電廠金屬材料ppt課件

1、電廠金屬材料電廠金屬資料知識點(diǎn)既分散又銜接，第一章根底知識是根底；知識點(diǎn)既分散又銜接，第一章根底知識是根底；與金屬資料與金屬資料“失效分析關(guān)系親密；失效分析關(guān)系親密；預(yù)習(xí)、復(fù)習(xí)；預(yù)習(xí)、復(fù)習(xí)；多動手實(shí)際實(shí)驗(yàn)課程、金工實(shí)習(xí)；多動手實(shí)際實(shí)驗(yàn)課程、金工實(shí)習(xí)；多看參考書多看參考書( (包括利用網(wǎng)上資料包括利用網(wǎng)上資料) )；其它上課、作業(yè)、答疑。其它上課、作業(yè)、答疑。電廠金屬材料第一章 金屬資料的根底知識電廠金屬材料第一節(jié)第一節(jié) 金屬資料的性能金屬資料的性能 金屬資料順應(yīng)冷熱加工的才干，稱為加工工藝性能，簡稱工藝性能。工藝性能好的資料易于接受加工，消費(fèi)本錢低；工藝性能差的材科在接受加工時工藝復(fù)雜、困難，

2、不易到達(dá)頂期的效果，加工本錢也高。一、金屬資料的工藝性能 (一)鑄造性能 金屬資料的消費(fèi)，多數(shù)是經(jīng)過冶煉、鑄造而得到的，如各種機(jī)械設(shè)備的底座，汽輪機(jī)、發(fā)電機(jī)的機(jī)殼、閥門、磨煤機(jī)的耐磨件等。液體金同澆注成型的才干，稱為金屬的鑄造性能。它包括流動性、收縮率和偏析傾向等。電廠金屬材料 流動性是指金屬對鑄型填充的才干。金屬的流動性好，流動性是指金屬對鑄型填充的才干。金屬的流動性好，可以澆注成外觀整齊、薄而外形復(fù)雜的零部件?？梢詽沧⒊赏庥^整齊、薄而外形復(fù)雜的零部件。在常見的金屬資料中，鑄鐵的流動性優(yōu)于鋼，青銅的流動性比黃銅好，可以容易地制造各種零件。收縮率是指鑄件冷凝過程中體積的減少率，稱為體積收收縮率

3、是指鑄件冷凝過程中體積的減少率，稱為體積收縮率?？s率。金屬自液態(tài)凝結(jié)成固態(tài)時體積都要減少，使鑄件構(gòu)成縮孔和疏松，即構(gòu)成集中或分散的孔洞，嚴(yán)重影響金屬零件的質(zhì)量。鑄件冷凝時，由于種種緣由會呵斥化學(xué)成分的不均勻，叫做偏析。偏析使整體沖擊韌性降低，質(zhì)量變壞?？s孔、疏松和偏析等鑄造缺陷都是不允許產(chǎn)生的，在消費(fèi)過程中應(yīng)予以消除。電廠金屬材料二鍛造性能重要零件的毛坯往往要經(jīng)過鍛造工序，如汽輪機(jī)、發(fā)電機(jī)的主軸，輪轂，葉片，大型水泵和磨煤機(jī)的主軸、齒輪等。資料接受鍛壓成型的才干，稱為可鍛性。金屬的鍛造性能可用金屬的塑性和變形抗力(強(qiáng)度)來衡量。金屬接受鍛壓時變形程度大而不產(chǎn)生裂紋，其鍛造性能就好。 金屬的鍛造

4、性能取決于資料的成分、組織及加工條件。通常低碳鋼具有較好的可鍛性，低碳鋼的可鍛性最好。隨著含碳量的添加，鋼的可鍛性降低。合金鋼的可鍛性略遜于碳鋼。普通情況下，合金鋼中合金元素含量越多，其可鍛性越差。鑄鐵那么不能接受鍛造加工。電廠金屬材料金屬的冷熱彎曲性能也取決于資料的塑性和強(qiáng)度。資料接受彎曲而不出現(xiàn)裂紋的才干，稱為彎曲性能。普通用彎曲角度或彎心直徑與資料厚度的比值來衡量彎曲性能。電廠鍋爐管道彎頭和輸粉管道彎頭是經(jīng)過冷熱彎曲成型的。(三)焊接性能金屬資料采用一定的焊接工藝、焊接資料及構(gòu)造方式，優(yōu)質(zhì)焊接接頭的才干，稱為金屬的焊接性。在電廠中有大量金屬構(gòu)造件是用焊接方法銜接的，如鍋爐管道、支架、蒸汽

5、導(dǎo)管、管道、風(fēng)管、汽包、聯(lián)箱等。電廠金屬材料 金屬的焊接性能主要取決于資料的化學(xué)成分，也取決于所采金屬的焊接性能主要取決于資料的化學(xué)成分，也取決于所采用的焊接方法、焊接資料用的焊接方法、焊接資料(焊條、焊絲、焊藥焊條、焊絲、焊藥)、工藝參數(shù)、工藝參數(shù)、構(gòu)造方式等。構(gòu)造方式等。 衡量一種資料的焊接性，需求做焊接性實(shí)驗(yàn)。衡量一種資料的焊接性，需求做焊接性實(shí)驗(yàn)。 影響鋼的焊接性能的主要要素是鋼的含碳量，隨著含碳雖的影響鋼的焊接性能的主要要素是鋼的含碳量，隨著含碳雖的添加，焊后產(chǎn)生裂紋的傾向增大。鋼中其它合金元素的影響添加，焊后產(chǎn)生裂紋的傾向增大。鋼中其它合金元素的影響相應(yīng)小些。將合金元素對焊接性的影

6、響都折合成碳的影響，相應(yīng)小些。將合金元素對焊接性的影響都折合成碳的影響，即為碳當(dāng)量。其計算公式為：即為碳當(dāng)量。其計算公式為：電廠金屬材料）（%15CuNi5VMoCr6MnCCe式中：C，Mn，Cr，Mo，V，Ni，Cu為鋼中該元素的百分含量。 當(dāng) Ce0.6%時，焊接性很差，焊接時需采用較高預(yù)熱溫度和較嚴(yán)厲的工藝措施。(四)切削性能金屬資料接受切削加工的難易程度，稱為切削性能。 金屬的切削性能與資料及切削條件有關(guān)，如純鐵很容易切削，但難以獲得較高的光潔度；不銹鋼可在普通車床上加工，但在自動車床上，卻難以斷屑，屬于難加工資料。通常，資料硬度低時切削性能較好，但是對于碳鋼來說，硬度假設(shè)太低時，容

7、易出現(xiàn)“粘刀景象，光潔度也較差。普通情況下金屬接受切削加工時的硬度在HB170一230之間為宜。電廠金屬材料二、金屬資料的力學(xué)性能 力學(xué)性能是指金屬資料在外力作用下，所表現(xiàn)出來的抵抗變形力學(xué)性能是指金屬資料在外力作用下，所表現(xiàn)出來的抵抗變形和破壞的才干以及接受變形的才干。和破壞的才干以及接受變形的才干。一強(qiáng)度和塑性強(qiáng)度是衡量資料在外力作用下抵抗塑性變形或斷裂的才干。塑性強(qiáng)度是衡量資料在外力作用下抵抗塑性變形或斷裂的才干。塑性是衡量資料在外力作用下接受變形的才干。是衡量資料在外力作用下接受變形的才干。拉伸實(shí)驗(yàn)是測定強(qiáng)度和塑性的最普遍方法，該實(shí)驗(yàn)根據(jù)國家規(guī)范拉伸實(shí)驗(yàn)是測定強(qiáng)度和塑性的最普遍方法，該

8、實(shí)驗(yàn)根據(jù)國家規(guī)范目前通用的規(guī)范為目前通用的規(guī)范為GB/T 2282019進(jìn)展，將資料制形成規(guī)范進(jìn)展，將資料制形成規(guī)范試樣或比例試樣，在萬能實(shí)驗(yàn)機(jī)上沿試樣軸向緩慢地施加拉力，試樣或比例試樣，在萬能實(shí)驗(yàn)機(jī)上沿試樣軸向緩慢地施加拉力，試樣隨拉力的添加而變形，直至斷裂。測得資料的彈性極限、屈試樣隨拉力的添加而變形，直至斷裂。測得資料的彈性極限、屈服極限、強(qiáng)度極限及塑性等主要力學(xué)性能目的。服極限、強(qiáng)度極限及塑性等主要力學(xué)性能目的。電廠金屬材料電廠金屬材料1拉伸試樣拉伸試樣電廠金屬材料2拉伸曲線拉伸曲線表示試樣拉伸過程中力和變形關(guān)系，可用應(yīng)力延伸率曲線表示，縱坐標(biāo)為應(yīng)力R，R=F/S0，橫坐標(biāo)為延伸率，L

