ 后再冷卻至室溫時，沖擊韌度值會有明顯的下降，這種現(xiàn)象稱為鋼材的熱脆性。斷裂韌度是材料固有的力學性能指標，是強度和韌性的綜合體現(xiàn)，與裂紋的大小、形狀、外加應(yīng)力等無關(guān)，主要取決于材料的成份、內(nèi)部組織和結(jié)構(gòu)。 ?斷裂韌度 是用來反映材料抵抗裂紋失穩(wěn)擴展，即抵抗脆性斷裂的指標。 鋼的強度等級越高，其屈強比也越高，特別是抗拉強度下限值大于 540MPa的低合金高強度鋼材料的使用要十分注意。這個值越小，表示材料的屈服極限和 強度極限的差距越大，材料的塑性越好，使用中的 安全裕度越大，反之則相反。沖擊韌性是對材料的化學成分、冶金質(zhì)量、組織狀態(tài)、內(nèi)部缺陷以及試驗溫度等比較敏感的一個質(zhì)量指標，同時也是衡量材料脆性轉(zhuǎn)變和斷裂特性的重要指標。沖擊韌性 α Kv（ α ku）＝ Ak／ SN 。 ? 沖擊韌性 ?定義：是指材料在外加沖擊載荷作用下斷裂時消耗能量大小的特性。 ?里氏硬度試驗是用規(guī)定重量的沖擊體在彈力作用下，以一定的速度沖擊被測材料或零件表面，采用沖頭在被測材料或零件表面 1mm處的回彈速度與沖擊速度的比值，計算硬度值。通過測量殘余壓痕深度，確定材料的硬度值。 ?應(yīng)用： ?布氏硬度試驗是指用一定直徑的（球體鋼球或硬質(zhì)合金球）以相應(yīng)的試驗壓力壓入被測材料或零件表面，經(jīng)規(guī)定保持時間后卸除試驗力，通過測量表面壓痕直徑計算硬度的一種壓痕硬度試驗方法。 ? 硬度 ?定義：是指材料抵抗局部塑性變形或表面損傷的能力。 斷面收縮率可用下式確定： Z＝［（ S0－ S1） /S0］ 100％ 式中： S0－試件原來截面積， S1－拉斷后試件頸縮處的截面積 ?應(yīng)用：鍋爐壓力容器對材料塑性要求是有一定限度的，并不是越大越好，應(yīng)合理選擇。 ?評定與計算：材料塑性的指標通常用伸長率 A和斷面收縮率 Z。一般機械設(shè)計若以 ReH、 ReL作為指標時， ns＝ ，若采用屈服強度 Rm作為指標時，安全系數(shù) nb＝ ，我國鍋爐壓力容器規(guī)范規(guī)定的安全系數(shù)一般為 ns ＝ ， nb =。 ?金屬材料拉伸試驗 ?彈性變形 ?滯彈性變形 ?屈服前微塑性變形 ?屈服變形 ?均勻塑性變形 ?局部塑性變形 ? 應(yīng)用： 抗拉強度 Rm、屈服強度 (ReH、 ReL）是評價材料性能的兩個主要指標。 ?實際工作狀態(tài)下的容器，其殼體中的應(yīng)力比較復雜，除了內(nèi)壓引起的總體薄膜應(yīng)力外，還存在由于形狀變化、壁厚改變、結(jié)構(gòu)不連續(xù)等引起的附加拉應(yīng)力、壓應(yīng)力、彎曲應(yīng)力；由于缺口引起的峰值應(yīng)力；由于冷熱加工留下的殘余應(yīng)力；溫度變化產(chǎn)生的熱應(yīng)力等等。 ?按照薄壁回轉(zhuǎn)理論，對于圓筒形容器來說，軸向應(yīng)力是切向應(yīng)力的一半，環(huán)焊縫受力僅是縱焊縫的一半。 ?應(yīng)力集中系數(shù) a=σ max/σ σ max最大局部應(yīng)力； σ 名義應(yīng)力 ?應(yīng)力集中的嚴重程度與缺口大小有關(guān)，同時與缺口的尖銳程度有關(guān)，缺口越尖銳，即缺口根部曲率半徑越小，應(yīng)力集中系數(shù)就越大。 ?應(yīng)力的種類：拉應(yīng)力、壓應(yīng)力、剪切應(yīng)力、彎曲應(yīng)力、交變應(yīng)力等。當受到外力時，這種固有的平衡被打破，相互之間作用力會改變，材料會發(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，通常簡稱它為內(nèi)力。如力學性能、物理性能、化學性能等使用性能和冷、熱加工的工藝性能。金屬材料及熱處理基本知識 概 述 金屬材料是制造特種設(shè)備最常用的材料，因此了解和掌握金屬材料性能是十分必要的，所謂金屬材料的性能：是指金屬材料對產(chǎn)品設(shè)計、制造使用等性能的滿足程度，也就是金屬材料本身所具有的性質(zhì)和能力。 