电厂金属材料基础知识
金属材料的基础知识
一、金属材料的分类方法：金属材料分为两大类：即黑色金属与有色金属
1、黑色金属元素：铁、锰、铬
2、有色金属元素：除上述三种元素外，其余称为有色金属元素。
通常将以铁、锰、铬为基的合金称为黑色金属，以铁为基的合金称为钢，以其余金属元素为基的合金称为有色金属。
二、金属材料的表示方法。
钢的编号方法：根据国标GB/T221-2000《钢铁产品牌号表示方法》的规定，一般采用汉语拼音字母、化学元素符号和阿拉伯数字相结合的方法表示。世界各国的钢号表示方法不一致，主要因为习惯上各自采用本国的国家标准，某部门标准或协会团体标准中的钢号表示方法，这给技术交流等带来很大的不便。
有色金属的编号方法：有色金属及其合金编号方法与钢的编号方法大致相同，都是采用汉语拼音字母，化学元素符号和阿拉伯数字相结合的方法表示。因为铝合金与钛合金分类方法相对简单，放在铝合金和钛合金的材料牌号中一般不出现化学元素符号。
三、合金元素在钢中的作用
铝 碳 铬 量增加而降低，主要是焊接过程中易产生冷裂纹。 铜 锰 6、氧 7、磷 8、硫 9、硅 强。但同时也相应地降低钢的韧性和塑性。硅还提高钢的淬透性和抗回火性，对钢综合的力学性能特别是对弹性极限，屈强比的提高较显著，并可增强钢在大气中的耐蚀性。硅提高和改善钢的电阻率和磁导率，降低磁滞损耗，为硅钢片的主要合金元素。硅是耐热钢中抗高温腐蚀的有益元素。在高温下，在含硅的耐热钢表面上形成一层保护性好、致密的SiO2膜。实践证明：钢中含硅量达1-2%时，就有明显的高温抗氧化效果，但硅含量过高会导致钢的塑性下降，因此耐热钢中硅的含量一般在3%以下。 10、钨 四、金属材料组织 1、奥氏体：不锈钢 奥氏体是碳溶于γ铁中的固溶体。在钢的各种组织中奥氏体的体积最小，线彭涨系数最大，除渗碳体外，在钢的各种组织中，奥氏体的导热性能最差。奥氏体的塑性高，屈服强度低，容易塑性变形加工成形，所以钢的锻造加工常常要求在奥氏体稳定在高温区域进行。 2、铁素体 铁素体具有体心立方点阵结构，碳在其中最大溶解度为 0.0218%<727℃）室温是碳几乎不溶于铁素体中。压力容器用碳素结构 钢及低中合金钢均为碳含量小于25%的亚共析钢，这类钢在冷却过程中自奥氏体中析出先共析铁素体。 3、珠光体 珠光体由铁素体与渗碳体机械混合组成，其典型形态为片状或层状。 钢中珠光体的力学性能主要取决于钢的化学成份和热处理后所获得的组织形态。珠光体团直径和层间距离越小，强度越高，塑性也越大。 4、贝氏体R102 钢中贝氏体是过冷奥氏体在中温区域分解后所得的产物，它一般是由铁素体和碳化物所组成的片状组织。贝氏体大致可分为以下几种①上贝氏体②下贝氏体③无碳化物贝氏体④粒状贝氏体⑤反常贝氏体和粒状贝氏体 5、马氏体：P91 钢经过奥氏体化后快速冷却抵制其扩散性分解，在较低温度下发生的转变称为马氏体转变。 钢中马氏体是最主要的特性就是高硬度，高强度，其硬度随含碳量的增加而升高，引起马氏体高强度的原因是多方面的，其中主要包括相变强化、碳原子的固溶强化和时效强化等。 五、力学性能 1、金属材料在静拉伸下的力学性能 金属材料在静拉伸下的力学性能指标主要有屈服强度<δs）、抗 拉强度<δb）、伸长率<δ）和断面收缩率<ψ）。 A、屈服强度<δs） 屈服强度<屈服点）是表征金属材料在静拉力作用下开始塑性变形 的抗力指标，是项目技术上最为重要的力学性能指标之一。因为在 生产实际中，绝大部分项目构件和机械零件，在其服役过程中都处 于弹性变形阶段，不允许有微量塑性变形产生，像高压容器，如其 紧固螺栓发生塑性变形，即无法正常工作，屈服强度标志着金属对 起始塑性变形的抗加，对于实际金属<多晶体）来说，因为起始塑 性变形的非同时性特点，无法测定这一抗力指标，因而不得不用条 件规定的办法。 对于退火，正火，调质状态的碳素钢和低合金钢存在物理屈服现 象，在应力-应变曲线上出现上、下屈服点和屈服平台，这类材料取 其下屈服点的强度为该材料的屈服强度。 B、抗拉强度<δb） 抗拉强度是代表最大均匀塑性变形抗力的指标 抗拉强度是静拉伸实验中最容易测定的力学性能指标，而且是重现 性好的性能指标，所以适合于做为产品规格说明或质量控制的标 志。 C、伸长率<δ）和断面收缩率<ψ） 伸长率和断面收缩率是静拉伸下衡量金属塑性变形能力的指标。 2、冲击韧性和低温脆性 <1）冲击韧性冲击韧性值的大小代表金属材料抗冲击载荷能力的大小，冲击载荷就是作用力在极短时间内有着很大变化幅度的载荷大小用AKV来表示，单位为焦耳。 <2）低温脆性 除面心立方金属外，其他金属随温度下降都可能发生曲韧性向脆性的转变，其标志是在一定温度下冲击值或断面收缩率急剧下降，这种现象称为冷脆。能明显改变晶粒大小的各种合金化，热处理手段，均能显著的改变金属材料的脆化趋势，晶粒越细，冷脆转变温度越低，冲击韧性值也越大。 3、断裂韧性 断裂是项目构件最危险的一种失效方式，项目设计时必须考虑如何防止断裂事故，断裂有两种类型，即韧性断裂和脆性断裂，发生韧性断裂时，断裂前有明显的宏观塑性变形，容易被检测和发现。而脆性断裂往往是突发的，事先很难发现断裂的征兆，因此脆性断裂比韧性断裂具有更大的危险性。 4、金属的疲劳 零件在交变应力作用下的损坏称为疲劳损坏，据统计在机械零件失效中有80%以上属于疲劳破坏，例如大多数轴类零件通常受到的交变应力为对称循环应力，这种应力可以是弯曲应力，扭转应力，或者是两者的复合。如火车的车轴，是弯曲疲劳的典型！汽车的传动轴后桥半轴主要是承受扭转疲劳，柴油机曲轴和汽轮机主轴则是弯曲和扭转疲劳的复合。又如，齿轮在啮合过程中所受的载荷在零到某一极大值之间变化，而缸盖螺栓则处于大拉小的状态中，这类情况为拉-拉疲劳，连杆不同于螺栓，始终处于小拉大压的负荷中，这类情况称为拉-压疲劳。 5、环境介质作用下力学行为 (1)应力腐蚀： 材料或零件在应力和腐蚀材料的作用下引起的破坏称为应力腐蚀。 应力腐蚀主要特点有以下几个： 造成应力腐蚀破坏的应力必须是拉应力。这个应力可以 是外加应力，也可以是焊接，冷加工或处理产生的残留 应力，但必须是拉应力。 <2）氢脆 氢脆就是金属材料因吸收氢而引起的脆化现象，引起金属脆化的氢有各种不同的来源。 <3）腐蚀疲劳 金属材料在腐蚀介质与交变应力共同作用下所产生的失效现象称 为金属材料腐蚀疲劳。金属材料在腐蚀介质和交变应力联合作用 下，那些单纯受腐蚀时表面形成的蚀坑或裂纹，本可有一层保护膜 覆盖。但同时还存在交变应力的作用，使这层保护膜不断受到破 坏，以致暴露在腐蚀环境中的一直是新鲜的金属表面，这样腐蚀疲 劳强度就大大下降。 6、工艺性能 （1）焊接性 金属材料焊接性是指被焊接金属在一般焊接工艺条件下，获 得优质焊接接头的能力。在焊接过程中有些材料容易产生某 些焊接缺陷，如气孔，夹渣，裂纹等，并使焊缝和近缝区性 能变化，所以往往需要特殊的工艺措施，应用特定的焊接方 法，才能保证焊接质量。 （2）可锻性 金属可锻性是衡量其经受锻压难易程度的工艺性能。可锻性 的优劣以金属的塑性和变形抗力来综合评定。塑性高则金属 变形不易开裂，变形抗力小则锻压省力，而且不易磨损工具 和模具，这样的金属具有良好的可锻性。 金属元素含量越多，金属的可锻性就越差，金属的结晶组织 与可锻性有很大关系。由单一固溶体组成的合金，都有较好 的可锻性。如果合金中含有多种性能不同的组织，则锻压时 因为各组织变形不均就容易开裂，因此锻造大都是在高级单 一奥氏体区进行。 六、金属材料的热处理 1、铁碳合金相图 （1）铁碳合金的基本相及其性能 铁碳合金固态下的基本相分为两大类，即固容体和金属化合 物。固态铁碳合金的基本相为铁素体、奥氏体和渗碳体。 铁素体有很好的塑性和韧性，但强度、硬度较低，在铁碳 合金中是软韧相，铁素体是912℃以下的平衡相，也称为常 温相，在铁碳合金相图中用符号F表示。 奥氏体是727℃以上的平衡相，也称高温相，在高温下，面 心立方晶格的奥氏体具有极好的塑性，所以碳钢具有很好 的轧、锻等热加工工艺性能，在铁碳合金相图中奥氏体用A 表示。 