9、/L0。拉伸曲線的外形與資料有關(guān)，由圖可見，在載荷小的oa階段，試樣在載荷F的作用下均勻伸長，伸長量與載荷的添加成正比。假設(shè)此時卸除載荷，試樣立刻回復(fù)原狀，即試樣產(chǎn)生的變形為彈性變形。當(dāng)載荷超越b點(diǎn)以后，試樣會進(jìn)一步產(chǎn)生變形，此時假設(shè)卸除載荷，試樣的彈性變形消逝，而另一部分變形那么保管下來，這種不能恢復(fù)的變形稱為塑性變形。電廠金屬材料 強(qiáng)度是資料抵抗塑性變形或斷裂的才干。經(jīng)過拉伸實(shí)驗(yàn)所測得的常用的強(qiáng)度目的有屈服強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度。屈服強(qiáng)度是資料產(chǎn)生屈服時對應(yīng)的應(yīng)力值。用符號Re表示，單位是N/mm2或MPa，大小為載荷與試樣原始橫截面積的比值，即： 式中： Fs資料屈服時的載荷N； S0試樣原始橫

10、截面積mm2。3.強(qiáng)度強(qiáng)度)N/mm(20SFRse電廠金屬材料 屈服強(qiáng)度可分為上屈服強(qiáng)度和下屈服強(qiáng)度，上屈服強(qiáng)度是指試樣發(fā)生屈服而外力初次下降前的最高應(yīng)力，用符號ReH表示；下屈服強(qiáng)度是指試樣屈服期間，不計初始瞬時的最低應(yīng)力值，用符號ReL表示。普通機(jī)械零件和工程構(gòu)件都不允許在運(yùn)用中產(chǎn)生塑性變形，否那么會因失效而發(fā)惹事故，所以ReL屈服強(qiáng)度是機(jī)械設(shè)計和工程設(shè)計中的重要根據(jù)?？估瓘?qiáng)度是資料在拉斷前所接受的最大應(yīng)力值。用符號Rm表示，單位是N/mm2或MPa，其大小為資料最大載荷與試樣原始橫截面積的比值表示，即： )N/mm(20bmSFR 式中： Fb資料屈服時的載荷N； S0試樣原始橫截面積

11、mm2。電廠金屬材料%10000uLLLA4塑性塑性金屬資料的塑性指金屬資料產(chǎn)生塑性變形而不破壞的才干。拉伸實(shí)驗(yàn)所測得的金屬資料的塑性指金屬資料產(chǎn)生塑性變形而不破壞的才干。拉伸實(shí)驗(yàn)所測得的塑性目的有斷后伸長率和斷面收縮率。塑性目的有斷后伸長率和斷面收縮率。斷后伸長率，又稱延伸率，規(guī)范試樣的斷后伸長率用斷后伸長率，又稱延伸率，規(guī)范試樣的斷后伸長率用A A表示，指試樣被拉斷后，表示，指試樣被拉斷后，其標(biāo)距部分所添加的長度與原標(biāo)距比值的百分率。即：其標(biāo)距部分所添加的長度與原標(biāo)距比值的百分率。即：式中： Lu試樣被拉斷后標(biāo)距的長度。 L0試樣原始標(biāo)距。對于比例試樣，A應(yīng)附下腳注闡明所運(yùn)用的比例系數(shù)，例

12、如A11.3表示原始標(biāo)距的斷后伸長率。對于非比例試樣，符號A應(yīng)附以下腳標(biāo)注闡明所運(yùn)用的原始標(biāo)距，以mm表示，例如，A80mm表示原始標(biāo)距L0為80mm的斷后伸長率。斷面收縮率指試樣拉斷后截面積的收縮量與原截面積之比的百斷面收縮率指試樣拉斷后截面積的收縮量與原截面積之比的百分率，叫金屬資料的斷面收縮率，用符號分率，叫金屬資料的斷面收縮率，用符號Z表示。表示。電廠金屬材料二硬度二硬度金屬資料的硬度通常是指資料外表抵抗更硬物體壓入時所引起部分塑性變形的金屬資料的硬度通常是指資料外表抵抗更硬物體壓入時所引起部分塑性變形的才干。才干。常見的硬度目的有布氏硬度常見的硬度目的有布氏硬度HB、洛氏硬度、洛氏硬

13、度(HR)、維氏硬度、維氏硬度(HV)和里氏硬和里氏硬度度(HL)等。等。 1布氏硬度HB電廠金屬材料壓頭的材質(zhì)有淬火鋼球或硬質(zhì)合金兩種，當(dāng)壓頭材質(zhì)為淬火鋼球時，布氏硬度用HBS表示，適用于丈量布氏硬度450的資料；當(dāng)壓頭材質(zhì)為硬質(zhì)合金時，布氏硬度用HBW表示，適用于丈量布氏硬度在450650范圍內(nèi)的資料。布氏硬度值的表示方法為：硬度值+硬度符號+球體直徑/+載荷/+載荷堅持時間1015秒不標(biāo)注。例如，180HBS10/1000/30,表示直徑10mm的鋼球在1000kgf作用下，堅持30秒測得的布氏硬度值為120。)kgf/mm(SFHB2)dDD(DS22電廠金屬材料2洛氏硬度洛氏硬度(H

14、R)用一定載荷將壓頭壓入資料外表，根據(jù)壓痕深度表示硬度值。根據(jù)壓頭和載荷的不同，洛氏硬度分HRA，HRB和HRC，實(shí)驗(yàn)規(guī)范見表3-1 。電廠金屬材料符號壓頭類型總載荷（kgf）適用范圍HRC120金剛石圓錐150一般淬火鋼等硬度較大材料HRB1.588mm鋼球100退火鋼和有色金屬等軟材料HRA120金剛石圓錐60硬而薄的硬質(zhì)合金或表面淬火鋼實(shí)驗(yàn)規(guī)范實(shí)驗(yàn)規(guī)范電廠金屬材料3維氏硬度維氏硬度HV維氏硬度是用一定的載荷將錐面夾角為維氏硬度是用一定的載荷將錐面夾角為的正四棱錐金剛石壓頭壓入試樣的正四棱錐金剛石壓頭壓入試樣外表，堅持一定時間后卸除載荷，試樣外表就留下壓痕，丈量壓痕對角線的外表，堅持一定時

15、間后卸除載荷，試樣外表就留下壓痕，丈量壓痕對角線的長度，計算壓痕外表積，載荷長度，計算壓痕外表積，載荷F除以壓痕面積除以壓痕面積S所得值即為維氏硬度。維氏硬所得值即為維氏硬度。維氏硬度用符號度用符號HV表示，計算公式如下：表示，計算公式如下： )(kgf/mmdF1.8544SFHV22電廠金屬材料圖1-5 維氏硬度實(shí)驗(yàn)表示圖維氏硬度也可按對角線的d值從表中查出，d值為兩對角線的算術(shù)平均值。維氏硬度的結(jié)果表示方法為：硬度值+HV+實(shí)驗(yàn)載荷+載荷堅持時間1015秒不標(biāo)注。例如，640HV3020表示在實(shí)驗(yàn)力30kgf作用下堅持載荷20秒測定的維氏硬度值為640。電廠金屬材料4里氏硬度里氏硬度HL

16、 里氏硬度用規(guī)定質(zhì)量的沖擊體在彈力作用下以一定的速度里氏硬度用規(guī)定質(zhì)量的沖擊體在彈力作用下以一定的速度沖擊試樣外表，用沖頭在距試樣外表沖擊試樣外表，用沖頭在距試樣外表1mm處的回彈速度與沖擊處的回彈速度與沖擊速度的比值計算硬度值。計算公式如下：速度的比值計算硬度值。計算公式如下： 式中：式中：vR沖擊體回彈速度；沖擊體回彈速度； vA沖擊體沖擊速度。沖擊體沖擊速度。根據(jù)沖擊體質(zhì)量和沖擊能量的不同，里氏硬度分根據(jù)沖擊體質(zhì)量和沖擊能量的不同，里氏硬度分HLD，HLDC，HLG和和HLC。表示方法為：硬度值。表示方法為：硬度值+沖擊安裝類型，沖擊安裝類型，例如例如700HLD表示用表示用D型沖擊安裝