通常所指的金屬材料性能是指金屬材料的使用性能和工藝性能。 材料力學的基本知識 ? 金屬材料在加工和使用過程中的基本特征 ?都要承受不同形式外力的作用 ?都會產(chǎn)生抵抗這些外力作用的能力（這種能力稱為材料的力學性能如 Rm、 HB、 Ak、 A等）直至能力消失而發(fā)生變形以至斷裂破壞 ? 應(yīng)力與應(yīng)變 ?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，材料內(nèi)部相互平衡并保持其固有的形狀。 ?應(yīng)變與應(yīng)力：物體在外力作用下，其形狀尺寸所發(fā)生的相對改變稱為應(yīng)變；物體在外力作用下而變形時，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。 ?應(yīng)力集中的概念：由于截面的尺寸突然變化而引起的應(yīng)力局部增大的現(xiàn)象稱為應(yīng)力集中。 ?承壓類特種設(shè)備殼體的工作應(yīng)力 絕大多數(shù)承壓類特種設(shè)備都承受內(nèi)壓，內(nèi)部壓強會使殼體產(chǎn)生拉應(yīng)力，這一應(yīng)力稱為工作應(yīng)力。在相同的壓力和直徑下，球形容器的壁厚可比圓筒形容器減少大約一半。 ? 強度 金屬的強度是指金屬抵抗永久變形和斷裂的能力，材料強度可以通過拉伸試驗測出。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)計中都選擇了適當?shù)陌踩禂?shù)來保證。 ? 塑性 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。 伸長率可用下式確定： A＝［（ L1－ L0） /L0］ 100％； L0— 試件原標距長度， L1— 拉斷后試件標距長度。單純追求塑性會限制材料的使用能力，造成材料的極大浪費。 ?試驗：通常有以下幾種試驗形式：布氏硬度 HB、洛氏硬度 HR、維氏硬度 HV、里氏硬度 HL。 ?洛氏硬度試驗是在初始試驗壓力及總試驗壓力的先后作用下，將頂角為 1200金剛石圓錐體壓入試驗表面，經(jīng)規(guī)定保持時間后，卸除試驗力。 ?維氏硬度試驗是將相對面夾角為 1360的正四棱錐體金剛石壓頭，已選定的試驗力壓入被測材料或零件的表面， 經(jīng)規(guī)定保持時間后，卸除試驗力，用測量壓痕對角線長度計算硬度的一種壓痕硬度試驗方法。 ?里氏硬度可方便實現(xiàn)多種硬度之間的相互轉(zhuǎn)換以及與強度之間的相互轉(zhuǎn)換。 ?試驗：通常是在擺式?jīng)_擊試驗機上測定的。 ?應(yīng)用：材料沖擊韌性的高低，取決于材料有無迅速塑性變形的能力，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。 ? 材料力學性能的進一步知識 ?彎曲試驗 判定焊縫和熱影響區(qū)的塑性 暴露焊接接頭內(nèi)部缺陷，檢查焊縫致密性 考核焊接接頭不同區(qū)域協(xié)調(diào)變形的能力 ?屈強比的概念 材料屈服極限和強度極限的比值稱為屈強比， 即 ReL / Rm 。 使用高屈強比的材料可以節(jié)省材料用量，但該 類材料對應(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。屈強比大于 視；大于 ，慎重處理。 材料的斷裂韌度 K1c值可通過試驗測定。 ?鋼材的脆化 ?冷脆性 隨著溫度的降低，大多數(shù)鋼材的強度有所增加，而韌性下降，金屬材料在低溫下呈現(xiàn)的脆性稱為冷脆性。 ?氫脆 鋼材中的氫會使材料的力學性能脆化，這種現(xiàn)象稱為氫脆。 氫脆是一種延遲斷裂，斷裂延遲時間可由幾分鐘或者幾天。 ?苛性脆化 由于介質(zhì)內(nèi)具有含量很高的苛性鈉（ NaOH）促使鋼材腐蝕加劇而引起的脆化現(xiàn)象（一般都發(fā)生在受壓元件的鉚接等處）。元件發(fā)生苛性脆化時，