渗碳体的硬度高达800HV，大约是铁素体硬度的10倍，但 极脆，塑性几乎为零。在铁碳合金中它是硬脆相，是碳钢 铁主要强化相，在铁碳合金相图中渗碳体用Fe3C表示。 2、铁碳合金相图图形 以温度和铁碳合金元素浓度为坐标，来表示不同浓度的铁碳合 金在不同温度下的组织结构简明图解称为铁碳合金平衡状态 图。 3、奥氏体晶粒长大及其影响 <1）奥氏体晶粒长大 奥氏体形成后，继续加热或保温，晶粒将会长大，其长大过程是晶粒相互吞并的过程，奥氏体晶粒长大会减少晶粒总面积，降低 系统自由能，所以奥氏体晶粒长大是一自发过程。晶粒细小， 冷却转变后组织也细小，其强度和韧性都较高，反之，塑性、 韧性下降，脆性提高，淬火时容易开裂。 （2）奥氏体晶粒度 晶粒度是表示晶粒大小的尺度，有以下三种不同的概念。 A：起始晶粒度：指铁素体向奥氏体转变刚完成时的奥氏体晶粒度的大小。实际应用很少。 B：实际晶粒度：指某一热处理后或热加工条件下，所得到的奥氏体晶粒大小可以测定。它直接影响处理后的性能，实际晶粒度 一般分为8级，数字越大，晶粒越细，1-4级为粗晶粒，5-8级为细 晶粒。 C：本质晶粒度：将钢加热到<930℃±10℃），并保温8h后，测定奥氏体晶粒大小，若得到的奥氏体实际晶粒度为1-4级，属于 本质粗晶粒度钢，若测得5-8级晶粒度，测属于本质细晶粒钢。在 压力容器设计过程中，多数选用本质细晶粒钢。 七、压力容器和钢的处理 压力容器用钢热处理类别是不多的。常见类型有正火，淬火回火温消除热应力退火等。奥氏体不锈钢有固溶化和稳定化处理。 1、退火 将钢加热到高于或低于奥氏体化临界点，保温一段时间，然后 缓慢冷却<一般随即冷却）以获得接近平衡组织的热处理工艺称 退火。在压力容器制造过程中，应用最多的是去应力退火。 (1)去应力退火的目的和作用 为了消除因为焊接、塑性变形加工及切削加工造成的残余应力而 进行的退火称为去应力退火，去应力退火的加热保温温度在相变 点以下。 在压力容器制造中，去应力退火主要用于消除复合钢板复层贴金 后的残余应力，消除产品封头，简体等零件冷成形及中温成形后 的残余应力，消除焊接接头中的内应力和冷作硬化，提高抗头抗 脆断能力，稳定焊接构件的形状，消除焊件在焊后机加工和使用 过程中的变形，促使焊缝金属中的氢完全向外扩散，从而提高焊 缝的抗塑性和韧性。 去应力退火在压力容器行业中常习惯称之为高温回火或焊后热处 理，但广义焊后热处理还应包括正火、固溶化处理等热处理。 <2）去应力退火裂纹 压力容器用钢，特别是含Nb的奥氏体、不锈钢、铁素体、 耐热钢、低合金高强钢，在焊后去应力退火过程中往往在焊 缝热影响区接近容合线的粗晶粒区产生小继续的裂纹，通常 称为去应力退火裂纹。 产生这种裂纹的原因，主要是钢内存在较多的碳化物形成元 素，具有较高的沿淀硬化倾向。 为了防止去应力退火时形成裂纹，可以严格控制V，Nb,Ti 等再热裂纹敏感性元素，采用低氢焊条，小能量，小焊条焊 接，适当提高焊接预热、后热温度，选用合适的去应力退火 规范等。 2、正火 将钢加热至奥氏体化温度并保温使之均匀化后，在空气中冷却的热处理工艺称为正火。压力容器常用的碳钢和低合金钢通过正火，可以提高力学性能和化晶粒，改善组织<如消除魏氏组织，带状组织，大块铁素铁等）。 （1）常用压力容器钢的正火工艺 正火加热温度一般为A C3以上30-50℃，保温时间根据钢材 有效厚度，一般按每毫M保温1.5-2.5min计算，冷却方式 一般为空冷，也可采用风冷，以及喷雾冷却，厚度超200mm, 也可采用水加速冷却正火。 （2）过热和过烧 钢在加热时，因为温度进高，并且较长时间保温会使晶粒长 的很粗大，致使性能显著降低的现象，称为过热，过热钢一 般呈石状断口，断口表面呈小丘状粗晶结构，晶粒无金属光 泽，仿佛被熔化过，过热可以通过正火或高温扩散退火等热 处理方法矫正和恢复。 钢加热时，加热温度比过热温度还要高，达到固相线附近 时，会发生晶界开始部分熔化或氧化现象，称为过烧，过烧 钢不能用热处理方法来恢复，只能报废。 3、淬火 将钢加热到临界点以上，保温后迅速冷却下来，以得到马氏 体或贝氏体组织的热处理工艺称为淬火。 （1）压力容器钢淬火的特点与方法 压力容器用低碳钢和低合金钢淬火是为了获得低碳马氏体或 者贝氏体组织，低碳马氏体是板条马氏体，具有高强度，良 好的韧性，低的脆性转变温度，一般此类钢的淬火冷却均采 用水冷，主要有以下三种方式： A：喷淋淬火 喷淋淬火冷却效果好，均匀工件变形小。 对于冷成形制造的球罐等压力容器，热形制造的压力容器筒 节、封头等零部件，都采用喷淋淬火，为保证喷淋管道喷射 水柱有一定压力，又避免喷射孔堵塞，喷孔一般为 2.5- 3mm，但喷射孔不能太多。 B：在强烈循环水中浸入淬火 在淬火槽内用消耗使水强制循环，提高冷却能力。 C：浸入法： 将工件整体浸入大的静止水槽内冷却，此前两种效果差一 些，但设备简单易行。 （2）钢的淬火加热温度和保温时间与正火工艺基本相同。 4、回火 压力容器用钢回火一般采用高温回火处理，回火后的组 织一般为回火马氏体或回火马氏体+回火贝氏体，对于正 火后获得铁素体+珠光体组织的钢种一般没有必要进行高 温回火。 （2）回火工艺 压力容器用钢回火处理加热温度随钢种和力学性 能要求不同而异，保温时间以板厚(锻件以最大厚度> 每毫M保温2.5-3.5min,或者按每25mm保温1h计 算。 5、回火脆性与回火脆化 （1）回火脆性 随着回火温度的提高，一般钢的硬度和抗拉强度都降低，伸长率和断面收缩率则增加，但冲击韧性不 一定，回火温度的增高而简单的增加，因为有一些钢 在某一温度区域回火时，其冲击韧性随回火温度增高 反而降低，这种现象称回火脆性。 回火脆性基本上分为两类，即第一类回火脆性和第二类 回火脆性。 在250-400℃回火时出现的脆性，称第一类回火脆性，凡是淬火后形成的马氏体组织的钢，在此温度 区间，回火都有可能发生这种脆化现象，因为这类回 火脆性一旦出现就不易消除，所以也称为不可逆回火 脆性。 在450-600℃回火或更高温度<600-700℃）回火后缓冷 时出现的脆性称为第二类回火脆性，第二类回火脆性主 要产生于铬钢、锰钢和铬镍钢，出现这类回火脆性时， 可重新加热至回火温度<稍高于脆化温度范围）。然后快 冷至室温的方法来消除，所以这类回火脆性又称之为可 逆回火脆性，在钢中加0.3%-0.5%的钼可有效抑制这类 回火脆性的产生。 总之，产生第一类回火脆性的钢件，需重新加热淬火或正火才能消除脆性，产生第二类回火脆性的钢 件应重新回火并快速冷却，就可以消除脆性。 （2）回火脆化 钢制压力容器在380-750℃温度范围内长期使 用，使钢材脆化的现象称之为回火脆化，这并不是回 火热处理后产生的脆性，而是钢在高温下长时间使用 过程中产生的，请注意两都之间的区别。一般碳钢不 会出现回火脆化，公在铬镍钢、铬钼钢、铬镍钼钢中 才出现，合金元素锰和硅及钢中杂元素，磷、砷、 锡、碲等会促使钢脆化。 为防止压力容器用钢高及长期使用发生脆化，一般通过 控制钢的化学成份来减小回火脆化的倾向。 6、调质： 钢材淬火后再进行回火的热处理工艺方法称为调质。压力容器用低碳钢和低合金钢采用调质处理，可以提高钢材的强度和韧性，以更好发挥材料的潜力。 7、稳定化处理 含稳定化元素的奥氏体不锈钢在850-900℃加热，并保温一段时间，然后空冷，使碳充分与稳定化元素<如钛）形成碳化物，并使奥氏体晶内元素扩散均匀。从而提高晶间腐蚀处理方法，称稳定化处理。 8、固溶化处理 将奥氏体不锈钢加热至1100℃左右的高温并保温，有碳化物充分深入奥氏体中，然后以较快的速度冷却<一般采用水冷或风冷），以获得碳化物完全溶于奥氏体基体均有的单相组织，从而提高抗晶间腐蚀和延展性的工艺方法称之为固溶化处理。 对于奥氏体不锈钢碳化物完全溶入奥氏体的温度一般高于900℃，奥氏体不锈钢的碳化物主要是铬的碳化物。它在奥氏体中溶解相当缓慢，欲使之在较短时间内完全溶解并均匀化，必须采用更高温度，但温度太高又会使晶粒过分粗大，影响钢的使用性能。