金屬材料基本知識

1、金屬材料基本知識金屬材料基本知識1、什么是變形？變形有幾種形式？什么是變形？變形有幾種形式？構(gòu)件在外力作用下，發(fā)生尺寸和形狀改變的現(xiàn)象。變形的基本形式：有彈性變形、永久變形（塑性變形）和斷裂變形三種。構(gòu)件在外力作用下發(fā)生變形，外力去除后能恢復(fù)原來形狀和尺寸，材料的這一特性稱為彈性。這種在外力去除后能消失的變形稱為彈性變形。若外力去除后，只能部分的恢復(fù)原狀，還殘留一部分不能消失的變形，材料的這一特性稱為塑性。外力去除后不能消失而永遠(yuǎn)殘留的

2、變形，稱為塑性變形或殘余變形，也稱永久變形。工程上，一般要求構(gòu)件在正常工作時，只能發(fā)生少量彈性變形，而不能出現(xiàn)永久變形。但對材料進行某種加工（如彎曲、壓延、鍛打）時，則希望它產(chǎn)生永久變形。3、什么是強度？什么是剛度？什么是韌性？什么是強度？什么是剛度？什么是韌性？材料或構(gòu)件承受外力時，抵抗塑性變形或破壞的能力稱強度。鋼材在較大外力作用下可能不被破壞，木材在較小外力作用下而可能會斷裂，我們說鋼材的強度比木材高。材料或構(gòu)件承受外力時抵抗變形

3、的能力稱為剛度。剛度不僅與材料種類有關(guān)，還與構(gòu)件的結(jié)構(gòu)形式、尺寸等有關(guān)。比如管式空氣預(yù)熱器管箱與鋼管省煤器組件相比，前者抗變形能力要比后者好，我們稱前者的剛度強（好），后者的剛度弱（差）。剛度好的構(gòu)件，在外力作用下的穩(wěn)定性也好。材料抵抗沖擊載荷的能力稱為韌性或沖擊韌性，即材料承受沖擊載荷時迅速產(chǎn)生塑性變形的性能。鍋爐承壓部件所使用的材料應(yīng)具有較好的韌性。4、什么是塑性材料？什么是脆性材料？什么是塑性材料？什么是脆性材料？在外力作用下，雖

4、然產(chǎn)生較顯著變形而不被破壞的材料，稱為塑性材料。在外力作用下，發(fā)生微小變形即被破壞的材料，稱為脆性材料。材料的塑性和韌性的重要性并不亞于強度。塑性和韌性差的材料，工藝性能往往很差，難以滿足各種加工及安裝的要求，運行中還可能發(fā)生突然的脆性破壞。這種破壞往往滑事故前兆，其危險性也就更大。脆性材料抵抗沖擊載荷的能力更差。5、什么是應(yīng)力、應(yīng)變和彈性模量？什么是應(yīng)力、應(yīng)變和彈性模量？材料或構(gòu)件在單位截面上所承受的垂直作用力稱為應(yīng)力。外力為拉力時，

5、所產(chǎn)生的應(yīng)力為拉應(yīng)力；外力為壓縮力時，產(chǎn)生的應(yīng)力為壓應(yīng)力。在外力作用下，單位長度材料的伸長量或縮短量，稱為應(yīng)變量。在一定的應(yīng)力范圍（彈性形變）內(nèi)，材料的應(yīng)力與應(yīng)變量成正比，它們的比例常數(shù)稱為彈性模量或彈性系數(shù)。對于一定的材料，彈性模量是常數(shù)，彈性模量越大，在一定應(yīng)力下，產(chǎn)生的彈性變形量越小。彈性模量隨溫度升高而降低。轉(zhuǎn)動機械的軸與葉輪，要求在轉(zhuǎn)動過程中產(chǎn)生較小的變形，就需要選用彈性模量較大的材料。6、什么叫應(yīng)力集中？什么叫應(yīng)力集中？應(yīng)力

6、集中：由于構(gòu)件截面尺寸突然變化而引起應(yīng)力局部增大的現(xiàn)象，稱為應(yīng)力集中。在等截面構(gòu)件中，應(yīng)力是均勻分布的。若構(gòu)件上有孔、溝槽、凸肩、階梯等，使截面尺寸發(fā)生突然變化時，在截面發(fā)生變化的部位，應(yīng)力不再是均勻分布，在附近小范圍內(nèi)，應(yīng)力將局部增大。應(yīng)力集中的程度，可用應(yīng)力集中系數(shù)來表示。應(yīng)力集中系數(shù)的大小，只與構(gòu)件形狀和尺寸有關(guān)，與材料無關(guān)。工程上常用典型構(gòu)件的應(yīng)力集中系數(shù)，已通過試驗確定。應(yīng)力集中處的局部應(yīng)力值，有時可能很大，會影響部件使用奉命

7、，是部件損壞的重要原因之一。為防止和減小這種不利影響，應(yīng)盡可能避免截面尺寸發(fā)生突然變化，構(gòu)件的外形輪廓應(yīng)平緩光滑，必要的孔、槽最好配置在低應(yīng)力區(qū)。另外，金屬材料內(nèi)部或焊縫有氣孔、夾渣、裂紋以及“焊不透”、“咬邊”等缺陷，也會引起應(yīng)力集中。7、什么是強度極限（抗拉強度）與屈服極限？什么是強度極限（抗拉強度）與屈服極限？強度極限與屈服極限是通過試驗確定的。在拉伸試驗過程中，應(yīng)力達(dá)到某一數(shù)值后，雖然不再增加甚至略有下降，試件的應(yīng)變還在繼續(xù)增加

