金屬材料的基礎(chǔ)知識(shí)論述-在線瀏覽
2024-08-07 22:29本頁面
【正文】 高耐熱鋼的抗氧化性和熱強(qiáng)性。釩細(xì)化鋼的晶粒，提高晶粒粗化溫度，從而降低了鋼的過熱敏感性，并提高鋼的強(qiáng)度和韌性。在耐熱鋼中釩透過細(xì)小碳化物顆粒的彌散分布，提高鋼的蠕變和持久性能。對(duì)鋼的影響與鉬相似，但效果不如鉬顯著。在鋼的各種組織中奧氏體的體積最小，線彭漲系數(shù)最大，除滲碳體外，在鋼的各種組織中，奧氏體的導(dǎo)熱性能最差。 鐵素體鐵素體具有體心立方點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)，%（727℃）室溫是碳幾乎不溶于鐵素體中。 珠光體珠光體由鐵素體與滲碳體機(jī)械混合組成，其典型形態(tài)為片狀或?qū)訝?。珠光體團(tuán)直徑和層間距離越小，強(qiáng)度越高，塑性也越大。貝氏體大致可分為以下幾種①上貝氏體②下貝氏體③無碳化物貝氏體④粒狀貝氏體⑤反常貝氏體和粒狀貝氏體 馬氏體：P91鋼經(jīng)過奧氏體化后快速冷卻抵制其擴(kuò)散性分解，在較低溫度下發(fā)生的轉(zhuǎn)變稱為馬氏體轉(zhuǎn)變。 五、 金屬材料的耐腐蝕性能 鋼鐵材料的耐蝕性（1） 碳素結(jié)構(gòu)鋼碳素結(jié)構(gòu)鋼的耐蝕性與含碳量，金相組織（與熱處理有關(guān)）以及介質(zhì)的性質(zhì)這三個(gè)方面的因素有關(guān)。其在腐蝕性介質(zhì)中發(fā)生腐蝕時(shí)，總是以滲碳體為微陰極（電位較正）從而使鐵素體（電位較負(fù)）發(fā)生腐蝕。熱處理制度對(duì)碳素結(jié)構(gòu)鋼的耐蝕性有較大的影響，因?yàn)椴煌臒崽幚碇贫瓤梢詫?dǎo)致晶粒大小和金相組織不同。在碳素結(jié)構(gòu)鋼的所有組織中，馬氏體的腐蝕速度最低，因?yàn)樗翘嫉倪^飽和固容體。當(dāng)腐蝕發(fā)生后殘留在表面的碳才起到陰極的作用，馬氏體隨著回火溫度的提高，碳化物從馬氏體中不斷析出，腐蝕速度不斷增大，當(dāng)回火達(dá)到400℃左右時(shí)，使腐蝕速度達(dá)到最大，回火溫度再高則腐蝕速度下降。同時(shí)提高抗腐蝕疲勞的性能。不銹鋼中合金元素主要有鉻、鎳、錳、鉬、鈦、鋁、銅和氮等，其中最主要的是鉻，而且只有鉻含量超過一定數(shù)量時(shí)，才能構(gòu)成不銹鋼。A、 馬氏體不銹鋼：包括常用的1Gr1Gr13系列、3Gr17Gr17和1Gr17Ni2等。熱處理制度對(duì)其耐蝕性影響較大，如Gr13系列不銹鋼經(jīng)1000℃左右淬火后，可提高其耐蝕性。C、 奧氏體型不銹鋼：鉻鎳不銹鋼是常用的奧氏體不銹鋼，其中鉻含量一般在18%以上，鎳含量在8%以上，我國(guó)目前常用的有0Gr18Ni9Ti、0Gr18Ni10Ti、0Gr18Ni11Nb等，這類不銹鋼不但耐蝕性和抗高溫氧化性好，而且冷、熱加工性能和焊接性都比較好，因此用途比較廣泛。D、 奧氏體體素鐵型雙相不銹鋼，該鋼主要包括：0Gr26W15Mo00Gr18 Ni15Mo3Si1Gr21N15Ti、1Gr18Ni11Si4AlTi等，這類鋼晶間腐蝕傾向較小。