故在实际生产中一般采用加热温度1000-1150℃，保温时间一般按1-1.5min/mm计算。 八、碳素钢和低合金钢 1、碳素钢特点与应用 碳素钢是指钢中不特意加入其他金属元素，除铁和炭以处，只含有少量硅、锰、硫、磷等杂质元素的铁碳合金。碳素钢生产 工艺较简单，价格低廉，工艺性能良好，因而在机械制造业中得 到广泛应用。 碳素钢包括普通碳素钢，优质碳素钢，压力容器用和锅炉用碳素钢 等多种类型。 锅炉和压力容器制造中，低碳钢得到了广泛的应用。 受压元件所用的主要有两类： 一类是优质碳素结构钢，另一类是专用碳素钢最常用的是20钢和10钢轧制的无缝钢管制作锅炉受热后管件集箱，汽水管道， 换热器列管等受压元件，10钢和20钢具有良好的塑性，加工工 艺性能好，焊接性能也好，20钢的含碳量比10钢高20%，近年来 大多采用20钢，并在此基础上派生出来，专用碳素钢如15g、 20g、20R等，主要是对硫磷等有害元素控制更加严格，对钢材表 面质量和内部缺陷的要求也较高。 对锅炉与压力容器用钢的化学成份有严格的的审批同意。力学性能也必须保证。特别对冲击韧性有较严格的要求，并要求其 时效敏感性小。保证良好的塑性和韧性。组织结构应该均匀一 致，晶粒度希望能控制在一定范围内<晶粒度一般控制在3-7级 间）应尽量减少夹层，收缩，疏松及气孔等缺陷。 九、低合金结构钢 1、特点和应用 低合金结构钢是在碳素结构钢的基础上，加入少量合金元素，提高其强度，并改善其实用性能而发展起来的一类项 目结构用钢，其合金总含量不超过5%，一般在3%以下，是介 于碳结构钢和合金结构钢之间的一类钢。 锰是钢中的最基本合金元素，在碳钢中主要通过固溶强 化来提高钢的强度，在低合金钢中主要利用其降低相变温 度，同时较大程度推迟珠光体转变，细化先析出铁素铁及贝 氏体型尺寸来提高钢的强度和韧性，钒、钛、铌是微合金化 元素，通过细化晶粒以及析出强化作用来明显改善钢的强韧 性，并可使钢板获得良好的焊接性。 低合金结构钢的生产工艺相对比较简单，交货状态多为热轧和正火，部分钢种为正火加回火或调质。焊接性能优 良，其中以高强度低焊接裂纹敏感性钢<屈服强度490MPa以 上）的强韧性匹配及焊接性能更为优良，以调质状态供货。 十、一般国产锅炉用钢材： 国产锅炉<主蒸汽参数570℃以下）用钢材 ①锅炉过热器管 12Cr1MoV钢市我国制造锅炉的主要钢种，与西方国家用的T22、10CrMo910钢相比，该钢具有较高的热强性 能，组织稳定性和良好的抗氧化性能，工艺性能比T22 之类钢略差，因为做了大量工艺实验研究工作，已掌握 住其工艺特点，易于制造，不论生产任何压力的机组， 只要金属温度不超过580℃的受热面管，用12Cr1MoV 钢均有把握。 12CrMoWVTiB(也成钢102>钢，曾推荐用于600℃ ~620℃受热面管，数十年运行实践表明，该钢达到或略超过620℃时，氧化速度很快，而锅炉在启动和运行中，难免超过金属设计温度，为减少失效现象发生，后建议该钢用于设计温度600℃，在570℃~595℃这一温度区内，该钢具有足够的抗氧化性能，具比12Cr1MoV 钢，有较高的许用应力，是性能比好，是经考验的低合金热强钢钢种。 10Cr9Mo1VNb钢即西方各国通用的P91钢，已引进并列入我国高压锅炉无缝管标准。我国生产的10Cr9Mo1VNb钢规格、尺寸、化学成分、金相组织、力学性能<含高温瞬时力学性能）持久强度等都达到或超过技术标准<但国产P91实际达不到性能要求），弯管焊接工艺性能良好，适用于600℃~650℃受热面管，当该钢用于590℃~650℃范围时，许用应力分别高于12Cr2MoWVTiB和TP304H奥氏体钢。 1Cr19Ni11Nb和1Cr19Ni9钢为奥氏体不锈耐热钢，分别相当于A1S1TP347H和A1S1TP304H，原用于制造600℃~650℃的受热面钢管，因为引进了10Cr9Mo1VNb钢，这两个奥氏体钢只有在这一温度区中最高温度段才在许用应力与抗蚀性方面占有优势，即625℃以上用奥氏体钢较稳妥。 金属材料性能知识大汇总 1、关于拉伸力-伸长曲线和应力-应变曲线的问题 低碳钢的应力－应变曲线 a、拉伸过程的变形：弹性变形，屈服变形，加工硬化（均匀塑性变形），不均匀集中塑性变形。 b、相关公式：工程应力σ=F/A0；工程应变ε=ΔL/L0；比例极限σP；弹性极限σ ε；屈服点σS；抗拉强度σb；断裂强度σk。 真应变e=ln(L/L0)=ln(1+ε) ；真应力s=σ(1+ε)= σ*eε指数e为真应变。 c、相关理论：真应变总是小于工程应变，且变形量越大，二者差距越大；真应力大于工程应力。弹性变形阶段，真应力—真应变曲线和应力—应变曲线基本吻合；塑性变形阶段两者出线显著差异。 2、关于弹性变形的问题 a、相关概念 弹性：表征材料弹性变形的能力 刚度：表征材料弹性变形的抗力 弹性模量：反映弹性变形应力和应变关系的常数，E=σ/ε；工程上也称刚度，表征材料对弹性变形的抗力。 弹性比功：称弹性比能或应变比能，是材料在弹性变形过程中吸收变形功的能力，评价材料弹性的好坏。 包申格效应：金属材料经预先加载产生少量塑性变形，再同向加载，规定残余伸长应力增加；反向加载，规定残余伸长应力降低的现象。 滞弹性：（弹性后效）是指材料在快速加载或卸载后，随时间的延长而产生的附加弹性应变的性能。 弹性滞后环：非理想弹性的情况下，由于应力和应变不同步，使加载线与卸载线不重合而形成一封闭回线。 金属材料在交变载荷作用下吸收不可逆变形功的能力，称为金属的循环韧性，也叫内耗 b、相关理论： 弹性变形都是可逆的。 理想弹性变形具有单值性、可逆性，瞬时性。但由于实际金属为多晶体并存在各种缺陷，弹性变形时，并不是完整的。 弹性变形本质是构成材料的原子或离子或分子自平衡位置产生可逆变形的反映 金属材料的基本知识综合测试 一、判断题（正确的填√，错误的填×） 1、导热性好的金属散热也好，可用来制造散热器等零件。（） 2、一般，金属材料导热性比非金属材料差。（） 3、精密测量工具要选用膨胀系数较大的金属材料来制造。（） 4、易熔金属广泛用于火箭、导弹、飞机等。（） 5、铁磁性材料可用于变压器、测量仪表等。（） 6、δ、ψ值越大，表示材料的塑性越好。（） 7、维氏硬度测试手续较繁，不宜用于成批生产的常规检验。（） 8、布氏硬度不能测试很硬的工件。（） 9、布氏硬度与洛氏硬度实验条件不同，两种硬度没有换算关系。（） 10、布氏硬度试验常用于成品件和较薄工件的硬度。 11、在F、D一定时，布氏硬度值仅与压痕直径的大小有关，直径愈小，硬度值愈大。（） 12、材料硬度越高，耐磨性越好，抵抗局部变形的能力也越强。（） 13、疲劳强度是考虑交变载荷作用下材料表现出来的性能。（） 14、20钢比T12钢的含碳量高。（） 15、金属材料的工艺性能有铸造性、锻压性，焊接性、热处理性能、切削加工性能、硬度、强度等。（） 16、金属材料愈硬愈好切削加工。（） 17、含碳量大于%的钢为高碳钢，合金元素总含量大于10%的钢为高合金钢。（） 18、T10钢的平均含碳量比60Si2Mn的高。（） 19、一般来说低碳钢的锻压性最好，中碳钢次之，高碳钢最差。（） 20、布氏硬度的代号为HV，而洛氏硬度的代号为HR。（） 21、疲劳强度是考虑交变载荷作用下材料表现出来的性能。（） 22、某工人加工时，测量金属工件合格，交检验员后发现尺寸变动，其原因可能是金属材料有弹性变形。（） 二、选择题 1、下列性能不属于金属材料物理性能的是（）。 A、熔点 B、热膨胀性 C、耐腐蚀性 D、磁性 2、下列材料导电性最好的是（）。 A、铜 B、铝 C、铁烙合金 D、银 3、下列材料导热性最好的是（）。 A、银 B、塑料 C、铜 D、铝 4、铸造性能最好的是（）。 《金属材料基础知识》 第一部分金属材料及热处理基本知识 一，材料性能：通常所指的金属材料性能包括两个方面： 1，使用性能即为了保证机械零件、设备、结构件等能够正常工作，材料所应具备的性能，主要有力学性能（强度、硬度、刚度、塑性、韧性等），物理性能（密度、熔点、导热性、热膨胀性等）。