8、，并產(chǎn)生明顯的塑性變形，好像材鋼材在高溫和應(yīng)力作用下，在應(yīng)變量維持不變，應(yīng)力隨著時間的延長逐漸降低的現(xiàn)象，稱為應(yīng)力松弛。金屬材料在高溫下發(fā)生應(yīng)力松弛，是有一部分在初應(yīng)力作用下產(chǎn)生的彈性變形逐漸地轉(zhuǎn)化為塑性變形的結(jié)果。松弛現(xiàn)象與蠕變現(xiàn)象有著內(nèi)在的聯(lián)系，都是在高溫和應(yīng)力作用下的不斷性變形過程，兩者的區(qū)別僅在于蠕變時應(yīng)力基本恒定不變，松弛時應(yīng)力則不斷在降低。應(yīng)力松馳發(fā)生在高溫下工作的緊固件上，如鍋爐、汽輪機上的螺栓、螺母、壓緊彈簧等。這些零件

9、在長期高溫和應(yīng)力作用下，塑性變形增加，應(yīng)力下降，當(dāng)松弛到一定程度后，就會引起汽缸和閥門漏汽，安全門提前起座，影響機組正常運行，甚至發(fā)生危險。為了防止上述現(xiàn)象發(fā)生，一般要求經(jīng)過2104h（兩次大修間隔）運行后，螺栓最小應(yīng)力不低于最小密封應(yīng)力，這個密封應(yīng)力通常為150MPa（15.3kgfmm2）。為了達(dá)到這一要求，可以采取如下措施：一是選擇松弛性能高的鋼材；一是提高螺栓的初緊應(yīng)力。13什么是鋼材的熱疲勞與熱脆性？什么是鋼材的熱疲勞與熱脆性

10、？當(dāng)金屬材料在工作過程中存在溫差時，因部分的脹、縮相互制約而產(chǎn)生附加熱應(yīng)力。如果溫差是周期變化的，熱應(yīng)力也將隨之變化，同時伴隨著彈、塑性變形的循環(huán)，塑性變形逐漸積累引起損傷，最后導(dǎo)致破裂。這種因經(jīng)受多次周期性熱應(yīng)力作用而遭到的破壞稱為熱疲勞破壞。熱疲勞裂紋一般發(fā)生在金屬零件的表面，為龜裂狀。鍋爐的過熱器、再熱器、汽包、汽輪機的汽缸、隔板，都有出現(xiàn)熱疲勞的可能性。鋼材在某一高溫區(qū)間（如400—550℃）和應(yīng)力作用下長期工作，會使沖擊韌性明

11、顯下降的現(xiàn)象稱為熱脆性。影響熱脆性的主要因素是金屬的化學(xué)成分。含有鉻、錳、鎳等元素的鋼材，熱脆性傾向較大。加入鉬、鎢、釩等元素，可降低鋼材的熱脆性傾向。14、什么是鋼材的高溫氧化？、什么是鋼材的高溫氧化？鍋爐某些高溫元件（如過熱器、再熱器管及其支吊架等）與高溫?zé)煔庵械难鯕獍l(fā)生的氧化反應(yīng)，稱高溫氧化。氧化生成的氧化膜如果不能緊緊地包覆在鋼材表面而發(fā)生脫落，則氧化過程會不斷發(fā)展，層層剝落，最后導(dǎo)致破壞。高溫氧化可生成三種氧化物：FeOFe2

12、O3Fe3O4。當(dāng)壁溫在570℃以下時，氧化膜由Fe2O3Fe3O4組成；當(dāng)溫度高于570℃時，氧化膜由FeOFe2O3Fe3O4組成。Fe2O3Fe3O4具有致密的結(jié)構(gòu)，能保護金屬表面，有較好的抗氧化化。而FeO的抗氧化能力很差，因此，在溫度高于500℃時，高溫氧化過程就有加快的趨勢。鋼材工作溫度高于570℃，就需要考慮抗氧化性問題。在鋼中加入鉻元素，生成的氧化膜具有良好的保護作用，是提高鋼材抗高溫氧化性能的主要手段。15在高溫下金屬

13、組織可能發(fā)生哪些變化？有何危害？在高溫下金屬組織可能發(fā)生哪些變化？有何危害？常溫下鋼材的金相組織是穩(wěn)定的，不隨時間而改變。但若在高溫下長期工作，其金相組織則會不斷發(fā)生變化，使其性能變差，嚴(yán)重時會導(dǎo)致破裂損壞。（1）珠光體球化鋼材中片狀滲碳體逐漸轉(zhuǎn)化為球狀，并積聚長大的現(xiàn)象稱珠光體球化。珠光體球化使鋼材高溫性能下降，加速蠕變過程，嚴(yán)重球化時，常引起爆管事故。影響球化過程的因素是溫度、時間和化學(xué)萬分，在鋼中加入鉻、鉬、釩等合金元素，能降低球

14、化過程的速度。（2）石墨化石墨化是鋼中滲碳體在長期高溫下工作自行分解的一種現(xiàn)象，即Fe3C→3FeC(石墨)石墨化主要發(fā)生在低碳鋼和低碳鉬鋼，能使鋼材常溫下和高溫機械性能（強度、塑性）均下降，特別使沖擊韌性顯著降低，導(dǎo)致鋼材的脆性破壞。（3）合金元素的重新分配鋼材在高溫下和應(yīng)力長期作用下，會發(fā)生合金元素在固溶體和碳化物之間的重新分配，使強度極限和持久強度均下降，不利于高溫部件的安全運行。合金元素重新分配過程，隨溫度的升高和時間的推移而加