六、 力學(xué)性能 金屬材料在靜拉伸下的力學(xué)性能金屬材料在靜拉伸下的力學(xué)性能指標(biāo)主要有屈服強(qiáng)度（δs）、抗拉強(qiáng)度（δb）、伸長(zhǎng)率（δ）和斷面收縮率（ψ）。因?yàn)樵谏a(chǎn)實(shí)際中，絕大部分工程構(gòu)件和機(jī)械零件，在其服役過程中都處于彈性變形階段，不允許有微量塑性變形產(chǎn)生，像高壓容器，如其緊固螺栓發(fā)生塑性變形，即無法正常工作，屈服強(qiáng)度標(biāo)志著金屬對(duì)起始塑性變形的抗加，對(duì)于實(shí)際金屬（多晶體）來說，由于起始塑性變形的非同時(shí)性特點(diǎn)，無法測(cè)定這一抗力指標(biāo)，因而不得不用條件規(guī)定的辦法。B、 抗拉強(qiáng)度（δb）抗拉強(qiáng)度是代表最大均勻塑性變形抗力的指標(biāo)抗拉強(qiáng)度是靜拉伸試驗(yàn)中最容易測(cè)定的力學(xué)性能指標(biāo)，而且是重現(xiàn)性好的性能指標(biāo)，所以適合于做為產(chǎn)品規(guī)格說明或質(zhì)量控制的標(biāo)志。沖擊韌性和低溫脆性（1）沖擊韌性 沖擊韌性值的大小代表金屬材料抗沖擊載荷能力的大小，沖擊載荷就是作用力在極短時(shí)間內(nèi)有著很大變化幅度的載荷大小用AKV來表示，單位為焦耳。能明顯改變晶粒大小的各種合金化，熱處理手段，均能顯著的改變金屬材料的脆化趨勢(shì)，晶粒越細(xì)，冷脆轉(zhuǎn)變溫度越低，沖擊韌性值也越大。而脆性斷裂往往是突發(fā)的，事先很難發(fā)現(xiàn)斷裂的征兆，因此脆性斷裂比韌性斷裂具有更大的危險(xiǎn)性。如火車的車軸，是彎曲疲勞的典型！汽車的傳動(dòng)軸后橋半軸主要是承受扭轉(zhuǎn)疲勞，柴油機(jī)曲軸和汽輪機(jī)主軸則是彎曲和扭轉(zhuǎn)疲勞的復(fù)合。 環(huán)境介質(zhì)作用下力學(xué)行為(1) 應(yīng)力腐蝕：材料或零件在應(yīng)力和腐蝕材料的作用下引起的破壞稱為應(yīng)力腐蝕。這個(gè)應(yīng)力可以是外加應(yīng)力，也可以是焊接，冷加工或處理產(chǎn)生的殘留應(yīng)力，但必須是拉應(yīng)力。（3）腐蝕疲勞 金屬材料在腐蝕介質(zhì)與交變應(yīng)力共同作用下所產(chǎn)生的失效現(xiàn)象稱為金屬材料腐蝕疲勞。但同時(shí)還存在交變應(yīng)力的作用，使這層保護(hù)膜不斷受到破壞，以致暴露在腐蝕環(huán)境中的一直是新鮮的金屬表面，這樣腐蝕疲勞強(qiáng)度就大大下降。在焊接過程中有些材料容易產(chǎn)生某些焊接缺陷，如氣孔，夾渣，裂紋等，并使焊縫和近縫區(qū)性能變化，所以往往需要特殊的工藝措施，應(yīng)用特定的焊接方法，才能保證焊接質(zhì)量?？慑懶缘膬?yōu)劣以金屬的塑性和變形抗力來綜合評(píng)定。金屬元素含量越多，金屬的可鍛性就越差，金屬的結(jié)晶組織與可鍛性有很大關(guān)系。