使用性能决定了材料的应用范围，使用安全可靠性和寿命。 2，工艺性能即材料被制造成为零件、设备、结构件的过程中适应的各种冷、热加工的性能，如铸造、焊接、热处理、压力加工、切削加工等方面的性能。 工艺性能对制造成本、生产效率、产品质量有重要影响。 二，材料力学基本知识 金属材料在加工和使用过程中都要承受不同形式外力的作用，当达到或超过某一限度时，材料就会发生变形以至于断裂。材料在外力作用下所表现的一些性能称为材料的力学性能。 承压类特种设备材料的力学性能指标主要有强度、硬度、塑性、韧性等。这些指标可以通过力学性能试验测定。 1，强度金属的强度是指金属抵抗永久变形和断裂的能力。材料强度指标可以通过拉伸试验测出。抗拉强度σb和屈服强度σs是评价材料强度性能的两个主要指标。一般金属材料构件都是在弹性状态下工作的。是不允许发生塑性变形，所以机械设计中一般采用屈服强度σs作为强度指标，并加安全系数。2，塑性材料在载荷作用下断裂前发生不可逆永久变形的能力。评定材料塑性的指标通常用伸长率和断面收缩率。 伸长率δ=[（L1—L0）/L0]100% L0---试件原来的长度L1---试件拉断后的长度 断面收缩率φ=[（A1—A0）/A0]100% A0----试件原来的截面积A1---试件拉断后颈缩处的截面积 断面收缩率不受试件标距长度的影响，因此能够更可靠的反映材料的塑性。 对必须承受 强烈变形的材料，塑性优良的材料冷压成型的性能好。 3，硬度金属的硬度是材料抵抗局部塑性变形或表面损伤的能力。硬度与强度有一定的关系，一般情况下，硬度较高的材料其强度也较高，所以可以通过测试硬度来估算材料强度。另外，硬度较高的材料耐磨性也较好。 工程中常用的硬度测试方法有以下四种 （1）布氏硬度HB （2）洛氏硬度HRc（3）维氏硬度HV （4）里氏硬度HL 4，冲击韧性指材料在外加冲击载荷作用下断裂时消耗的能量大小的特性。 材料的冲击韧性通常是在摆锤式冲击试验机是测定的，摆锤冲断试样所作的功称为冲击吸收功。以Ak表示，Sn为断口处的截面积，则冲击韧性ak=Ak/Sn。 在承压类特种设备材料的冲击试验中应用较多。 三金属学与热处理的基本知识 1，金属的晶体结构--物质是由原子构成的。根据原子在物质内部的排列方式不同，可将物质分为晶体和非晶体两大类。凡内部原子呈现规则排列的物质称为晶体，凡内部原子呈现不规则排列的物质称为非晶体，所有固态金属都是晶体。 晶体内部原子的排列方式称为晶体结构。常见的晶体结构有： 金属材料及处理工艺基础知识 一、金属材料分类: 金属材料的分类有多种方式，有按照密度分的，价格分的…常用的是分类是把金属材料分成黑色金属和有色金属两大类。 1.黑色金属：通常指铁，锰、铬及它们的合金。常用的黑色材料为钢铁。其又分为三类：纯铁，钢，铸铁。 纯铁：其主要由Fe组成的，含C量在0.0218％以下，工业中很少用； 钢：含C量在0.0218%-2.3%之间的铁碳合金（不加其他元素的称碳素钢，加入其他合金元素的称合金钢）。其又可以按照成分分类（碳素钢，合金钢），用途分类（轴承钢，不锈钢，工具钢，模具钢，弹簧钢，渗碳用钢，耐磨钢，耐热钢…），品质分类（普通钢，优质钢，高级优质钢），成形方式分类（锻钢，铸钢，热轧钢，冷拉钢），形式分类（板材，棒材，管材，异形钢等）等等。 铸铁：含C量在2.3％-6.69％之间的铁碳合金成为铸铁。按石墨的形态其又可以分为灰铸铁，球墨铸铁，蠕墨铸铁等，石墨的不同形态和基体的配合而具有不同的性能。 2.有色金属：又称非铁金属，指除黑色金属外的金属和合金，如铜、锡、铅、锌、铝、镍锰以及黄铜、青铜、铝合金和轴承合金等。 二、金属材料的使用性能及指标 金属材料常用的性能指标有力学性能和物理性能。 1.力学性能：金属材料在外力作用下表现出来的各种特性，如弹性、塑性、韧性、强度、硬度等。 强度:金属材料在外力作用下抵抗变形和断裂的能力。屈服强度、抗拉强度是极为重要的强度指标，是金属材料选用的重要依据。强度的大小用应力来表示，即用单位面积所能承受的载荷(外力)来表示，常用单位为MPa。 屈服强度：金属试样在拉力试验过程中，载荷不再增加，而试样仍继续发生变形的现象，称为“屈服”。产生屈服现象时的应力，即开始产生塑性变形时的应力，称为屈服点，用符号σs表示，单位为MPa。一般的，材料达到屈服强度，就开始伴随着永久的塑性变形，因此其是非常重要的指标。 抗拉强度：金属试样在拉力试验时，拉断前所能承受的最大应力，用符号σb表示，单位为MPa。 塑性：金属材料在外力作用下产生永久变形(去掉外力后不能恢复原状的变形)，但不会被破坏的能力。 弹性：金属材料在外力作用下抵抗塑性变形的能力(去掉外力后能恢复原状的变形)。 伸长率：金属在拉力试验时，试样拉断后，其标距部分所增加的长度与原始 金属材料是指金属元素或以金属元素为主构成的具有金属特性的材料的统称。包括纯金属、合金、金属材料金属间化合物和特种金属材料等。（注：金 属氧化物（如氧化铝）不属于金属材料） 1.意义 人类文明的发展和社会的进步同金属材料关系十分密切。继石器时代之后 出现的铜器时代、铁器时代，均以金属材料的应用为其时代的显著标志。现代，种类繁多的金属材料已成为人类社会发展的重要物质基础。 2.种类 金属材料通常分为黑色金属、有色金属和特种金属材料。 （1）黑色金属又称钢铁材料，包括含铁90%以上的工业纯铁，含碳2%～4%的铸铁，含碳小于 2%的碳钢，以及各种用途的结构钢、不锈钢、耐热钢、高温合金、不锈钢、精密合金等。广义的黑色金属还包括铬、锰及其合金。 （2）有色金属是指除铁、铬、锰以外的所有金属及其合金，通常分为轻金属、重金属、贵金属、半金属、稀有金属和稀土金属等。有色合金的强度和硬 度一般比纯金属高，并且电阻大、电阻温度系数小。 （3）特种金属材料包括不同用途的结构金属材料和功能金属材料。其中有通过快速冷凝工艺获得的非晶态金属材料，以及准晶、微晶、纳米晶金属材料等；还有隐身、抗氢、超导、形状记忆、耐磨、减振阻尼等特殊功能合金以及 金属基复合材料等。 3.性能 一般分为工艺性能和使用性能两类。所谓工艺性能是指机械零件在加工制 造过程中，金属材料在所定的冷、热加工条件下表现出来的性能。金属材料工 艺性能的好坏，决定了它在制造过程中加工成形的适应能力。由于加工条件不同，要求的工艺性能也就不同，如铸造性能、可焊性、可锻性、热处理性能、 切削加工性等。 所谓使用性能是指机械零件在使用条件下，金属材料表现出来的性能，它 包括力学性能、物理性能、化学性能等。金属材料使用性能的好坏，决定了它 的使用范围与使用寿命。在机械制造业中，一般机械零件都是在常温、常压和 非常强烈腐蚀性介质中使用的，且在使用过程中各机械零件都将承受不同载荷 的作用。金属材料在载荷作用下抵抗破坏的性能，称为力学性能（过去也称为 机械性能）。金属材料的力学性能是零件的设计和选材时的主要依据。外加载 荷性质不同（例如拉伸、压缩、扭转、冲击、循环载荷等），对金属材料要求 的力学性能也将不同。常用的力学性能包括：强度、塑性、硬度、冲击韧性、 多次冲击抗力和疲劳极限等。 金属材料特质 金属材料名称常用基础术语 1．基础术语： 黑色金属：铁和铁的合金均称为黑色金属。如钢、生铁、铁合金、铸铁等。 纯铁：纯度很高的铁，化学纯铁含碳量几乎为零，工业纯铁含碳量<0.05%。纯铁是很软的，一般不应用到实际中。 铁碳合金：以铁为基础，以碳为主要添加元素的合金，统称为铁碳合金。如钢和生铁。 生铁：把铁矿石放到高炉中冶炼而成的，含碳量2％～4.3％（也有资料称3.5%—5.5%、2.11%-6.67%）的铁碳合金称为生铁。生铁质硬而脆，缺乏韧性，几乎没有塑性变形能力，因此不能通过锻造、轧制、拉拔等方法加工成形，主要用来炼钢和制造铸件，如白口铁、灰口铁和球墨铸铁。也有习惯上把炼钢生铁叫做生铁，把铸造生铁简称为铸铁。 白口铁：碳以Fe3C形态分布的生铁称为白口铁，其断口呈银白色，质硬而脆，不能进行机械加工，是炼钢的原料，故又称炼钢生铁。 