17、測定的里氏硬度值為型沖擊安裝測定的里氏硬度值為700。ARvv1000HL 電廠金屬材料各種硬度實(shí)驗(yàn)因其實(shí)驗(yàn)條件的不同而不能直接換算，需求查閱專門的表格進(jìn)展換算比較。硬度是資料的重要性能之一，普通情況下，資料的硬度高，其耐磨性能也較好。資料的硬度與強(qiáng)度之間也有一定的關(guān)系，例如，對于未淬硬鋼，布氏硬度與抗拉強(qiáng)度間存在如下的近似換算關(guān)系： Rm0.362HBS 當(dāng)HBS175 Rm0.345HBS 當(dāng)HBS175布氏硬度、洛氏硬度、維氏硬度和里氏硬度各有優(yōu)缺陷：布氏硬度由于壓痕面積較大，能反映較大范圍內(nèi)的平均硬度，所以丈量結(jié)果具有較高的精度和穩(wěn)定性。但操作費(fèi)時，對試樣外表有一定破壞。洛氏硬度操作簡

18、單，可以直接讀出硬度值，且壓痕小，不傷工件。缺陷是所測硬度值的離散性較大。維氏硬度的載荷小、壓痕淺，廣泛用于測定薄工件外表硬化層。里氏硬度操作簡單，便攜性好，廣泛用于現(xiàn)場硬度丈量。電廠金屬材料三沖擊韌性三沖擊韌性k沖擊韌性是衡量資料抵抗沖擊載荷才干大小的目的，常沖擊韌性是衡量資料抵抗沖擊載荷才干大小的目的，常用沖擊實(shí)驗(yàn)測定。沖擊韌性是試樣缺口處截面上單位用沖擊實(shí)驗(yàn)測定。沖擊韌性是試樣缺口處截面上單位面積所耗費(fèi)的沖擊功。沖擊韌性用面積所耗費(fèi)的沖擊功。沖擊韌性用k表示，計算公表示，計算公式如下：式如下： 式中：式中： k試樣沖斷時所耗費(fèi)的沖擊功試樣沖斷時所耗費(fèi)的沖擊功J； S試樣缺口處截面積試樣缺

19、口處截面積cm2。）（2kkcmJ/ SA 電廠金屬材料影響沖擊韌性值大小的要素有資料的化學(xué)成份、冶金質(zhì)量、影響沖擊韌性值大小的要素有資料的化學(xué)成份、冶金質(zhì)量、組織形狀、外表質(zhì)量和內(nèi)部缺陷等。另外，金屬資料的沖擊組織形狀、外表質(zhì)量和內(nèi)部缺陷等。另外，金屬資料的沖擊韌性隨溫度的降低而下降。韌性隨溫度的降低而下降。金屬資料的強(qiáng)度、塑性、硬度、韌性四者中真正獨(dú)立的是強(qiáng)金屬資料的強(qiáng)度、塑性、硬度、韌性四者中真正獨(dú)立的是強(qiáng)度和塑性，硬度與強(qiáng)度有極為親密的關(guān)系，韌性是受強(qiáng)度和度和塑性，硬度與強(qiáng)度有極為親密的關(guān)系，韌性是受強(qiáng)度和塑性的綜合影響；因此，在鑒別金屬資料的力學(xué)性能時，經(jīng)塑性的綜合影響；因此，在鑒別

20、金屬資料的力學(xué)性能時，經(jīng)常是以強(qiáng)度和塑性為主要目的。常是以強(qiáng)度和塑性為主要目的。 電廠金屬材料四疲勞強(qiáng)度四疲勞強(qiáng)度金屬資料在遠(yuǎn)低于其屈服極限的交變應(yīng)力長期作用下發(fā)生的斷金屬資料在遠(yuǎn)低于其屈服極限的交變應(yīng)力長期作用下發(fā)生的斷裂景象，稱為金屬的疲勞。裂景象，稱為金屬的疲勞。1疲勞失效的特點(diǎn)疲勞失效的斷口有明顯的特征，普通由兩個明顯的部分組成，見圖1-8所示。圖中A為疲勞源；D區(qū)為疲勞裂紋開展區(qū)；G區(qū)為瞬時斷裂區(qū)。疲勞裂紋開展區(qū)的特征外表較光滑，另外，裂紋向前擴(kuò)展時，外表構(gòu)成類似年輪的貝殼紋。瞬時脆性破斷區(qū)特征是斷口較粗糙。葉片疲勞斷口的宏觀形貌如圖1-10所示。汽輪機(jī)的軸和葉片等零部件的損壞，多以

21、金屬疲勞損壞的方式失效。電廠金屬材料圖1-10 資料疲勞斷口宏觀形貌電廠金屬材料2疲勞失效的測定疲勞失效的測定金屬資料可經(jīng)無限次應(yīng)力循環(huán)而不破壞的最大應(yīng)力值稱為資料金屬資料可經(jīng)無限次應(yīng)力循環(huán)而不破壞的最大應(yīng)力值稱為資料的疲勞極限強(qiáng)度。它反映資料抗疲勞斷裂的才干在一定條的疲勞極限強(qiáng)度。它反映資料抗疲勞斷裂的才干在一定條件下，當(dāng)應(yīng)力的最大值低于某一定值時，資料能夠經(jīng)受無限次件下，當(dāng)應(yīng)力的最大值低于某一定值時，資料能夠經(jīng)受無限次循環(huán)依然不會發(fā)生疲勞斷裂。這個最大應(yīng)力值，就叫金屬資料循環(huán)依然不會發(fā)生疲勞斷裂。這個最大應(yīng)力值，就叫金屬資料的疲勞強(qiáng)度。當(dāng)交變應(yīng)力循環(huán)對稱時，疲勞強(qiáng)度用符號的疲勞強(qiáng)度。當(dāng)交變

22、應(yīng)力循環(huán)對稱時，疲勞強(qiáng)度用符號-1表示。表示。通常規(guī)定，鋼經(jīng)過107次應(yīng)力循環(huán)仍不破壞，就以為它可以經(jīng)受無限次循環(huán)，此時的最大應(yīng)力值就定為其疲勞極限；有色金屬那么規(guī)定應(yīng)力循環(huán)數(shù)為108次或更多次才干確定其疲勞強(qiáng)度。電廠金屬材料3影響金屬資料疲勞強(qiáng)度的要素影響金屬資料疲勞強(qiáng)度的要素資料本身的強(qiáng)度、塑性、組織和材質(zhì)等影響資料的疲勞強(qiáng)度，資料本身的強(qiáng)度、塑性、組織和材質(zhì)等影響資料的疲勞強(qiáng)度，另外，疲勞強(qiáng)度還與零部件的幾何外形、加工光潔度和任務(wù)環(huán)境另外，疲勞強(qiáng)度還與零部件的幾何外形、加工光潔度和任務(wù)環(huán)境等有關(guān)。等有關(guān)。由于疲勞失效的微裂紋絕大多數(shù)是先從外表產(chǎn)生和開展的，因由于疲勞失效的微裂紋絕大多數(shù)是

23、先從外表產(chǎn)生和開展的，因此采用外表強(qiáng)化的處置，可以提高疲勞強(qiáng)度。此采用外表強(qiáng)化的處置，可以提高疲勞強(qiáng)度。電廠金屬材料 nRRT e RTeR五斷裂韌性五斷裂韌性關(guān)于斷裂力學(xué)關(guān)于斷裂力學(xué)在工程上選擇金屬資料的傳統(tǒng)方法，是根據(jù)零部件的任務(wù)條件，對塑性和韌在工程上選擇金屬資料的傳統(tǒng)方法，是根據(jù)零部件的任務(wù)條件，對塑性和韌性提出一定的要求，并根據(jù)該資料的屈服程度性提出一定的要求，并根據(jù)該資料的屈服程度Rel或抗拉強(qiáng)度或抗拉強(qiáng)度Rm來計算許用應(yīng)來計算許用應(yīng)力值：力值： 式中許用應(yīng)力，即該資料的最大任務(wù)應(yīng)力；任務(wù)溫度T時資料的屈服強(qiáng)度；n平安系數(shù)。 電廠金屬材料裂紋在外力作用下擴(kuò)展的方式可分為三類，如圖裂

