6金属的特性与破坏性试验要点分析.doc

第六部分 金属的特性和破坏性试验 目 录 介绍…………………………………………………………………………………….2 金属的机械性能 ……………………………………………………………………...2 金属的化学性能 ………………………………………………………………………7 破坏性试验 ……………………………………………………………………………12 概述 ……………………………………………………………………………………27 关键术语和定义 ………………………………………………………………………27 第六单元 金属的特性和破坏性试验 介绍 在当今世界，有数以千计的金属用于施工材料，包括母材和填充金属。材料工程师和设计师能够选择最符合他们要求的金属。这些金属不仅在它们的成份上不同，而且还在其制造的方式上也不同。在美国，有几个组织维护材料标准，如ASTM， ASME及AWS。另外还有来自包括日本和欧洲许多其他国家和组织的材料标准。 如第一单元所述，焊接检验师的责任之一是要审核与母材和填充材料的实际特性有关的文件。本单元的目的是对这些机械和化学性能作些描述。通过这些描述，焊接检验师就能了解这些实际值意昧着什么。大多数情况下，检验师必须能简单地把要求值与实际值相比较以判断其符合性。然而，这也会帮助检验师了解这些材料更多的特性，从而避免在焊接中可能出现的问题。 本单元另一个目的是对将在第八单元中讨论的“焊接检验师的焊接冶金学“提供基础。因为一种金属的金相组成决定了它的特性，将显示不同的冶金处理如何可以改变一种金属的特性。 按照金属的机械和化学性能，制造中需使用特殊技术以防止这些金属的劣化。比如，预热和后热就是为保持某些金属的特性。对于经过淬火和回火的钢，焊接检验师可能被要求对焊接的热输入进行监控以防止由于过热导致母材特性的劣化。在这些例子中，焊接检验师并不是直接介入相应的这些材料的特性。但是，有效地监控可防止由于加热过高或过低而导致材料性能的改变。 金属的机械性能 我们将讨论金属的一些重要的机械性能；这里的讨论限于以下五种性能： 强度 延展性 硬度 韧性 疲劳强度 强度 强度被定义为“材料能够承受所加载荷的能力”，有很多种强度，每一种都取决于这一载荷是如何施加到材料上的，如拉伸强度，剪切强度，抗扭强度，冲击强度和疲劳强度。 金属的拉伸强度被描述为当金属承受张力或拉力载荷而不失效的能力。因为金属常常被用于承受拉伸载荷，这是设计者所要考虑的很重要的特性之一。当测定金属特性时，拉伸强度通常以两种不同方式描述。所用的术语是最大的拉伸强度和屈服强度。这两种强度表示了该材料两个不同方面。最大拉伸强度，UTS，（有时简单地称为拉伸强度）与金属的最大承载能力有关，也就是当材料失效时的强度。 为了定义屈服强度，有必要理解金属”弹性变形”的含义。弹性变形是指金属在载荷下变形，当移掉此载荷，将不引起永久性的变形。弹性变形可以用一个熟悉的例子来说明；一条橡皮筋是一种典型的弹性材料。当它受载时会伸长，但当载荷去掉时，它会恢复原形。当金属在其弹性区域内受载时，它会有一些伸长。在这弹性范围内，伸长的量直接与所加的载荷成比例，所以弹性变形是线性的。当金属弹性运作，它能够伸长到某一点，当载荷移掉时，它可以回到原来的长度。这就是说，它没有发生永久变形。图6.1就说明了这一点。 如果金属在其弹性极限外被施加应力，它就无法再进行弹性活动。它的形为现在可以称为塑性变形，就是出现永久变形。这也意味着应力应变图关系不再是线性的了。一旦塑性变形出现，当所施的载荷移掉时，材料将不会恢复到其原来的长度，而发生了永久变形。 材料从其弹性至塑性转换的点称为该材料的屈服点。因此屈服强度就是材料能够承受从弹性至塑性的强度。这个数值是极其重要的。因为大部分设计师都用此值作为某些结构最大载荷限度的基础。这是必要的。因为一个结构可以起作用，除非所受应力超过了其屈服点，并且成为永久性的变形。 拉伸强度和屈服强度通常是由一个拉伸试验来确定的。一个已知横截面积的试件加载，其应力就可以以每平方英吋磅来确定。那么当试件被加载至失效，它就能被确定以每平方英吋磅为基础的承载的能力。下面这一例子就显示了一种材料它们之间的相互关系。 拉伸试验的拉伸强度为60,000 psi。此金属能承受的最大负荷是 60,000 psi 乘以横截面积。 对于一1英吋 x 1英吋的部件（截面积为1平方英吋）： 最大负荷= 60,000 psi x 1 in2 最大负荷= 60,000 磅 对于一2英吋 x 2英吋的部件（截面积为4平方英吋）： 最大负荷= 60,000 psi x 4 in2