灰口铁：碳以片状石墨形态分布的生铁称为灰口铁，其断口呈银灰色，由于石墨质软并有润滑作用，因而这种生铁具有良好的易切削、耐磨和铸造性能等优点。但是，由于有片状石墨的存在，降低了它的抗拉强度，使它不能锻轧，只能用于制造各种铸件，如铸造机床床座、铁管等。因此，通常把这种生铁叫做铸造生铁。 球墨铸铁：碳以球状石墨分布则称球墨铸铁，其机械性能、加工性能接近于钢。 钢：含碳量在0.04%-2.3%之间（也有资料称0.03%-1.2%）的铁碳合金称为钢。为了保证其韧性和塑性，含碳量一般不超过1.7%。钢的主要元素除铁、碳外，还有硅、锰、硫、磷等。 有色金属：又称非铁金属，指除黑色金属外的金属和合金，如铜、锡、铅、锌、铝等。第2章：钢的分类基础知识 1．按品质进行分类 ①普通钢：P≤0.045% S≤0.050%（如普通碳素结构钢Q195、Q235等） ②优质钢：P≤0.035% S≤0.035%（如优质碳素结构钢20号、45号钢等） ③高级优质钢：P≤0.035% S≤0.030%（比优质钢更优质，一般在钢号后加A以示区别，如08A等） 2．按化学成份进行分类 1）碳素钢： ①低碳钢：C≤0.25% ②中碳钢：C≤0.25~0.60% ③高碳钢：C≥0.60% 2）合金钢： ①低合金钢（合金元素总含量≤5%）； ②中合金钢（合金元素总含量＞5~10%）； ③高合金钢（合金元素总含量＞10%）。 3．按成形方法分类： ①锻钢 ②铸钢 ③热轧钢 ④冷拉钢。 4．按金相组织分类 1）退火状态的： ①亚共析钢（铁素体+珠光体）； ②共析钢（珠光体）； 金属材料基本知识 1、什么是变形？变形有几种形式？ 构件在外力作用下，发生尺寸和形状改变的现象。变形的基本形式：有弹性变形、永久变形（塑性变形）和断裂变形三种。构件在外力作用下发生变形，外力去除后能恢复原来形状和尺寸，材料的这一特性称为弹性。这种在外力去除后能消失的变形称为弹性变形。若外力去除后，只能部分的恢复原状，还残留一部分不能消失的变形，材料的这一特性称为塑性。外力去除后不能消失而永远残留的变形，称为塑性变形或残余变形，也称永久变形。工程上，一般要求构件在正常工作时，只能发生少量弹性变形，而不能出现永久变形。但对材料进行某种加工（如弯曲、压延、锻打）时，则希望它产生永久变形。 3、什么是强度？什么是刚度？什么是韧性？ 材料或构件承受外力时，抵抗塑性变形或破坏的能力称强度。钢材在较大外力作用下可能不被破坏，木材在较小外力作用下而可能会断裂，我们说钢材的强度比木材高。材料或构件承受外力时抵抗变形的能力称为刚度。刚度不仅与材料种类有关，还与构件的结构形式、尺寸等有关。比如管式空气预热器管箱与钢管省煤器组件相比，前者抗变形能力要比后者好，我们称前者的刚度强（好），后者的刚度弱（差）。刚度好的构件，在外力作用下的稳定性也好。材料抵抗冲击载荷的能力称为韧性或冲击韧性，即材料承受冲击载荷时迅速产生塑性变形的性能。锅炉承压部件所使用的材料应具有较好的韧性。 4、什么是塑性材料？什么是脆性材料？ 在外力作用下，虽然产生较显著变形而不被破坏的材料，称为塑性材料。在外力作用下，发生微小变形即被破坏的材料，称为脆性材料。材料的塑性和韧性的重要性并不亚于强度。塑性和韧性差的材料，工艺性能往往很差，难以满足各种加工及安装的要求，运行中还可能发生突然的脆性破坏。这种破坏往往滑事故前兆，其危险性也就更大。脆性材料抵抗冲击载荷的能力更差。 5、什么是应力、应变和弹性模量？ 材料或构件在单位截面上所承受的垂直作用力称为应力。外力为拉力时，所产生的应力为拉应力；外力为压缩力时，产生的应力为压应力。在外力作用下，单位长度材料的伸长量或缩短量，称为应变量。在一定的应力范围（弹性形变）内，材料的应力与应变量成正比，它们的比例常数称为弹性模量或弹性系数。对于一定的材料，弹性模量是常数，弹性模量越大，在一定应力下，产生的弹性变形量越小。弹性模量随温度升高而降低。转动机械的轴与叶轮，要求在转动过程中产生较小的变形，就需要选用弹性模量较大的材料。 6、什么叫应力集中？ 应力集中：由于构件截面尺寸突然变化而引起应力局部增大的现象，称为应力集中。在等截面构件中，应力是均匀分布的。若构件上有孔、沟槽、凸肩、阶梯等，使截面尺寸发生突然变化时，在截面发生变化的部位，应力不再是均匀分布，在附近小范围内，应力将局部增大。应力集中的程度，可用应力集中系数来表示。应力集中系数的大小，只与构件形状和尺寸有关，与材料无关。工程上常用典型构件的应力集中系数，已通过试验确定。应力集中处的局部应力值，有时可能很大，会影响部件使用奉命，是部件损坏的重要原因之一。为防止和减小这种不利影响，应尽可能避免截面尺寸发生突然变化，构件的外形轮廓应平缓光滑，必要的孔、槽最好配置在低应力区。另外，金属材料内部或焊缝有气孔、夹渣、裂纹以及“焊不透”、“咬边”等缺陷，也会引起应力集中。 7、什么是强度极限（抗拉强度）与屈服极限？ 强度极限与屈服极限是通过试验确定的。在拉伸试验过程中，应力达到某一数值后，虽然不再增加甚至略有下降，试件的应变还在继续增加，并产生明显的塑性变形，好像材料暂 XX年最新金属材料知识大全 金属材料是指金属元素或以金属元素为主构成的具有金属特性的材料的统称。下面是为大家分享的xx年最新金属材料知识大全，欢迎大家阅读浏览。 【1】概述 金属材料是指金属元素或以金属元素为主构成的具有金属特性的材料的统称。包括纯金属、合金、金属材料金属间化合物和特种金属材料等。(注：金属氧化物(如氧化铝)不属于金属材料) 1.1意义: 人类文明的发展和社会的进步同金属材料关系十分密切。继石器时代之后出现的铜器时代、铁器时代，均以金属材料的应用为其时代的显著标志。现代，种类繁多的金属材料已成为人类社会发展的重要物质基础。 1.2种类: 金属材料通常分为黑色金属、有色金属和特种金属材料。 (1)黑色金属又称钢铁材料，包括含铁90%以上的工业纯铁，含碳2%～4%的铸铁，含碳小于2%的碳钢，以及各种用途的结构钢、不锈钢、耐热钢、高温合金、不锈钢、精密合金等。广义的黑色金属还包括铬、锰及其合金。 (2)有色金属是指除铁、铬、锰以外的所有金属及其合金，通常分为轻金属、重金属、贵金属、半金属、稀有金属和稀土金属等。有色合金的强度和硬度一般比纯金属高，并且电阻大、电阻温度系数小。 (3)特种金属材料包括不同用途的结构金属材料和功能金属材料。其中有通过快速冷凝工艺获得的非晶态金属材料，以及准晶、微晶、纳米晶金属材料等;还有隐身、抗氢、超导、形状记忆、耐磨、减振阻尼等特殊功能合金以及金属基复合材料等。 1.3性能: 一般分为工艺性能和使用性能两类。所谓工艺性能是指机械零件在加工制造过程中，金属材料在所定的冷、热加工条件下表现出来的性能。金属材料工艺性能的好坏，决定了它在制造过程中加工成形的适应能力。由于加工条件不同，要求的工艺性能也就不同，如铸造性能、可焊性、可锻性、热处理性能、切削加工性等。 所谓使用性能是指机械零件在使用条件下，金属材料表现出来的性能，它包括力学性能、物理性能、化学性能等。金属材料使用性能的好坏，决定了它的使用范围与使用寿命。在机械制造业中，一般机械零件都是在常温、常压和非常强烈腐蚀性介质中使用的，且在使用过程中各机械零件都将承受不同载荷的作用。金属材料在载荷作用下抵抗破坏的性能，称为力学性能(过去也称为机械性能)。金属材料的力学性能是零件的设计和选材时的主要依据。外加载荷性质不同(例如拉伸、压缩、扭转、冲击、循环载荷等)，对金属材料要求的力学性能也将不同。常用的力学性能包括：强度、塑性、硬度、冲击韧性、多次冲击抗力和疲劳极限等。 【2】金属材料特质 2.1疲劳 第四章金属材料的基础知识和热处理的基本知识 第一部分：学习内容 1、钢的分类：|（1）-碳钢:含碳量低于2%的铁碳合金;-合金钢:在钢中特意加入一种或几种其它合金元素组成的钢;-生铁:含碳量高于2%的铁碳合金.,可通过铸造方法制造零件,所以又称铸铁. （2）按化学成分分类： 碳钢-低碳钢:含碳量小于0.25%;-中碳钢:含碳量为0.25~0.55%;-高碳钢:含碳量大于0.55%. 