24、紋在外力作用下擴(kuò)展的方式可分為三類，如圖1-12所示。這三所示。這三種類型的脆性破壞，以張開型又稱為種類型的脆性破壞，以張開型又稱為I型的擴(kuò)展斷裂較為常見，型的擴(kuò)展斷裂較為常見，且在外力作用下也較為危險，故近期大量研討的是且在外力作用下也較為危險，故近期大量研討的是I型這種裂紋型這種裂紋的擴(kuò)展及破壞。的擴(kuò)展及破壞。電廠金屬材料2.斷裂韌性的評定斷裂韌性的評定金屬資料的斷裂韌性是資料固有的性能，也是經(jīng)過一定的實(shí)驗(yàn)方法測定出來的。金屬資料的斷裂韌性是資料固有的性能，也是經(jīng)過一定的實(shí)驗(yàn)方法測定出來的。由于驗(yàn)的方法不同，裂紋在外力作用下失穩(wěn)擴(kuò)展、脆性斷裂的方式也不同，目前由于驗(yàn)的方法不同，裂紋在外力作

25、用下失穩(wěn)擴(kuò)展、脆性斷裂的方式也不同，目前常用的斷裂韌性計算公式為：常用的斷裂韌性計算公式為：）（231CmMNKYac電廠金屬材料cac1aYc1脆斷應(yīng)力也和裂紋外形及加力方式有關(guān)，即：構(gòu)件中的裂紋越長a越大，那么裂紋前端應(yīng)力集中越大，使裂紋擴(kuò)展的外加應(yīng)力，即脆斷應(yīng)力 越小，即：當(dāng)a和Y知時，可根據(jù)一定的實(shí)驗(yàn)方法測出脆斷應(yīng)力 代入上式，即可計算出k1C值顯然，資料的k1C值越高，那么資料阻止裂紋擴(kuò)展的才干越強(qiáng)。因此，k1C是資料抵抗裂紋失穩(wěn)擴(kuò)展才干的目的，是資料抵抗低應(yīng)力脆斷的韌性參數(shù)。斷裂韌性在電廠金屬資料中有相當(dāng)重要的作用。由于電廠的大型、重要構(gòu)件，如鍋爐汽包，氣輪機(jī)轉(zhuǎn)子、主軸、葉片等，是

26、在高溫及復(fù)雜的應(yīng)力形狀下運(yùn)轉(zhuǎn)的，對于這些在特殊形狀下任務(wù)的金屬資料斷裂韌性的研討，就顯的更加必要。電廠金屬材料一、金屬鍵與晶體構(gòu)造金屬原子的構(gòu)造特點(diǎn)是：價電子數(shù)目較少13個，電子層數(shù)較多，原子核對價電子的引力較弱，價電子極易脫離原子核構(gòu)成自在電子，金屬原子成為正離子，如圖1-13所示。自在電子在正離子之間做高速運(yùn)動，構(gòu)成帶負(fù)電的電子氣。金屬原子間這種正離子與自在電子的電性引力結(jié)合，稱為金屬鍵。第二節(jié)第二節(jié) 金屬的晶體構(gòu)造與結(jié)晶金屬的晶體構(gòu)造與結(jié)晶電廠金屬材料 金屬鍵與非金屬原子間的結(jié)合鍵離子鍵和共價鍵不同。金屬鍵與非金屬原子間的結(jié)合鍵離子鍵和共價鍵不同。金屬離子間的鍵合力很大，且由大量原子結(jié)合

27、成整體金屬，金屬離子間的鍵合力很大，且由大量原子結(jié)合成整體金屬，故金屬的強(qiáng)度高：故金屬的強(qiáng)度高：自在電子在電場力作用下作定向運(yùn)動，使金屬具有導(dǎo)電性；自在電子在電場力作用下作定向運(yùn)動，使金屬具有導(dǎo)電性；金屬離子周圍的鍵是等價的、對稱的，因此金屬原子在空間金屬離子周圍的鍵是等價的、對稱的，因此金屬原子在空間的位置必需有規(guī)那么地陳列且勢能最低，即呈晶體構(gòu)造。的位置必需有規(guī)那么地陳列且勢能最低，即呈晶體構(gòu)造。金屬離子在平衡位置上作高速振動，溫度越高，振幅越大。金屬離子在平衡位置上作高速振動，溫度越高，振幅越大。金屬的這種構(gòu)造決議了其具有優(yōu)良的導(dǎo)熱性。金屬的這種構(gòu)造決議了其具有優(yōu)良的導(dǎo)熱性。電廠金屬材料

28、 取晶格中一個最根本的幾何單元來闡明原子陳列的規(guī)律性，這個最小的幾何單元，稱為“晶胞。顯然，金屬的構(gòu)造是由大量晶胞在空間堆垛構(gòu)成。晶胞各邊的長度a，b，c稱為“晶格常數(shù)，其大小是以為單位來度量。 金屬資料通常都是晶體，為了便于分析晶體中原子的陳列規(guī)律，通常用假想的線條將各原子中心銜接起來，使之構(gòu)成一個空間格架，這種三維的空間格架，稱作“晶格.電廠金屬材料常見的晶體構(gòu)造有三種，即體心立方晶格、面心立方晶格和密排六方晶格。電廠金屬材料一體心立方晶格一體心立方晶格二面心立方晶格二面心立方晶格三密排六方晶格三密排六方晶格電廠金屬材料二、晶面、晶向與晶格致密度二、晶面、晶向與晶格致密度 為了研討方便，可

29、以把金屬原子看成球形，并且人為規(guī)定與臨近的原子是相切的，并將球的半徑規(guī)定為原子半徑。圖1-18是體心立方晶格中的原子半徑與晶格常數(shù)的關(guān)系圖。電廠金屬材料三、單晶體與多晶體三、單晶體與多晶體假設(shè)依晶格中晶胞的長、寬、高取坐標(biāo)系假設(shè)依晶格中晶胞的長、寬、高取坐標(biāo)系X、Y、Z，將坐標(biāo)原，將坐標(biāo)原點(diǎn)選在一個頂角原子上，晶格就有了方位和方向，稱為位向。點(diǎn)選在一個頂角原子上，晶格就有了方位和方向，稱為位向。在單晶體中晶格的位向是一致的。金屬的單晶體很小，約在在單晶體中晶格的位向是一致的。金屬的單晶體很小，約在10-1-10-3cm數(shù)量級。金屬總是以多晶體的方式存在，所以數(shù)量級。金屬總是以多晶體的方式存在，

30、所以往往看不到金屬的單晶體，金屬單晶體的各向異性也被抵消往往看不到金屬的單晶體，金屬單晶體的各向異性也被抵消了。圖了。圖1-21為多晶體表示圖。為多晶體表示圖。在自然界中，經(jīng)?？梢钥吹绞雏}，方解石的單晶體。電廠金屬材料 電廠金屬材料四、晶體的缺陷四、晶體的缺陷金屬晶體的缺陷按照其幾何外形，分為點(diǎn)缺陷、線缺陷和面缺陷。金屬晶體的缺陷按照其幾何外形，分為點(diǎn)缺陷、線缺陷和面缺陷。一點(diǎn)缺陷一點(diǎn)缺陷 點(diǎn)缺陷是指晶格中三維尺寸都較小的點(diǎn)狀缺陷，主要包括晶格空點(diǎn)缺陷是指晶格中三維尺寸都較小的點(diǎn)狀缺陷，主要包括晶格空位、間隙原子和異質(zhì)原子。位、間隙原子和異質(zhì)原子。 圖圖1-23為空位和間隙原子，空位指晶格中某

31、些結(jié)點(diǎn)處沒有原子，為空位和間隙原子，空位指晶格中某些結(jié)點(diǎn)處沒有原子，而間隙原子指晶格間隙中出現(xiàn)多余原子。產(chǎn)生空位和間隙原子的而間隙原子指晶格間隙中出現(xiàn)多余原子。產(chǎn)生空位和間隙原子的主要緣由是由于原子熱運(yùn)動使其逃離晶體結(jié)點(diǎn)位置或轉(zhuǎn)移到晶格主要緣由是由于原子熱運(yùn)動使其逃離晶體結(jié)點(diǎn)位置或轉(zhuǎn)移到晶格間隙中。間隙中。 圖圖1-24為異質(zhì)原子，普通是其他金屬或非金屬原子置換原晶格中為異質(zhì)原子，普通是其他金屬或非金屬原子置換原晶格中原子或存在原晶格間隙中?？瘴?、間隙原子和異質(zhì)原子缺陷均會原子或存在原晶格間隙中?？瘴?、間隙原子和異質(zhì)原子缺陷均會引起晶格部分變形，即晶格畸變。晶格畸變引起能量升高，使金引起晶格部