如果合金中含有多種性能不同的組織，則鍛壓時(shí)由于各組織變形不均就容易開裂，因此鍛造大都是在高級(jí)單一奧氏體區(qū)進(jìn)行。固態(tài)鐵碳合金的基本相為鐵素體、奧氏體和滲碳體。B、 奧氏體是727℃以上的平衡相，也稱高溫相，在高溫下，面心立方晶格的奧氏體具有極好的塑性，所以碳鋼具有很好的軋、鍛等熱加工工藝性能，在鐵碳合金相圖中奧氏體用A表示。在鐵碳合金中它是硬脆相，是碳鋼鐵主要強(qiáng)化相，在鐵碳合金相圖中滲碳體用Fe3C表示。 奧氏體晶粒長(zhǎng)大及其影響 （1）奧氏體晶粒長(zhǎng)大 奧氏體形成后，繼續(xù)加熱或保溫，晶粒將會(huì)長(zhǎng)大，其長(zhǎng)大過程是晶粒相互吞并的過程，奧氏體晶粒長(zhǎng)大會(huì)減少晶?？偯娣e，降低系統(tǒng)自由能，所以奧氏體晶粒長(zhǎng)大是一自發(fā)過程。（2） 奧氏體晶粒度晶粒度是表示晶粒大小的尺度，有以下三種不同的概念。實(shí)際應(yīng)用很少。它直接影響處理后的性能，實(shí)際晶粒度一般分為8級(jí)，數(shù)字越大，晶粒越細(xì)，14級(jí)為粗晶粒，58級(jí)為細(xì)晶粒。10℃），并保溫8h后，測(cè)定奧氏體晶粒大小，若得到的奧氏體實(shí)際晶粒度為14級(jí)，屬于本質(zhì)粗晶粒度鋼，若測(cè)得58級(jí)晶粒度，測(cè)屬于本質(zhì)細(xì)晶粒鋼。八、 壓力容器和鋼的處理壓力容器用鋼熱處理類別是不多的。奧氏體不銹鋼有固溶化和穩(wěn)定化處理。在壓力容器制造過程中，應(yīng)用最多的是去應(yīng)力退火。在壓力容器制造中，去應(yīng)力退火主要用于消除復(fù)合鋼板復(fù)層貼金后的殘余應(yīng)力，消除產(chǎn)品封頭，簡(jiǎn)體等零件冷成形及中溫成形后的殘余應(yīng)力，消除焊接接頭中的內(nèi)應(yīng)力和冷作硬化，提高抗頭抗脆斷能力，穩(wěn)定焊接構(gòu)件的形狀，消除焊件在焊后機(jī)加工和使用過程中的變形，促使焊縫金屬中的氫完全向外擴(kuò)散，從而提高焊縫的抗塑性和韌性。（2）去應(yīng)力退火裂紋壓力容器用鋼，特別是含Nb的奧氏體、不銹鋼、鐵素體、耐熱鋼、低合金高強(qiáng)鋼，在焊后去應(yīng)力退火過程中往往在焊縫熱影響區(qū)接近容合線的粗晶粒區(qū)產(chǎn)生小繼續(xù)的裂紋，通常稱為去應(yīng)力退火裂紋。為了防止去應(yīng)力退火時(shí)形成裂紋，可以嚴(yán)格控制V，Nb,Ti等再熱裂紋敏感性元素，采用低氫焊條，小能量，小焊條焊接，適當(dāng)提高焊接預(yù)熱、后熱溫度，選用合適的去應(yīng)力退火規(guī)范等。壓力容器常用的碳鋼和低合金鋼通過正火，可以提高力學(xué)性能和化晶粒，改善組織（如消除魏氏組織，帶狀組織，大塊鐵素鐵等）。（2） 過熱和過燒鋼在加熱時(shí)，由于溫度進(jìn)高，并且較長(zhǎng)時(shí)間保溫會(huì)使晶粒長(zhǎng)的很粗大，
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