合金钢-低合金钢:合金元素总含量小于3.5%;-中合金钢:合金元素总含量3.5~10%;-高合金钢:合金元素总含量大于10%; 2、洛氏硬度与布氏硬度值近似关系： HRC≈1/10HB 3、热处理及其常用工艺方法 热处理的定义-利用钢在固态下的组织转变,通过加热和冷却获得不同组织结构,从而得到所需性能的工艺方法统称热处理. 常用热处理工艺方法：退火-将钢加热到一定温度,保温一段时间,然后随炉一起缓慢冷却下来,以期得到接近平衡状态组织的一种热处理方法. 4、完全退火:AC3以上30~50℃,用于消除钢的某些组织缺陷和应力,改善切削加工性能; 等温退火:加热到AC3,以上30~50℃,较快的冷却到略低于Ar1的温度,并在此温度下等温到奥氏体全部分解为止,然后出炉空冷.适用于亚共析钢、共析钢，尤其广泛用于合金钢的退火。优点是周期短，组织和硬度均匀。 5、正火-正火和退火加热方法相似，只是冷却速度比退火稍快（空冷），得到的是细片状珠光体（索氏体），强度、硬度比退火的高，与退火相比，工艺周期短，设备利用率高。主要用于低碳钢获得满意的机械性能和切削性能、过共析工具钢消除网状渗碳体、中碳钢代替退火或作为淬火前的预先热处理。 6、淬火-将钢加热到AC1以上30~50℃(共析钢、过共析钢）或AC3以上30~50℃（亚共析钢），保温一段时间，然后快冷得到高硬度的马氏体组织的工艺方法。用以提高工件的耐磨性。 7、回火-将淬火后的工件加热到A1以下某一温度，保温一段时间，然后以一定的方式冷却（炉冷、空冷、油冷、水冷等） -目的：1）降低淬火工件的脆性，消除内应力（热应力和组织应力），使淬火组织趋于稳定，同时也使工件尺寸趋于稳定；2）获得所需的硬度和综合机械性能。 8、焊后消除应力热处理(PWHT、ISR):目的是消除应力、降低硬度、改善组织、稳定尺寸,避免制造和使用过程产生裂纹; 9、试述T8A的含义：含碳量为8‰的高级优质碳素工具钢。 10、怎样区别无螺纹的黑铁管与直径相似的无缝钢管？ 答：无缝钢管是用优质碳钢、普通低合金钢、高强耐热钢、不锈钢等制成。不镀锌的瓦斯管习惯上称为黑铁管，从管子内壁有无焊缝和管子直径来判断。 11、何谓钢的热处理？ 答：所谓钢的热处理就是在规定范围内将钢加热到预定的温度，并在这个温度保持一定的时间，然后以预定的速度和方法冷下来的一种生产工艺。 12、试述T7的含义。 答：T7的含义为：含碳量为7‰的碳素工具钢。 13，退火：将钢加热到一定的温度，保温一段时间，随后由炉中缓慢冷却的一种热处理工序。其作用是：消除内应力，提高强度和韧性，降低硬度，改善切削加工性。应用：高碳钢 金属和金属材料 金属材料 一、金属材料的发展与利用 1、从化学成分上划分，材料可以分为金属材料、非金属材料、有机材料及复合材料等四大类。 2、金属材料包括纯金属和合金。 金属材料:纯金属(90多种）;合金(几千种) 黑色金属:通常指铁、锰、铬及它们的合金。 纯金属重金属:如铜、锌、铅等 有色金属 轻金属：如钠、镁、铝等; 有色金属：通常是指除黑色金属以外的其他金属。 (1）金属材料的发展 石器时代→青铜器时代→铁器时代→铝的应用→高分子时代 (２)金属材料的应用 ①最早应用的金属是铜，应用最广泛的金属是铁，公元一世纪最主要的金属是铁 ②现在世界上产量最大的金属依次为铁、铝和铜?③钛被称为21世纪重要的金属 二、金属的物理性质 １、金属共同的物理性质：常温下金属都是固体(汞除外)，有金属光泽，大多数金属是电和热的良导体,有延展性（又称可塑性→金属所具有的展性和延性:在外力的作用下能够变形，而且在外力停止作用以后仍能保持已经变成的形状和性质。各种金属的可塑性有差别;金属的可塑性一般是随着温度的升高而增大。)，密度较大,熔沸点较高等。 2、金属的特性:?①纯铁、铝等大多数金属都呈银白色,而铜呈紫红色，金呈黄色;?②常温下,大多数金属都是固体，汞却是液体； ③各种金属的导电性、导热性、密度、熔点、硬度等差异较大。 3、金属之最 地壳中含量最多的金属元素—铝（Al）人体中含量最多的金属元素—钙（Ca） 导电、导热性最好的金属——银（Ag) 目前世界年产量最高的金属—铁(Ｆe） 延展性最好的金属———金(Au）熔点最高的金属————钨(W) 熔点最低的金属————汞（Ｈg）硬度最大的金属————铬（Cr） 密度最小的金属————锂(Lｉ)密度最大的金属————锇(Os) 最贵的金属————锎ｋāi（Cf) 4、金属的用途：金属在生活、生产中有着非常广泛的应用，不同的用途需要选择不同的金属。 【练习】 常用金属材料的密度表 钢材基本常识 (一) 敬告：本刊自即日起将连续刊登钢材的基本常识，敬请关注！ 一、钢材的一般常识与管理 （一）普通结构钢普通结构钢简称普通钢。普通钢对硫、磷含量限制较宽，硫的含量不大于0.045%（≤0.045％）、磷的含量不大于0.045%（≤0.045％）；普通结构钢主要用于一般要求的建筑和工程结构；普通结构钢主要包括碳素结构钢、低合金结构钢及由他们派生出来的专门用途的普通结构钢。 普通结构钢又可分为以下两类： （1）碳素结构钢（简称普碳钢），其中按屈服点分为Q195、Q215、Q235、Q255、Q275五种牌号；按硫、磷的含量分为A、B、C、D四个质量等级。A级含硫、磷量高，D级含硫、磷量低；按脱氧程度分为沸腾钢、半镇静钢、镇静钢和特殊镇静钢（见GB700-88标准）。（2）低合金结构钢按钢的组织分为三类：铁素体珠光体钢，通常在热轧状态下交货；低 碳贝氏体钢，通常在热轧或正火状态下交货；低碳马氏体钢，通常在淬火—回火状态下交货。以上三类组织的钢最常用的是铁素体珠光体钢。选用时，可在屈服点相同的钢号级别中选用。（二）合金结构钢合金结构钢是在优质碳素结构钢的基础上加入一种或数种合金元素组成的钢种。常加入的合金元素有Mn、Si、Cr、Ni、W、Mo、V、Ti、B、Nb等。合金结构钢含碳量小于0.55％；与碳素结构钢比较，具有高的淬透性，用于制造性能要求高、尺寸大、形状复杂的机构设备结构零件。 合金结构钢有以下四种分类： （1）按硫、磷含量不同分为三类：优质合金结构钢。钢中含S≤0.035％，P≤0.035％；高级优质合金结构钢，牌号后加“A”，钢中含S≤0.025％，P≤0.025％；特级优质合金结构钢，牌号后加“E”钢中含S≤0.015％，P≤0.025％。 （2）按合金元素含量分为三类：低合金钢（合金元素总含量﹤5％）；中合金钢（合金元素总含量5％-10％）；高合金钢（合金元素总含量﹙﹥10％）。 （3）按使用加工方法不同分为两类：压力加工用钢——热压力加工或冷拔坯料；切削加工用钢。钢材的使用加工方法应在合同中注明，未注明者，按切削加工用钢交货。 （4）按热处理方法不同分为调质钢和渗碳钢两类. 二、钢材的分类与相关概念钢材品种繁多，根据截面积形状的特点，可归纳为型材、板材、管材和金属制品四大类。 （一）分类 1、型钢特别是异型型钢，其截面形状与所要制成的构件或机构零件较适应或基本相同，不必加工或稍经加工即可使用，而且具有较高的抗弯、抗扭能力。大量用作各种建筑结构和工程结构，也大量用作各种机械零件和工具。 2、钢板钢板具有很大的表面积，有很大的覆盖和包容能力，可按使用要求进行剪裁和组合（焊接、铆接和咬接），可进行弯曲和冲压成型，不仅广泛用于制造各种结构件、容器、车辆和各种工业炉、反应塔器的壳体、机械零部件及日常生活用器皿、器具、而且大量用作生产冷弯型钢、焊接型钢和焊接钢管的坯料。 3、钢管钢管具有中空截面，大量用作输送流体的管道。钢管同圆钢、方钢等实心钢材相比，在抗弯、抗扭强度相同时，重量较轻，还广泛用于制造机械零件和结构件，如石油钻杆、汽车传动轴、自行车架等。为了提高材料利用率,有些钢管还用于制造各种环形零件的坯料、如螺母、滚动轴承套圈、千斤顶套等。在军事工业上，还用于制造某些常规武器，如枪管、炮筒等。 金属材料基本知识 1 钢铁材料及其生产 在人们生活中所用的、遇到的材料分为金属材料和非金属材料。 金属材料是现代工业、农业、国防以及科学技术各个领域应用最广泛的工程材料。