32、分變形，即晶格畸變。晶格畸變引起能量升高，使金屬的強(qiáng)度、硬度和電阻升高。屬的強(qiáng)度、硬度和電阻升高。電廠金屬材料電廠金屬材料二線缺陷二線缺陷線缺陷又稱位錯，是指晶體中一列或假設(shè)干列原子發(fā)生有規(guī)律線缺陷又稱位錯，是指晶體中一列或假設(shè)干列原子發(fā)生有規(guī)律的錯排景象。位錯有兩種類型，最簡單的是刃形位錯的錯排景象。位錯有兩種類型，最簡單的是刃形位錯.位錯的存在對金屬的性能有很大影響，隨著位錯數(shù)目的添加，位錯的存在對金屬的性能有很大影響，隨著位錯數(shù)目的添加，金屬強(qiáng)度先降低后添加，所以金屬晶體中不含位錯或含有大量位金屬強(qiáng)度先降低后添加，所以金屬晶體中不含位錯或含有大量位錯均能使強(qiáng)度提高。錯均能使強(qiáng)度提高。電廠

33、金屬材料三面缺陷三面缺陷面缺陷是晶體中二維尺寸較大，一維尺寸較小的呈面狀分布的缺陷，如晶界、面缺陷是晶體中二維尺寸較大，一維尺寸較小的呈面狀分布的缺陷，如晶界、亞晶界等。在多晶體中相臨晶粒的位向不同，在交界的地方原子陳列不能夠亞晶界等。在多晶體中相臨晶粒的位向不同，在交界的地方原子陳列不能夠很規(guī)那么，于是產(chǎn)生一層很規(guī)那么，于是產(chǎn)生一層“過渡層。相鄰晶粒的位向差假設(shè)小于過渡層。相鄰晶粒的位向差假設(shè)小于15度，稱作度，稱作“小角度晶界，可以看作由許多縱向陳列的同號刃型位錯組成；當(dāng)位向差大小角度晶界，可以看作由許多縱向陳列的同號刃型位錯組成；當(dāng)位向差大于于15度時，稱作大角度晶界，隨著位向差的添加，

34、晶界的厚度也添加。在實(shí)度時，稱作大角度晶界，隨著位向差的添加，晶界的厚度也添加。在實(shí)踐金屬中多數(shù)晶界是大角度晶界。踐金屬中多數(shù)晶界是大角度晶界。在晶界上原子的無規(guī)那么陳列，使得晶界的性能與晶內(nèi)差別很大：晶界原子比晶內(nèi)原子易于發(fā)生化學(xué)反響，因此容易被腐蝕；晶界原子近于液態(tài)構(gòu)造，致使晶界熔點(diǎn)低于晶內(nèi)；異類原子和雜質(zhì)在晶界上存在時能量低，所以晶界是雜質(zhì)原子易于聚集的地方；由于晶界處原子陳列無規(guī)那么，金屬的塑性變形滑移遭到妨礙，致使晶界的強(qiáng)度比晶內(nèi)高。因此，金屬晶粒的大小對金屬的性能有很大影響。電廠金屬材料五、純金屬的結(jié)晶五、純金屬的結(jié)晶 金屬資料自液態(tài)凝固的過程稱為結(jié)晶。金屬資料自液態(tài)凝固的過程稱為

35、結(jié)晶。一結(jié)晶的條件一結(jié)晶的條件純金屬在結(jié)晶時都有一固定的轉(zhuǎn)變溫度，稱為熔點(diǎn)，或平衡結(jié)晶溫度。金屬的溫度高于熔點(diǎn)時，金屬應(yīng)以液體形狀存在；低于熔點(diǎn)時，金屬那么以固體形狀存在。在 平衡結(jié)晶溫度時，液體與固體同時存在，這時液體的結(jié)晶速度與固體的熔化速度一樣，是動態(tài)平衡形狀。液態(tài)金屬冷卻到镕點(diǎn)時是不能結(jié)晶成晶體的，只需冷到低于熔點(diǎn)的溫度時，即有一定的“過冷度時才干結(jié)晶。過冷度按下式計算： ttRt 式中 ：t過冷度 tR實(shí)際熔點(diǎn) t實(shí)踐結(jié)晶溫度電廠金屬材料 金屬的實(shí)踐結(jié)晶溫度可以用熱分析法測得。冷卻曲線有一程度線段，闡明金屬在結(jié)晶過程中溫度是恒定的這是由于金屬在由液態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)楣虘B(tài)時，要放出“結(jié)晶浴熱。這

36、種潛熱的釋放恰恰補(bǔ)償了金屬向周圍散逸的熱量，而使結(jié)晶過程處于恒溫形狀。當(dāng)結(jié)晶過程終了時，即液態(tài)金屬都已轉(zhuǎn)變?yōu)榫w后，金屬的溫度又隨著散熱而降低，直至室溫。曲線上程度線段的長度代表結(jié)晶過程的時間。電廠金屬材料二結(jié)晶的過程二結(jié)晶的過程金屬的結(jié)晶過程普通包括兩個過程，即形核過程和晶核長大過程。金屬的結(jié)晶過程普通包括兩個過程，即形核過程和晶核長大過程。形核過程是當(dāng)溫度降到結(jié)晶溫度時，熔液中開場出現(xiàn)時聚時散的類似晶體構(gòu)造形核過程是當(dāng)溫度降到結(jié)晶溫度時，熔液中開場出現(xiàn)時聚時散的類似晶體構(gòu)造的小集團(tuán)，當(dāng)小集團(tuán)到達(dá)一定臨界值時，逐漸穩(wěn)定，這種最初構(gòu)成的小晶體的小集團(tuán)，當(dāng)小集團(tuán)到達(dá)一定臨界值時，逐漸穩(wěn)定，這種最

37、初構(gòu)成的小晶體被稱為晶核。熔液中晶核數(shù)目的多少與過冷度、熔液中含高熔點(diǎn)雜質(zhì)數(shù)目等被稱為晶核。熔液中晶核數(shù)目的多少與過冷度、熔液中含高熔點(diǎn)雜質(zhì)數(shù)目等要素有關(guān)，把單位時間內(nèi)單位體積中所產(chǎn)生晶核數(shù)用形核速率簡稱形核率要素有關(guān)，把單位時間內(nèi)單位體積中所產(chǎn)生晶核數(shù)用形核速率簡稱形核率來表示。來表示。電廠金屬材料長大過程是晶核逐漸長大的過程，晶核的長大過程具有方向性，普通沿過冷度大的方向生長，這種生長方式類似樹枝的生長，被稱為樹枝狀長大，直到液相耗費(fèi)終了。晶核長大的速率稱為長大率，用單位時間內(nèi)晶體外表向前推進(jìn)的線速度表示。電廠金屬材料三影響晶粒大小的要素三影響晶粒大小的要素 金屬晶粒的大小是影響金屬性能的

38、重要要素。金屬晶粒的大小是影響金屬性能的重要要素。 晶粒大小與常溫力學(xué)性能的關(guān)系為：晶粒越細(xì)小，金晶粒大小與常溫力學(xué)性能的關(guān)系為：晶粒越細(xì)小，金屬的強(qiáng)度、塑性、韌性越高。反之晶粒越粗大，金屬屬的強(qiáng)度、塑性、韌性越高。反之晶粒越粗大，金屬的力學(xué)性能越差。的力學(xué)性能越差。 制備細(xì)晶粒資料的措施普通為在結(jié)晶過程提高形核率制備細(xì)晶粒資料的措施普通為在結(jié)晶過程提高形核率和抑制長大率。形核率和長大率的影響要素主要有以和抑制長大率。形核率和長大率的影響要素主要有以下三個方面：下三個方面：電廠金屬材料1過冷度影響形核率N和長大率G與過冷度t關(guān)系，普通隨著過冷度的添加，形核率和長大率先添加后下降。3金屬流動與振

