電站鍋爐金屬材料基礎(chǔ)

1、電站鍋爐金屬材料基礎(chǔ)第1頁(yè)，共40頁(yè)，2022年，5月20日，7點(diǎn)8分，星期五電站鍋爐金屬材料基礎(chǔ)知識(shí)一、金屬學(xué)及熱處理基本知識(shí) 金屬學(xué)基本概念 金屬學(xué)就是研究金屬和合金的性能與它們內(nèi)部結(jié)構(gòu)之間的關(guān)系，以及影響金屬與合金組織和性能的因素的一門科學(xué)。 鐵的幾種基本固態(tài)相 鐵、鐵、鐵、 鐵。 在鋼中晶界的重要特性 晶界比晶粒容易被腐蝕； 晶界的熔點(diǎn)比晶粒低； 當(dāng)金屬內(nèi)部發(fā)生相變時(shí)，晶界是優(yōu)先成核的部位； 原子在晶界上擴(kuò)散比晶粒內(nèi)快； 晶界對(duì)晶粒的滑移變形起阻礙作用，晶界不易產(chǎn)生塑性變形； 晶界處容易聚集與晶粒元素不同的其他雜質(zhì)元素的原子。第2頁(yè)，共40頁(yè)，2022年，5月20日，7點(diǎn)8分，星期五第

2、3頁(yè)，共40頁(yè)，2022年，5月20日，7點(diǎn)8分，星期五 等強(qiáng)溫度T 晶界強(qiáng)度和晶粒強(qiáng)度相等時(shí)的溫度稱為等強(qiáng)溫度T 。 金屬材料的塑性變形及再結(jié)晶 加工硬化：金屬在塑性變形后，金屬的強(qiáng)度和硬度會(huì)升高，塑性和 韌性會(huì)降低，這種現(xiàn)象稱為加工硬化（或冷作硬化）。 再結(jié)晶過程：當(dāng)溫度升高時(shí)，變形金屬的冷變形組織（被拉長(zhǎng)的晶 粒）逐漸回復(fù)到原來的晶粒形狀，金屬性能恢復(fù)到原來 的性能的過程稱為再結(jié)晶過程。 鋼及鑄鐵中的幾種基本組織 鐵素體：碳和其它合金元素在 鐵中的固溶體稱為鐵素體。以F表 示。 滲碳體：滲碳體是鐵和碳的化合物，或以化合物為基體的固溶體， 以Fe3C表示。電站鍋爐金屬材料基礎(chǔ)知識(shí)第4頁(yè)，共

3、40頁(yè)，2022年，5月20日，7點(diǎn)8分，星期五第5頁(yè)，共40頁(yè)，2022年，5月20日，7點(diǎn)8分，星期五 奧氏體：奧氏體是碳和其它元素在鐵（面心立方晶格）中的固 溶體，以A表示。 珠光體：珠光體是鐵素體和滲碳體以彼此相間片層狀排列的機(jī)械 混合物，以P表示。 索氏體：索氏體即是片層較細(xì)的珠光體，以S表示。 屈氏體（或托氏體）：屈氏體（或托氏體）即是片層極細(xì)的珠光 體，以T表示。 貝氏體：貝氏體是鐵素體和滲碳體的機(jī)械混合物，按照組織形式 和形成溫度不同，分為上貝氏體和下貝氏體。上貝氏體 中鐵素體呈羽毛狀，羽毛之間分布有片裝和棒狀的滲碳 體。下貝氏體為針狀的鐵素體上分布有大量的滲碳體。 貝氏體中的

4、鐵素體含有較多的（或過飽和的）碳，以B表 示。 馬氏體：碳在鐵素體中的過飽和固溶體，以M表示。 電站鍋爐金屬材料基礎(chǔ)知識(shí)第6頁(yè)，共40頁(yè)，2022年，5月20日，7點(diǎn)8分，星期五 萊氏體：萊氏體是一種機(jī)械混合物，在高溫時(shí)由奧氏體和滲碳體 組成，在常溫時(shí)由奧氏體轉(zhuǎn)變得到的珠光體加滲碳體組 成，以L表示。 石墨：石墨是碳以六方柱狀形式的結(jié)晶狀態(tài)。石墨在鋼中的可以 以三種形狀存在，即片狀（花瓣?duì)睿?、雪花狀、球狀。?中以片狀對(duì)金屬的危害最大。 鐵碳平衡圖 平衡圖也叫相圖或狀態(tài)圖，是表示合金體系在平衡狀態(tài)時(shí)各相區(qū)溫度和成分極限的圖解。一般最常用的平衡圖是二元系的平衡圖。二元系的平衡圖以縱坐標(biāo)表示溫度，