这不仅是由于其来源丰富、生产工艺简单、成熟，而且还具有优良的性能。 金属材料又有钢铁（黑色金属）和有色金属等，如碳钢、合金钢、有色金属、铸铁及其合金等。钢与生铁由于碳含量不同，性能和用途也不同。 生铁的含碳量一般有2.5-4.5%，按其用途分为炼钢生铁（含碳4%左右，是炼钢的主要原料）和铸造生铁（铸铁）。最终炼出来的钢碳含量一般都小于1.3%，除少数直接铸成各种形状的铸件外，绝大多数先铸成钢锭，再经轧制或锻压成各种钢件和锻件，然后供进一步加工使用。 其中应用最为广泛的是碳钢和合金钢。如将钢按用途来划分，有结构钢（建筑及工程用钢或结构用钢，如锅炉中的钢结构等）、工具钢（各种量具、刃具、模具钢等）和特殊性能钢（耐热钢、不锈耐酸钢及电工用钢）；按质量来划分则有普通钢、优质钢和高级优质钢三类；按冶炼方法、钢液脱氧程度和铸锭工艺的不同来划分则有沸腾钢、镇静钢（脱氧完全的钢，化学成分和力学性能均匀、焊接性能和抗腐蚀性好，一般用来做较重要的部件；受压元件用钢即是）和半镇静钢三类；此外还有其余种类的如按金相组织分类方法。 电站锅炉所耗用的金属材料数量大、品种规格多，除少量有色金属和铸铁外，绝大多数为钢材。其中有钢管、钢板、棒材、工字钢、槽钢、角钢以及铸锻件等。一部分钢材为普通钢，用来制作锅炉的普通结构件，性能要求并不高(主要是一些普通钢结构，是从国家标准中所引用的一些钢号)。另一部分则用来制作高温、高压（或承受高应力）条件下或处于腐蚀性介质中长期工作的元件。这些锅炉钢是综合性能要求很高的材料。 从20世纪50年代起，我国冶金部门、锅炉制造行业和电力部门的科研、生产单位在锅炉钢合金化、冶金生产、焊接和热处理工艺、性能测试、寿命分析诸方面开展了大量的应用研究，形成了我国独特的锅炉用钢体系，有利地保证了火电设备向大容量、高参数的不断发展。从80年代以来，随着我国锅炉制造业与国外的不断交流，也引进了不少国外的优质锅炉钢种进入我国的标准体系。 1.1钢铁的冶炼 1.1.1铁的冶炼 炼铁的主要设备是高炉，高炉炼铁的原料主要是铁矿石、焦炭和熔剂（如石灰石等）。铁的冶炼过程，实质就是将铁矿石中的氧化铁还原成铁的过程。高炉中焦炭本身的碳及其燃烧反应的产物一氧化碳都对氧化铁起还原作用。 1.1.2钢的冶炼 钢与生铁的最主要区别就是碳含量不同，将生铁进行精炼以大幅度降低碳量（和各种杂质）就得到符合要求的钢。精炼所依托的原理主要含有脱碳反应（FeO+C=Fe+CO）、硅锰的氧化反应（2Fe0+Si=2Fe+ SiO2，Fe0+Mn=Fe+MnO）、去磷硫过程（去磷反应2Fe2P+5FeO=P2O5+9Fe，P2O5+4CaO=4 CaO.P2O5,去硫反应FeS+CaO=CaS+FeO）、脱氧反应（沉淀脱氧：将含有Si、Mn、Al等元素的脱氧剂直接加入钢液中，使在钢中的FeO还原，生成不溶于钢液的氧化物，然后 金属材料的基础知识 一、金属材料的分类方法：金属材料分为两大类：即黑色金属与有色金属 1、黑色金属元素：铁、锰、铬 2、有色金属元素：除上述三种元素外，其余称为有色金属元素。 通常将以铁、锰、铬为基的合金称为黑色金属，以铁为基的合金称为钢，以其余金属元素为基的合金称为有色金属。 二、金属材料的表示方法。 钢的编号方法：根据国标GB/T221-2000《钢铁产品牌号表示方法》的规定，一般采用汉语拼音字母、化学元素符号和阿拉伯数字相结合的方法表示。世界各国的钢号表示方法不一致，主要因为习惯上各自采用本国的国家标准，某部门标准或协会团体标准中的钢号表示方法，这给技术交流等带来很大的不便。 有色金属的编号方法：有色金属及其合金编号方法与钢的编号方法大致相同，都是采用汉语拼音字母，化学元素符号和阿拉伯数字相结合的方法表示。因为铝合金与钛合金分类方法相对简单，放在铝合金和钛合金的材料牌号中一般不出现化学元素符号。 三、合金元素在钢中的作用 铝 常用金属材料基础知识教材 第1章：金属材料名称常用基础术语 1．基础术语： 黑色金属：铁和铁的合金均称为黑色金属。如钢、生铁、铁合金、铸铁等。 纯铁：纯度很高的铁，化学纯铁含碳量几乎为零，工业纯铁含碳量<0.05%。纯铁是很软的，一般不应用到实际中。铁碳合金：以铁为基础，以碳为主要添加元素的合金，统称为铁碳合金。如钢和生铁。 生铁：把铁矿石放到高炉中冶炼而成的，含碳量2％～4.3％（也有资料称 3.5%—5.5%、2.11%-6.67%）的铁碳合金称为生铁。生铁质硬而脆，缺乏韧性，几乎没有塑性变形能力，因此不能通过锻造、轧制、拉拔等方法加工成形， 主要用来炼钢和制造铸件，如白口铁、灰口铁和球墨铸铁。也有习惯上把炼钢生铁叫做生铁，把铸造生铁简称为铸 铁。 白口铁：碳以Fe3C形态分布的生铁称为白口铁，其断口呈银白色，质硬而脆，不能进行机械加工，是炼钢的原料，故又称炼钢生铁。 灰口铁：碳以片状石墨形态分布的生铁称为灰口铁，其断口呈银灰色，由于石墨质软并有润滑作用，因而这种生 铁具有良好的易切削、耐磨和铸造性能等优点。但是，由于有片状石墨的存在，降低了它的抗拉强度，使它不能锻 轧，只能用于制造各种铸件，如铸造机床床座、铁管等。因此，通常把这种生铁叫做铸造生铁。 球墨铸铁：碳以球状石墨分布则称球墨铸铁，其机械性能、加工性能接近于钢。 钢：含碳量在0.04%-2.3%之间（也有资料称0.03%-1.2%）的铁碳合金称为钢。为了保证其韧性和塑性，含碳量一 般不超过 1.7%。钢的主要元素除铁、碳外，还有硅、锰、硫、磷等。 有色金属：又称非铁金属，指除黑色金属外的金属和合金，如铜、锡、铅、锌、铝等。 第2章：金属材料的分类 1．按品质进行分类 ①普通钢：P≤0.045% S≤0.050%（如普通碳素结构钢Q195、Q235等） ②优质钢：P≤0.035% S≤0.035%（如优质碳素结构钢20号、45号钢等） ③高级优质钢：P≤0.035% S≤0.030%（比优质钢更优质，一般在钢号后加A以示区别，如08A等） 2．按化学成份进行分类 1）碳素钢： ①低碳钢：C≤0.25% ②中碳钢：C≤0.25~0.60% ③高碳钢：C≥0.60% 2）合金钢： ①低合金钢（合金元素总含量≤5%）； ②中合金钢（合金元素总含量＞5~10%）； ③高合金钢（合金元素总含量＞10%）。 3．按成形方法分类： ①锻钢 ②铸钢 ③热轧钢 ④冷拉钢。 4．按金相组织分类 1）退火状态的： ①亚共析钢（铁素体+珠光体）； ②共析钢（珠光体）； ③过共析钢（珠光体+渗碳体）； ④莱氏体钢（珠光体+渗碳体）。 2）正火状态的： ①珠光体钢 ②贝氏体钢 金属和金属材料 【单元分析】 本单元知识中金属活动性顺序表的应用，以及金属的保护和利用是中考的热点，其中金属活动性顺序也是本单元复习的难点 【复习目标】 1．了解一些常见的金属的性质和用途 2．理解，并会应用金属活动性顺序表 3．了解和掌握金属的保护和利用 4.知道金属材料及合金的特性 5.知道金属锈蚀的条件及防护方法。 【重点】：金属活动性顺序表；知道金属锈蚀的条件及防护方法。 【难点】：金属活动性顺序表的应用。 【考点透视】 命题落点 根据金属的性质推断其应用， 根据金属活动性顺序判断金属的化学性质。 由金属锈蚀的条件对金属进行保护和利用。 【考点清单】 一、基本考点 考点 1．几种重要的金属及合金 （1）金属的物理特性：常温下除汞（液体）外都是固体，有金属光泽，大多数为电和热的优良 导体，有延展性、密度较大、熔点较高。 （2）合金：①概念：在一种金属中加热熔合其他金属或非金属，而形成的具有金属特性的物质 称为合金。②合金的性质能：合金的很多性能与组成它们的纯金属不同，使合金更易适合不同的用途，日常生活中使用的金属材料，大多数为合金。③重要的铁合金：生铁和钢都是铁的合金，其区别是含碳量不同。④生铁的含铁量为 2%~%，钢的含碳量为 %~2%。考点 2．金属与氧气的反应 大多数金属都能与氧气反应，但反应的难易和剧烈程度不同，越活泼的金属，越容易与氧气发生 化学反应，反应越剧烈。 考点 3．