39、動在金屬結(jié)晶時假設(shè)添加液體流速或給以機(jī)械振動、超聲波振動，都將到達(dá)添加形核率或抑制長大率的效果。2難熔雜質(zhì)的影響高熔點(diǎn)雜質(zhì)的參與對細(xì)化晶粒的作用也非常明顯，由于液態(tài)金屬結(jié)晶時可以附著在未全部熔解的高熔點(diǎn)雜質(zhì)的顆粒外表，所以參與高熔點(diǎn)雜質(zhì)能提高形核率。電廠金屬材料四、固態(tài)金屬的同素異晶轉(zhuǎn)變四、固態(tài)金屬的同素異晶轉(zhuǎn)變 多數(shù)金屬結(jié)晶后晶格類型堅持不變，但有些金屬如鐵、錳、多數(shù)金屬結(jié)晶后晶格類型堅持不變，但有些金屬如鐵、錳、鈷、鈦、錫等在固態(tài)下晶格類型會隨溫度的變化而發(fā)生改動，鈷、鈦、錫等在固態(tài)下晶格類型會隨溫度的變化而發(fā)生改動，由一種晶格向另一種晶格轉(zhuǎn)變，金屬在固態(tài)下發(fā)生晶格變化由一種晶格向另一種晶

40、格轉(zhuǎn)變，金屬在固態(tài)下發(fā)生晶格變化的過程稱為同素異晶轉(zhuǎn)變。的過程稱為同素異晶轉(zhuǎn)變。電廠金屬材料純鐵的同素異晶轉(zhuǎn)純鐵的同素異晶轉(zhuǎn)變在實(shí)踐消費(fèi)中有變在實(shí)踐消費(fèi)中有重要意義，正是由重要意義，正是由于純鐵可以發(fā)生同于純鐵可以發(fā)生同素異晶轉(zhuǎn)變，消費(fèi)素異晶轉(zhuǎn)變，消費(fèi)中才有能夠用熱處中才有能夠用熱處置的方法來改動鋼置的方法來改動鋼的組織和性能。的組織和性能。電廠金屬材料第三節(jié)第三節(jié) 金屬的塑性變形與再結(jié)晶金屬的塑性變形與再結(jié)晶一、單晶體的塑性變形一、單晶體的塑性變形晶體塑性變形的主要方式是滑移和孿生。晶體塑性變形的主要方式是滑移和孿生。一滑移一滑移假設(shè)對單晶體鋅做拉伸實(shí)驗(yàn)，但單晶鋅被拉長后，發(fā)現(xiàn)鋅的外表假設(shè)對

41、單晶體鋅做拉伸實(shí)驗(yàn)，但單晶鋅被拉長后，發(fā)現(xiàn)鋅的外表出現(xiàn)傾斜的近乎平行的細(xì)線，稱為滑移線。在鋅晶體的內(nèi)部，出現(xiàn)傾斜的近乎平行的細(xì)線，稱為滑移線。在鋅晶體的內(nèi)部，發(fā)生了一部分晶體相對于另一部分晶體的相對滑動，即滑移。發(fā)生了一部分晶體相對于另一部分晶體的相對滑動，即滑移。 對滑移后的晶體進(jìn)展對滑移后的晶體進(jìn)展x射線分析闡明，晶體發(fā)生相對浴動后依然射線分析闡明，晶體發(fā)生相對浴動后依然是完好的晶體，且晶格位向不變，滑動的間隔是晶格常數(shù)的整是完好的晶體，且晶格位向不變，滑動的間隔是晶格常數(shù)的整數(shù)倍。這種由整個晶體沿著一個滑移的平面發(fā)生的整體滑動，數(shù)倍。這種由整個晶體沿著一個滑移的平面發(fā)生的整體滑動，稱為稱

42、為“剛性滑移。發(fā)生滑移的晶面，叫做滑移面。剛性滑移。發(fā)生滑移的晶面，叫做滑移面。電廠金屬材料 1滑移的受力分析滑移的受力分析作用在滑移面上的拉力作用在滑移面上的拉力P可以分解為垂直滑移面的正應(yīng)力分量可以分解為垂直滑移面的正應(yīng)力分量，和平行沿移面的切，和平行沿移面的切應(yīng)力分量應(yīng)力分量。由圖中分析可知，作用在滑移面上的正應(yīng)力，只能引起晶格的彈性。由圖中分析可知，作用在滑移面上的正應(yīng)力，只能引起晶格的彈性伸長，即彈性交形，應(yīng)力取消時，彈性使變形恢復(fù)原狀。只需在伸長，即彈性交形，應(yīng)力取消時，彈性使變形恢復(fù)原狀。只需在很大很大很大很大(超超越原子間的結(jié)合力越原子間的結(jié)合力)時，才干將晶體拉斷。時，才干將

43、晶體拉斷。晶體在切應(yīng)力作用下，發(fā)生剪切彈性變形。這時，假設(shè)取消外力，晶體那么恢復(fù)原狀。但當(dāng)切應(yīng)力分量大到一定值時，品格發(fā)生剛性滑移。能使晶體滑移的最小分切應(yīng)力，稱為“臨界切應(yīng)力。從金屬晶體受力分析可知，作用在滑移面上的正應(yīng)力分量遠(yuǎn)遠(yuǎn)沒有到達(dá)晶體結(jié)合力時，切應(yīng)力分量曾經(jīng)到達(dá)臨界切應(yīng)力值。因此，金屬受力后總是先發(fā)生塑性交形，在大量塑性變形后才發(fā)生斷裂景象。電廠金屬材料晶體在產(chǎn)生滑移變形時，不是沿著任何晶面都能滑移的，只需在原子最密排的晶面上才干發(fā)生滑移。晶體中原子陳列最密的品面，稱為密排面。這些密排面往往就是滑移變形的滑移面，如圖134所示。電廠金屬材料當(dāng)晶體沿著密徘面滑移時，滑移的方向一定是沿著

44、面內(nèi)最密排的方向。這是由當(dāng)晶體沿著密徘面滑移時，滑移的方向一定是沿著面內(nèi)最密排的方向。這是由于密排方向上原子之間的間隔小，滑動一個原子間距所需的能量小的緣故。于密排方向上原子之間的間隔小，滑動一個原子間距所需的能量小的緣故。一個密排面及面上一個密排的晶向，組成一個能夠滑移的通道，稱為滑移系。一個密排面及面上一個密排的晶向，組成一個能夠滑移的通道，稱為滑移系。晶體中滑移系越多，其塑性越好。晶體中滑移系越多，其塑性越好。面心立方晶格與體心立方晶格金屬的滑移系比密排六方晶格金屬的滑移系多，面心立方晶格與體心立方晶格金屬的滑移系比密排六方晶格金屬的滑移系多，因此密排六方晶格的金屬鎂、鋅等塑性較差。面心

45、立方晶格與體心立方晶格的因此密排六方晶格的金屬鎂、鋅等塑性較差。面心立方晶格與體心立方晶格的滑移系雖然形同，但滑移方向?qū)λ苄缘姆瞰I(xiàn)更大些，因此具有面心立方晶格的滑移系雖然形同，但滑移方向?qū)λ苄缘姆瞰I(xiàn)更大些，因此具有面心立方晶格的銅、鋁、鎳等比具有體心立方晶格的鉻、鉬、鎢、釩等塑性好。銅、鋁、鎳等比具有體心立方晶格的鉻、鉬、鎢、釩等塑性好。2滑移的機(jī)理滑移的機(jī)理 金屬晶體假設(shè)按照上述剛性滑移的機(jī)理發(fā)生滑移變形，即部分晶體發(fā)生整體金屬晶體假設(shè)按照上述剛性滑移的機(jī)理發(fā)生滑移變形，即部分晶體發(fā)生整體滑動時，所需的切應(yīng)力比實(shí)踐晶體滑移時所需的臨界切應(yīng)力大二至三個數(shù)滑動時，所需的切應(yīng)力比實(shí)踐晶體滑移時所需

