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第二篇 材料与焊接 第八章 化工设备材料 第二节 材料的性能 力学性能、物理性能、化学性能和加工性能 一、力学性能 决定许用应力 强度、硬度、弹性、塑性、韧性等 常温强度指标： 屈服强度和抗拉(压)强度 屈强比适当 蠕变极限σn 疲劳极限σr , σr= σmin/ σmax ,应力循环系数或应力比 σ-1,以106-107次不被破坏的应力 2、硬度 局部抵抗能力 弹性、强度与塑性的综合性能指标 压入硬度：布氏硬度(HB)、洛氏硬度(HRC、HRB)和维氏硬度(HV) 低碳钢 σb=0.36 HB 高碳钢 σb=0.34 HB 灰铸铁 σb=0.1 HB 3、塑性 延伸率 δ 4、冲击韧性 冲击韧度αk，使其破坏所消耗的功或吸收的能除以试件的截面面积 低温容器所用钢板αk值不得低于30J/cm2 二、物理性能 密度、熔点、比热容、热导率、线膨胀系数、导电性、磁性、弹性模量与泊松比等。 三、化学性能 1、耐腐蚀性 金属和合金对周围介质侵蚀的抵抗能力 2、抗氧化性 高温氧化，降低表面硬度和抗疲劳强度 选耐热材料 四、加工工艺性能 1、可铸性：收缩与偏析 2、可锻性 3、焊接性 4、可切削加工性 第三节 碳钢与铸铁 “铁碳合金”由95％以上铁和0.05％～4％碳及1％左右杂质元素所组成合金 一般含碳量0.02％～2％称为钢； 大于2％称为铸铁； 当含碳量小于0.02％时称纯铁(工业纯铁)； 含碳量大于4.3％的铸铁极脆 一、铁碳合金的组织结构 1、金属的组织与结构 在金相显微镜下看到的金属的晶粒，简称组织 电子显微镜观察到金属原子各种规则排列，称为金属的晶体结构，简称结构 不同温度下纯铁体心立方与面心立方晶格 铸铁一般碳以石墨形式存在，有不同的组织形貌。 2、纯铁的同素异构转变 体心立方晶格的纯铁称a-Fe，面心立方晶格的铁称为g-Fe。 a-Fe加热可变为g-Fe，反之高温下的g-Fe冷却可变为a-Fe。 在固态下晶体构造随温度发生变化的现象，称“同素异构转变”。 纯铁的同素异构转变是在910℃恒温下完成的。在固态下重新排列、结晶过程。是钢进行热处理的依据。 3、碳钢的基本组织 碳在铁中的存在形式有固溶体、化合物和混合物三种。 固溶体：两种或两种以上的元素在固态下互相溶解，而仍然保持溶剂晶格原来形式的物体 这三种不同的存在形式，形成了不同的碳钢组织。 （1）铁素体 碳溶解在a-Fe中形成固溶体称铁素体。 a-Fe原子间隙小，溶碳能力低（室温下0.006％），强度和硬度低，但塑性和韧性很好。 低碳钢是含铁素体的钢，具有软而韧的性能。 （2）奥氏体 碳溶解在g-Fe铁中形成固溶体称奥氏体。 g-Fe原子间隙较大，碳的溶解度比a-Fe中大得多，如在723℃时可溶解0.8％，在1147℃时可达最大值2.06％。 奥氏体组织是在a-Fe发生同素异构转变时产生的。由于奥氏体有较大的溶解度，故塑性、韧性较好，且无磁性。 （3）渗碳体 碳和铁形成一种化合物（Fe3C）称渗碳体。 熔点约1600℃，硬度高，塑性几乎等于零。 铁碳合金含碳量小于2％时，其组织是在铁素体中散布着渗碳体，是碳素钢。 含碳量大于2％时，部分碳以石墨形式存在，称铸铁。抗拉强度和塑性都比碳钢低。但铸铁具有一定消震能力。 （4）珠光体 铁素体与渗碳体的机械混合物。 力学性能介于铁素体和渗碳体之间，即其强度、硬度比铁素体显著提高；塑性、韧性比铁素体差，但比渗碳体要好得多。 （5）莱氏体 珠光体和初次渗碳体的共晶混合物。 具有较高的硬度，是一种较粗而硬的金相组织，存在于白口铸铁、高碳钢中。 （6）马氏体 钢和铁从高温急冷下来的组织，是碳原子在a-Fe中过饱和的固溶体。 具有很高的硬度，但很脆，延伸性低，几乎不能承受冲击载荷。 二、铁碳合金状态图 所有生铁组织中都有莱氏体，多数碳以石墨状存在，用作铸件的生铁称为铸铁。 三、钢的热处理 钢、铁固态下加热、保温和不同的冷却方式，改变金相组织以满足所要求的物理、化学与力学性能，称为热处理。 1、退火和正火 退火：缓慢加热到临界点以上的某一温度，保温一段时间，随炉缓慢冷却。 目的：细化晶粒，提高力学性能；降低硬度、提高塑性、便于冷加工；消除部分内应力，防止工件变形。 正火是置于空气中冷却。晶粒变细，韧性可显著提高。 铸、锻件切削加工前一般进行退火或正火。 2、淬火和回火 加热至淬火温度(临界点以上30℃～50℃)，并保温一段时间，后投入淬火剂中冷却。 淬火后得到的组织是马氏体。增加硬度、强度和耐磨性。 淬火剂有空气、油、水、盐水，冷却能力递增。 碳钢在水和盐水中淬火，合金钢在油中淬火。 回火是淬火后进行的一种较低温度的加热与冷却热处理工艺。 回火可以降低或消除零件淬火后的内应力，提高韧性。 在150℃～250℃范围