【2017年整理】08 金属考试培训资料.doc

一、金属材料基础知识 1、金属的晶体结构 将晶体中原子或原子团抽象为纯几何点，即可得到一个由无数几何点在三维空间排列成规则的数组—空间点阵。晶体结构的基本特征：原子（或分子、离子）在三维空间呈周期性重复排列。常见的晶体结构有体心立方、面心立方、密排六方。 通常所说的α-铁即为体心立方结构，γ-铁即为面心立方结构，Fe3C（渗碳体）即为密排六方结构。 铁素体：碳溶于α-铁中的间隙固溶体； 奥氏体：碳溶于γ-铁中的间隙固溶体； 马氏体：碳在α-铁中的过饱和固溶体； 珠光体：铁素体和渗碳体组织的机械混合物。 火电厂常见的如20G、15CrMo即为铁素体加珠光体结构；12Cr1MoV即为铁素体加粒状贝氏体或铁素体加珠光体或铁素体加粒状贝氏体加珠光体；12Cr2MoWVTiB为回火贝氏体组织；T91为回火马氏体组织；TP304H，TP347H，发电机转子护环Mn18Cr18为奥氏体组织。 低碳钢（C≤0.25%）；中碳钢（C≤0.25～0.60%）；高碳钢（C≥0.60%） 随着含碳量的增加钢的强度和硬度逐渐增加，塑性逐步下降，当含碳量超过0.6%以后强度增加就不明显了，达到1%时基本就达到硬度极限了，所以高碳钢的含碳量上限为0.6%，再高就脆了。火电厂常用金属材料的的含碳量均低于0.25%（GB 5310-2008）. 合金钢：在普通钢的基础上，为了改善钢的性能，在冶炼时有目的加入一些合金元素的钢，称为合金钢。合金元素总量小于5%的合金钢叫做低合金钢，5%～10%为中合金钢，大于10%的为高合金钢。用于制造锅炉受压元件的钢板其20℃时的伸长率δ5 应不小于18%。 其中12Cr1MoV和12Cr2MoWVTiB均为低合金钢，T91，TP304H，TP347H均为高合金钢。 镇静钢：镇静钢为完全脱氧的钢。 沸腾钢：沸腾钢为脱氧不完全的钢。 制造锅炉受压元件的金属材料必须是镇静钢。 2、金属材料的性能 2.1 金属材料的力学性能 力学性能是指金属材料外力作用下所表现出来的抵抗变形和破坏的能力。金属力学性能的指针有强度、塑性、硬度、冲击韧性和疲劳强度等。 强度：材料在静载荷作用下抵抗塑性变形和断裂的能力。强度指标主要有屈服强度和抗拉强度。 屈服强度：材料在承受外力时，当外力不再增加而继续发生塑性变形的现象，叫屈服。开始产生屈服现象时的应力，叫屈服强度。用σs表示。 抗拉强度：指试样在拉断前所承受的最大应力。用σb表示。 塑性：指金属材料产生塑性变形而不破坏的能力。 硬度：指金属表面抵抗其他更硬物压入的能力。目前针对火电厂金属材料硬度控制范围用的较多的是布氏硬度HB。 疲劳：金属材料在远低于其屈服强度的交变应力长期作用下发生断裂的现象，称为金属的疲劳。如齿轮、汽轮机叶片、轴以及某些焊接件的破坏等。疲劳破坏的特点是：（1）引起疲劳断裂的应力低于静载荷下的屈服强度（σs）；（2）疲劳断裂时无明显的宏观塑性变形，而是突然破坏，具有很大的危险性；（3）疲劳断面上显示出裂纹源、裂纹扩展区和最后断裂区三个组成部分。一般认为疲劳断裂的原因是由于零件应力集中严重或材料本身强度较低的部位（裂纹、夹杂、刀痕等缺陷）在交变应力的作用下产生了疲劳裂纹，随着应力循环次数的增加，裂纹缓慢扩展，有效承载面积不断减小，当剩余面积不能承受所加载荷时，发生突然断裂现象。金属材料所承受的交变载荷越大，材料的寿命越短；反之，则越长。 注：对于电厂割管取样时，应避免由于机加工使表面产生硬化及过热而改变其力学性能。对过热器进行割管检查时，不宜采用火焰割方法割管。 2.2 金属材料的工艺性能 工艺性能好的金属材料易于承受加工，生产成本低；工艺性能差的金属材料在承受加工时工艺复杂，加工成本低。火电厂用的较多的是焊接性能。 金属材料获得优质焊接接头的能力，称为金属的焊接性，也称可焊性。焊接性的好坏，主要以焊接有无裂纹、气孔等缺陷以及焊接接头的力学性能来衡量。影响焊接性能的主要因素是钢的含碳量。随着含碳量的增加，焊后产生裂纹的倾向增大。钢中其他合金元素的影响相对小些。 3、钢的热处理 钢的热处理是指将钢在固态进行加热、保温和冷却来改变钢的组织，从而改变钢的性能的工艺，称为热处理。通常的热处理方式包括：退火、正火、淬火、回火。 退火：把钢件加热到略高于临界点（AC1、AC3）某一温度，保温一定时间，然后缓慢冷却（一般随炉冷却），这一工艺过程叫退火。 淬火：将钢加热到AC3或AC1以上30～50度，保温后快速冷却的一种热处理工艺，称为淬火。淬火是使钢强化的最重要的方法，其主要目的是为了获得马氏体组织，提高钢的力学性能。淬火能否得到预期的目的，与淬火温度、保温及冷却速度等紧密相关。 回火：回火是将淬火钢加热到A1以下的某一温度，保温后在油中或空气中冷却的一种热处理工艺。大多数钢淬火后虽