46、的臨界切應(yīng)力大二至三個數(shù)量組。如鐵在剛性滑移時所需切應(yīng)力為量組。如鐵在剛性滑移時所需切應(yīng)力為2300MPa，而實(shí)踐測得的臨界切，而實(shí)踐測得的臨界切應(yīng)力為應(yīng)力為29MPa；銅在剛性滑移時所需切應(yīng)力為；銅在剛性滑移時所需切應(yīng)力為1540MPa，而實(shí)踐測得的，而實(shí)踐測得的臨界切應(yīng)力為臨界切應(yīng)力為1MPa。這闡明實(shí)踐晶體滑移時，并不是剛性滑移。這闡明實(shí)踐晶體滑移時，并不是剛性滑移。實(shí)驗(yàn)證明，滑移變形的真正機(jī)理是由位錯的挪動來完成的。實(shí)驗(yàn)證明，滑移變形的真正機(jī)理是由位錯的挪動來完成的。電廠金屬材料其微觀過程，是由位錯的挪動來完成的。金屬中存在著大量位錯，位錯沿著滑移面其微觀過程，是由位錯的挪動來完成的。

47、金屬中存在著大量位錯，位錯沿著滑移面運(yùn)動，在宏觀上引起金屬的塑性變形。運(yùn)動，在宏觀上引起金屬的塑性變形。電廠金屬材料金屬的健合力是很高的，即其本質(zhì)強(qiáng)度很高，但在外力作用下，金屬中所存在的大量金屬的健合力是很高的，即其本質(zhì)強(qiáng)度很高，但在外力作用下，金屬中所存在的大量位所在切應(yīng)力很小時即可運(yùn)動，導(dǎo)致滑移變形。金屬經(jīng)一定量的塑性變形后，內(nèi)部缺位所在切應(yīng)力很小時即可運(yùn)動，導(dǎo)致滑移變形。金屬經(jīng)一定量的塑性變形后，內(nèi)部缺陷添加，以致斷裂。因此，金屬中位錯的數(shù)量、分布對金屬的性能影響很大。假設(shè)金陷添加，以致斷裂。因此，金屬中位錯的數(shù)量、分布對金屬的性能影響很大。假設(shè)金屬中沒有位錯，金屬的塑性變形只需依剛性滑

48、移來進(jìn)展，金屬的強(qiáng)度就很高。隨著位屬中沒有位錯，金屬的塑性變形只需依剛性滑移來進(jìn)展，金屬的強(qiáng)度就很高。隨著位錯數(shù)量的添加，金屬的強(qiáng)度下降，但當(dāng)位錯數(shù)量增至很大時，位錯線之間發(fā)生的交互錯數(shù)量的添加，金屬的強(qiáng)度下降，但當(dāng)位錯數(shù)量增至很大時，位錯線之間發(fā)生的交互作用，反而妨礙位錯的挪動，金屬強(qiáng)度又有上升的趨勢。金屬強(qiáng)度與位錯密度的關(guān)系作用，反而妨礙位錯的挪動，金屬強(qiáng)度又有上升的趨勢。金屬強(qiáng)度與位錯密度的關(guān)系如圖如圖l37所示。所示。 電廠金屬材料二孿生二孿生孿生是晶體的另一種塑性變形方式。在切應(yīng)力作用下，晶體的一部分沿一定的晶面孿孿生是晶體的另一種塑性變形方式。在切應(yīng)力作用下，晶體的一部分沿一定的晶

49、面孿晶面和晶向攣晶方向相對于另一部分所發(fā)生的切變稱為孿生。晶面和晶向攣晶方向相對于另一部分所發(fā)生的切變稱為孿生。 與滑移變形相比，與滑移變形相比，孿生變形很少發(fā)生。由于孿生所需求的剪切應(yīng)力很大，孿生變形往往只在低溫的體心孿生變形很少發(fā)生。由于孿生所需求的剪切應(yīng)力很大，孿生變形往往只在低溫的體心六方晶格金屬中發(fā)生，或在滑核系很少的密排六方晶格金屬中發(fā)生，或遭到?jīng)_擊變形六方晶格金屬中發(fā)生，或在滑核系很少的密排六方晶格金屬中發(fā)生，或遭到?jīng)_擊變形的金屬中發(fā)生。的金屬中發(fā)生。二、多晶體的塑性變形二、多晶體的塑性變形 多晶體塑性變形時，每個晶粒的塑性變形與單晶體塑性變形根本一樣，但由于晶多晶體塑性變形時，

50、每個晶粒的塑性變形與單晶體塑性變形根本一樣，但由于晶界的作用及相鄰晶粒之間位向不同，多晶體的塑性變形與單晶體相比又有所界的作用及相鄰晶粒之間位向不同，多晶體的塑性變形與單晶體相比又有所不同。不同。實(shí)踐運(yùn)用的金屬資料幾乎都是多晶體。實(shí)踐運(yùn)用的金屬資料幾乎都是多晶體。電廠金屬材料一晶界的影響一晶界的影響晶界是相鄰兩個晶粒的邊境，晶界上的原子陳列是無規(guī)那么的，金屬中的雜質(zhì)原晶界是相鄰兩個晶粒的邊境，晶界上的原子陳列是無規(guī)那么的，金屬中的雜質(zhì)原于往往存在其間，這對于位錯的運(yùn)動構(gòu)成很大阻力。于往往存在其間，這對于位錯的運(yùn)動構(gòu)成很大阻力。用只需兩個晶粒的試樣進(jìn)展拉伸實(shí)驗(yàn)，變形后試樣出現(xiàn)了所謂“竹節(jié)景象，如

51、圖139所示。這闡明晶界附近晶體的塑變抗力很大。由此可以推斷，多晶體金屬的晶粒越細(xì)小單位體積內(nèi)晶粒數(shù)越多時，該晶體的塑變抗力越大，即強(qiáng)度越高。電廠金屬材料二位向差的作用外力的切應(yīng)力分量在外力呈45角度時最大。因此，晶體中與外力方向接近45的滑移系最容易發(fā)生滑移，而接近0與90時，切應(yīng)力分量最小，晶體不易發(fā)生滑移。由于多晶體金屬中相鄰晶粒位向不同，當(dāng)一個晶粒的位向接近45發(fā)生滑移時，必然遭到相鄰晶粒的牽制造用，相鄰晶粒間的位向差越大時，牽制造用越大，從而添加了塑變抗力，使強(qiáng)度提高。金屬的晶粒越細(xì)時，其強(qiáng)度越高。細(xì)晶粒的金屬不僅強(qiáng)度高，塑性也好，這是應(yīng)為多晶體在應(yīng)力作用下，塑性變形分散在更多的晶粒

52、之中，晶粒越細(xì)時，多晶體各處的塑性變形越均勻。相反，多晶體的晶粒很措大時，某些大晶粒的位向不利于滑移變形，那么在較大的體積內(nèi)牽制塑性變形，使塑性交形不均勻。在實(shí)踐消費(fèi)中，希望金屬零件的晶粒越細(xì)越好。在電力設(shè)備中，有些重要零件的晶粒度，被限定在一定級別之在實(shí)踐消費(fèi)中，希望金屬零件的晶粒越細(xì)越好。在電力設(shè)備中，有些重要零件的晶粒度，被限定在一定級別之內(nèi)，尤其是接受沖擊的構(gòu)件，如碎煤機(jī)的錘頭和錘扦，細(xì)晶粒金屬的強(qiáng)度高、塑性好，那么沖擊韌性也高，可以內(nèi)，尤其是接受沖擊的構(gòu)件，如碎煤機(jī)的錘頭和錘扦，細(xì)晶粒金屬的強(qiáng)度高、塑性好，那么沖擊韌性也高，可以接受反復(fù)的沖擊而不易產(chǎn)生疲勞損壞。接受反復(fù)的沖擊而不易產(chǎn)

53、生疲勞損壞。電廠金屬材料三、冷塑性變形對金屬組織和性能影響三、冷塑性變形對金屬組織和性能影響金屬資料在外力作用下產(chǎn)生塑性變形，其內(nèi)部的組織和力學(xué)性能、物理、化金屬資料在外力作用下產(chǎn)生塑性變形，其內(nèi)部的組織和力學(xué)性能、物理、化學(xué)性能也發(fā)生一系列的變化，主要的變化是加工硬化，同時在金屬內(nèi)部產(chǎn)學(xué)性能也發(fā)生一系列的變化，主要的變化是加工硬化，同時在金屬內(nèi)部產(chǎn)生形變內(nèi)應(yīng)力。生形變內(nèi)應(yīng)力。 在電力工業(yè)中，碎煤機(jī)錘頭、磨煤機(jī)襯板、斗輪機(jī)斗齒、冷卷彈簧等都是利用加工硬化進(jìn)一步提高強(qiáng)度的。在電力工業(yè)中，碎煤機(jī)錘頭、磨煤機(jī)襯板、斗輪機(jī)斗齒、冷卷彈簧等都是利用加工硬化進(jìn)一步提高強(qiáng)度的。(一一)加工硬化加工硬化金屬在