金属活动性顺序及置换反应 （1）金属活动性顺序： K Ca Na Mg Al Zn Fe Sn Pb(H) Cu Hg Ag Pt Au （2）金属活动性顺序的作用：①判断金属与酸的反应： a.一般说来，排在氢前面的金属能置换 出酸中的氢，排在氢后面的金属不能置换出酸中的氢； b.酸不包括浓硫酸和硝酸，因为它们有 很强的氧化性，与金属反应不能生成氢气，而生成水。②判断金属与盐溶液反应。在金属活动性 顺序里，只有排在前面的金属，才能把排在后面的金属从它们的盐溶液中置换出来。③判断金属 活动性强弱：在金属活动性顺序里，金属的位置越靠前，它的活动性就越强。 考点 4．金属矿物及铁的冶炼 （1）金属矿物（矿石）：①概念：工业上把能用来提炼金属的矿物叫做矿石。②常见的矿石： 赤铁矿（ Fe2O3）、黄铁矿（F eS2）、菱铁矿（FeCO3）、铝土矿（Al 2O3）、黄铜矿（CuFeS2）、辉铜矿（ Cu2S）。 （2）铁的冶炼：①原理：利用高温条件下，焦炭与氧气反应生成的一氧化碳把铁从铁矿石中还 高温 Fe2O3+CO====2Fe+3CO 原出来。如用赤铁矿石炼铁的化学方程式为：。②原料：铁矿石、焦炭、 石灰石及空气。③设备：高炉。④炼铁时选择铁矿石的标准： a. 铁矿石中铁元素的质量分数大（即 含铁量高）；b. 炼铁过程中产物对空气不能造成污染；满足以上两个条件的矿石是理想的绿色矿 石。 考点 5．金属的腐蚀和防护 （1）铁生锈的条件：铁生锈的主要条件是与空气和水蒸气直接接触。铁制品锈蚀的过程，实际 上是铁与空气中的氧气、水蒸气等发生复杂的化学反应，铁锈的主要成分是Fe2O3· xH2O。 （2）铁的防锈：原理是隔绝空气或水，使铁失去生锈的条件。防锈措施：防止铁制品生锈，一 是保持铁制品表面的洁净和干燥，二是在铁制品表面涂上一层保护膜，防止铁与氧气和水的反应，例如： ①刷一层油漆；②涂上一层机油；③电镀一层不易生锈的金属，如镀锌等；④经加工使金 属表面生成一层致密的氧化膜，如烤蓝；⑤在金属表面覆盖搪瓷、塑料等。 考点 6．金属资源的保护 （1）矿物的储量有限，而且不能再生。（ 2）废旧金属的回收和利用可以减少对环境的污染，还可 以节约金属资源。（ 3）保护金属资源的有效途径：①防止金属腐蚀；②回收利用废旧金属；③合理 有效地开采矿物；④寻找金属的替代品。 二、能力与综合考点 资料收集于网络，如有侵权请联系网站删除 金属材料的基础知识 第一章：金属与晶体 一．晶体、晶格和晶胞 在物质的结构中，原子、离子或分子按一定空间次序排列而形成的固体称为晶体。它具有规则外型、固定的熔点和各向异性，例如：雪花、食盐、石墨、金刚石等，所有的固体金属都属于晶体。相反，在物质结构中，原子呈无序状态排列的物质称为非晶体，例如：普通玻璃、树枝、松香、沥青等。 晶体内部原子的排列是有规律的，当外界温度改变时，原子排列的方式往往也会发生变化。为了更好的说明晶体中原子的排列规律，可把原子看成一个点，假想这些点通过线连接在一起，构成了空间格子，把这排列有序的空间格架成为晶格。 二．晶格的类型(如图所示) 1.体心立方晶格 2.面心立方晶格 3.密排立方晶格 只供学习与交流． 资料收集于网络，如有侵权请联系网站删除 三.金属的结晶过程 金属结晶过程是指原子从无序排列转变到有序排列的过程，也就是由原子不规则排列的液体逐步过渡到原子有序排列的晶体过程。 1．冷却曲线 过冷度2. T实际生产中，由于液态金属的冷却速度不是很慢，液态金属不在0处开始结晶，而是低于这一温度结晶，这种现象称为过冷现象。过冷度不是一个恒定理论结晶温度与实际结晶温度之差称为过冷度，的值，它是与冷却速度的快慢有关系。结晶过程3. 反之，原子间的物理引力作用也越弱，温度越高。原子运动速度越快，原子间物理引力作用也越强。 4. 晶粒的细化晶粒的大小影响着金属的力学性能增大过冷度孕育时处理附加振动只供学习与交流． 资料收集于网络，如有侵权请联系网站删除 金属晶体的结构与金属的性能4.与理论中的晶体结构金属晶体的结构受结晶及其他加工条件的影响，有很大差别，它对金属各方面的性能影响很大，尤其是塑形、强度、扩散等方面有着决定性作用。属的晶体结构 1）金（晶体一般分为单晶体和多晶体，晶粒呈相同位相的晶体为单晶体，由许多晶粒组成的晶体为多晶体。常见的金属大多数为多晶体，只有一些特殊的用途才制造单晶体。四．金属材料的工艺性能 1.铸造性能焊接性能2. 3.锻压性能切削加工性能4.只 供学习与交流． 资料收集于网络，如有侵权请联系网站删除 第二章．铁碳和金相图及应用 一．铁碳和金的基本组织 1.铁素体 2.奥氏体 3.渗碳体 第一篇金属材料的基本知识 第一章金属材料的主要性能 1 力学性能又称机械性能，金属材料在里的作用下所表现出来的性能 2零件的受力情况：静载荷动载荷交变载荷 3力学性能指标：强度塑性强度冲击韧度疲劳强度 第二章铁碳合金 1过冷：理论结晶温度与实际结晶温度差的现象 2过冷度：理论结晶温度与实际结晶之差 3细化铸态金属粒的主要途径：提高冷却速度，以增加外来晶核采用热处理或塑性加工方法，使固态金属晶粒细化 4金属晶体结构的主要差别：晶格类型晶格常数不同 5铁碳合金组织分为：固溶体金属化合物机械混合物 6纯铁的晶格：体心立方面心立方 7合金：两种或者两种以上金属元素，金属与非金属融合在一起，构成具有金属特性的物质 8元：组成金属的元素成为组元 第三章钢的热处理 1热处理：普通:退火回火淬火正火 表面：表面淬火化学热处理（渗氮渗碳） 2热处理过程：Ar-650°珠光体粗片层珠光体 650-600 索氏体细片层珠光体 600-550 托氏体极细片状珠光体 550-Ms 贝氏体中温区 3加热，保温实现奥氏体化，进行冷却 第二篇铸造 1铸造：将液态金属浇筑到铸型中待其冷却凝固，以获得一定尺寸，形状和性能的毛坯或零件的成形方法 2铸造的特点：可形成形状复杂，有复杂内腔的毛坯试用范围广可直接利用成本低的废机件来切削，费用低3充型：液态合金填充铸型的过程 4充型能力：液态合金充满铸型行腔，获得形状准确，轮廓清晰的铸件能力 5影响充型能力的主要因素:合金的流动性浇注条件铸型填充条件 6铸件断面的三个区域：固相区凝固区液相区 7铸件的实际收缩率与其化学成分浇注温度铸件结构铸型条件有关 8液态合金的流动性的衡量标准：螺旋形式样 9凝固方式：逐层凝固糊状凝固中间凝固 10内应力产生的原因：固态收缩收到阻碍 11内应力分为：热应力机械应力 12冷裂：在低温下形成的裂纹在应力集中拉伸处易产生 13特点：裂纹细小呈连续直线状缝内略微氧化 14热烈：在高温下形成的裂纹 15特点：缝隙宽形状曲折缝内氧化 16石墨形状不同可使铸件获得不同的性能 17优点：优良的减震性耐磨性好缺口敏感性好铸造性能优良切削加工性好 18孕育处理：粗大的石墨片严重的割裂金属基体，使铸铁强度降低，向铁液中加入孕育剂（硅75%的铁轨合剂） 19原理：铁液中均匀悬浮着外来弥散质点，增加石墨结晶核心，使石墨化作用提高，处理后，铸铁石墨细小，分布均匀得到珠光体基体，强度硬度提高 20铜铝合金的熔化特点：金属料不与燃料直接接触，以减少金属的损耗，保证金属纯洁 21以焦炭为原料的坩埚炉或电阻炉来融化 22熔点低，用细沙来造型，凝固收缩率比灰铸铁高，需要安置冒口使其顺序凝固，以便补缩 23手工造型特点：操作灵活大小铸件都可以 24机器造型特点：极大的提高劳动的生产率改善劳动条件铸件尺寸精确表面光滑加工余量小 25机器造芯特点：射沙将填沙和紧沙一起完成 26浇注位置选择原则：重要加工面朝下上表面易产生砂眼，气孔组织不如下表面细致 大平面朝下上表面热辐射强，型砂急剧热膨胀和因强度下降拱起或开裂致上表面开裂 面积大的薄壁部分置于下部或使其垂直或倾斜防止薄壁处洗不到或冷隔缺陷 圆周件应立铸，便于补缩原部分放于铸型上方，顺序凝固 27分型面：应使其平直，数量少避免不必要的型芯和活块，简化造型工艺使其铸件全部或部分位于下箱金属材料性能知识大汇总(超全)
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