54、受外力作用屈服后，如繼續(xù)變形那么需求添加金屬在受外力作用屈服后，如繼續(xù)變形那么需求添加應(yīng)力，即隨著塑性變形的添加金屬不斷強(qiáng)化、硬化，應(yīng)力，即隨著塑性變形的添加金屬不斷強(qiáng)化、硬化，直至到達(dá)強(qiáng)度極限。直至到達(dá)強(qiáng)度極限。 低碳鋼的加工硬化景象見圖低碳鋼的加工硬化景象見圖141所示，出現(xiàn)了加工硬化后強(qiáng)度可提高所示，出現(xiàn)了加工硬化后強(qiáng)度可提高80以上。建以上。建筑用鋼筋須先經(jīng)過冷拔強(qiáng)化。但加工硬化會使金屬的筑用鋼筋須先經(jīng)過冷拔強(qiáng)化。但加工硬化會使金屬的電阻添加，耐腐蝕性下降，特別是金屬的塑性韌性電阻添加，耐腐蝕性下降，特別是金屬的塑性韌性下降，甚至趨于零。下降，甚至趨于零。金屬的顯微組織：會發(fā)現(xiàn)金屬的晶

55、粒逐漸被拉長，甚金屬的顯微組織：會發(fā)現(xiàn)金屬的晶粒逐漸被拉長，甚至?xí)兂杉?xì)條狀、纖維狀，這闡明晶粒發(fā)生碎化，亞至?xí)兂杉?xì)條狀、纖維狀，這闡明晶粒發(fā)生碎化，亞晶的數(shù)量添加。晶界和亞晶界數(shù)量的添加，使位錯運(yùn)晶的數(shù)量添加。晶界和亞晶界數(shù)量的添加，使位錯運(yùn)動受阻，形變抗力加大，導(dǎo)致強(qiáng)度和硬度添加，動受阻，形變抗力加大，導(dǎo)致強(qiáng)度和硬度添加，性能：隨著塑性變形量的添加，位錯密度添加，使運(yùn)性能：隨著塑性變形量的添加，位錯密度添加，使運(yùn)動中的位錯發(fā)生復(fù)雜的交互作用，位錯線相互纏結(jié)、動中的位錯發(fā)生復(fù)雜的交互作用，位錯線相互纏結(jié)、堆積，妨礙了位錯的運(yùn)動，也會使強(qiáng)度、硬度提高，堆積，妨礙了位錯的運(yùn)動，也會使強(qiáng)度、硬度

56、提高，塑性、韌性下降。塑性、韌性下降。電廠金屬材料(二二)形變內(nèi)應(yīng)力形變內(nèi)應(yīng)力金屬經(jīng)塑性變形后，由于多晶體的變形不均勻，有的晶粒須以彈性變形協(xié)調(diào)整體的金屬經(jīng)塑性變形后，由于多晶體的變形不均勻，有的晶粒須以彈性變形協(xié)調(diào)整體的變形，又由于塑性變形產(chǎn)生了大量的缺陷，因此，外力所做的功有一小部分以變形，又由于塑性變形產(chǎn)生了大量的缺陷，因此，外力所做的功有一小部分以彈性能的方式殘存于晶體中，稱為形變內(nèi)應(yīng)力。彈性能的方式殘存于晶體中，稱為形變內(nèi)應(yīng)力。形變內(nèi)應(yīng)力按照其存在的范圍不同，可分為三種：形變內(nèi)應(yīng)力按照其存在的范圍不同，可分為三種：第一類內(nèi)應(yīng)力，亦稱為宏觀內(nèi)應(yīng)力。第一類內(nèi)應(yīng)力，亦稱為宏觀內(nèi)應(yīng)力。第二類

57、內(nèi)應(yīng)力，亦稱為顯微應(yīng)力。第二類內(nèi)應(yīng)力，亦稱為顯微應(yīng)力。 第三類內(nèi)應(yīng)力，亦稱為晶格畸變應(yīng)力。第三類內(nèi)應(yīng)力，亦稱為晶格畸變應(yīng)力。電廠金屬材料四、回復(fù)與再結(jié)晶四、回復(fù)與再結(jié)晶 形變后的金屬加熱時，將發(fā)生一系列的組織和性能的變化，變化的主要方式是回復(fù)形變后的金屬加熱時，將發(fā)生一系列的組織和性能的變化，變化的主要方式是回復(fù)與再結(jié)晶。與再結(jié)晶。(一一)回復(fù)回復(fù) 經(jīng)過塑性變形的金屬在加熱溫度較低時，金屬組織根本不變，硬化景象依然保經(jīng)過塑性變形的金屬在加熱溫度較低時，金屬組織根本不變，硬化景象依然保管，但內(nèi)應(yīng)力大大消除，這種景象稱為回復(fù)。管，但內(nèi)應(yīng)力大大消除，這種景象稱為回復(fù)。電廠金屬材料二再結(jié)晶二再結(jié)晶塑性

58、變形后的金屬在較低溫度下加熱時，雖經(jīng)回復(fù)使內(nèi)應(yīng)力大部分消除，但顯微組織和塑性變形后的金屬在較低溫度下加熱時，雖經(jīng)回復(fù)使內(nèi)應(yīng)力大部分消除，但顯微組織和構(gòu)造沒有明顯的改動，形變儲存能未能完全釋放，金屬組織仍處于不穩(wěn)定形狀。如繼構(gòu)造沒有明顯的改動，形變儲存能未能完全釋放，金屬組織仍處于不穩(wěn)定形狀。如繼續(xù)提高加熱溫度，使金屬原子的分散才干添加，這種高能不穩(wěn)定形狀將消除，晶粒拉續(xù)提高加熱溫度，使金屬原子的分散才干添加，這種高能不穩(wěn)定形狀將消除，晶粒拉長和碎化趨于消逝，金屬的組織、性能完全恢復(fù)到變形前的形狀。這種變化本質(zhì)上是長和碎化趨于消逝，金屬的組織、性能完全恢復(fù)到變形前的形狀。這種變化本質(zhì)上是一個重新

59、形核、長大的過程，稱為再結(jié)晶。一個重新形核、長大的過程，稱為再結(jié)晶。 再結(jié)晶后的金屬組織與形變前的退火組再結(jié)晶后的金屬組織與形變前的退火組織一樣，加工硬化景象完全消逝，位錯密度也降至變形前的形狀，如圖織一樣，加工硬化景象完全消逝，位錯密度也降至變形前的形狀，如圖l43所示。所示。電廠金屬材料 (三三)再結(jié)品溫度與晶粒長大再結(jié)品溫度與晶粒長大再結(jié)晶過程不是相變。再結(jié)晶過程不是相變。 再結(jié)晶溫度主要取決于金屬的預(yù)變形程度。沒有產(chǎn)生塑性變形的金屬加再結(jié)晶溫度主要取決于金屬的預(yù)變形程度。沒有產(chǎn)生塑性變形的金屬加熱時不會出現(xiàn)再結(jié)晶的景象。金屬的預(yù)變形度越大，其形變儲存能越熱時不會出現(xiàn)再結(jié)晶的景象。金屬的

60、預(yù)變形度越大，其形變儲存能越多，加熱時再結(jié)晶的傾向越大，所需的再結(jié)晶溫度越低。當(dāng)形變量大多，加熱時再結(jié)晶的傾向越大，所需的再結(jié)晶溫度越低。當(dāng)形變量大到一定程度后，再結(jié)晶溫度趨于某一固定值，這一溫度值稱作到一定程度后，再結(jié)晶溫度趨于某一固定值，這一溫度值稱作Ta，即，即最低再結(jié)晶溫度。最低再結(jié)晶溫度。金屬的最低再結(jié)晶溫度與金屬的熔點(diǎn)有關(guān)，高熔點(diǎn)的金屬金屬的最低再結(jié)晶溫度與金屬的熔點(diǎn)有關(guān)，高熔點(diǎn)的金屬Ta較高，反之那較高，反之那么低。與金屬熔點(diǎn)么低。與金屬熔點(diǎn)Tr的關(guān)系約為：的關(guān)系約為： Ta0.350.4Tr電廠金屬材料加熱溫度過高，保溫時間過長，都能使已構(gòu)成的細(xì)晶粒組織繼續(xù)長大，而成為粗大晶粒