5、橫坐標(biāo)表示合金的成分。知道了合金的成分和溫度，就可以在平衡圖上找到相應(yīng)的平衡狀態(tài)下的組織，并可用杠桿定律求出兩相區(qū)相的相對(duì)量。從平衡圖上也可以知道一定成分的合金在冷卻過程中相的變化。電站鍋爐金屬材料基礎(chǔ)知識(shí)第7頁(yè)，共40頁(yè)，2022年，5月20日，7點(diǎn)8分，星期五第8頁(yè)，共40頁(yè)，2022年，5月20日，7點(diǎn)8分，星期五鐵碳平衡圖中的特性點(diǎn) 點(diǎn)的符號(hào)溫度（）含碳量（）說明A15340純鐵的熔點(diǎn)B14930.51包晶反應(yīng)時(shí)液態(tài)合金的濃度C11474.3共晶點(diǎn)D16006.67滲碳體的熔點(diǎn)E11472.06碳在鐵中的最大溶解度F11476.67滲碳體G9100鐵鐵同素異形轉(zhuǎn)變點(diǎn)H14930.10碳

6、在鐵中的最大溶解度J14930.16包晶點(diǎn)K7236.67滲碳體M7690磁性轉(zhuǎn)變點(diǎn)N13900鐵鐵同素異形轉(zhuǎn)變點(diǎn)O7690.5磁性轉(zhuǎn)變點(diǎn)P7230.02碳在鐵中的最大溶解度S7230.8共析點(diǎn)Q1000.008碳在鐵中的溶解度第9頁(yè)，共40頁(yè)，2022年，5月20日，7點(diǎn)8分，星期五 鐵碳平衡圖是鐵和碳的二元系相圖。嚴(yán)格來說，鐵碳平衡圖應(yīng)當(dāng)是鐵和石墨的平衡圖。而我們應(yīng)用最多的是含碳量6.67以下的富鐵部分平衡圖，而且是鐵和化合物Fe3C 的一種平衡圖。因此，雖然鐵碳平衡圖有Fe C和Fe Fe3C兩種，但實(shí)際上都把Fe Fe3C系的平衡圖稱為鐵碳平衡圖。 包晶反應(yīng)：所謂包晶反應(yīng)即由一個(gè)固相和

7、一個(gè)液相反應(yīng)成為一個(gè) 固相的反應(yīng)。 共晶反應(yīng)：所謂共晶反應(yīng)即由一個(gè)液相反應(yīng)成兩個(gè)固相的反應(yīng)。 共析反應(yīng)：所謂共晶反應(yīng)即由一個(gè)固相反應(yīng)成兩個(gè)固相的反應(yīng)。 杠桿定律：當(dāng)測(cè)定各相的相對(duì)量時(shí)，可先通過已知點(diǎn)做水平線， 此水平線在該已知點(diǎn)和決定相成分之間的線段長(zhǎng)度與 這些相的重量成反比。電站鍋爐金屬材料基礎(chǔ)知識(shí)第10頁(yè)，共40頁(yè)，2022年，5月20日，7點(diǎn)8分，星期五 鋼的熱處理 正火:即是將鋼加熱到Ac3 以上3050 ，在此溫度停留一段時(shí)間 后，將鋼在靜止空氣中冷卻的一種操作。 正火目的： 、細(xì)化晶粒，改善鋼的力學(xué)性能，并可作為某些鋼 （如20G鍋爐管）的最終熱處理。 、改善組織，以改善切削加工性

8、能，并為淬火做組 織準(zhǔn)備。 淬火：即是把鋼加熱到臨界點(diǎn)（ Ac3 或Ac1）以上某一溫度，并在 此溫度停留一段時(shí)間后，迅速冷卻，以得到不穩(wěn)定狀態(tài)組 織的一種操作。鋼在淬火后一般得到的是馬氏體組織，但 對(duì)高合金奧氏體鋼則淬火后為奧氏體組織。奧氏體鋼淬火 也被稱為固溶處理或水韌處理。 淬火目的：提高鋼的強(qiáng)度和硬度。電站鍋爐金屬材料基礎(chǔ)知識(shí)第11頁(yè)，共40頁(yè)，2022年，5月20日，7點(diǎn)8分，星期五 回火：即是將淬火后的鋼加熱到低于Ac1的溫度 ，在此溫度停留 一段時(shí)間后冷卻的一種操作。 回火目的： 、得到較為穩(wěn)定的組織。 、減小或完全消除鋼淬火后存在于鋼中的應(yīng)力，降 低淬火鋼的脆性，得到工件所需要

9、的最后的性能。 常見的回火類型： 、低溫回火 回火溫度為150250 。 目的：消除工件中的部分內(nèi)應(yīng)力，稍稍提高韌性，但仍使工 件保持著高的淬火硬度。 適用范圍：高碳鋼和合金鋼制造的刀具、量具等。 、中溫回火 回火溫度為350480 。電站鍋爐金屬材料基礎(chǔ)知識(shí)第12頁(yè)，共40頁(yè)，2022年，5月20日，7點(diǎn)8分，星期五 目的：使鋼具有較高的彈性和韌性。 適用范圍：常用于彈簧和熱沖模。 、高溫回火 回火溫度為450670 （對(duì)碳鋼或低合金鋼）或更高溫度 （對(duì)中、高合金鋼）。 目的：完全消除內(nèi)應(yīng)力，回火后有足夠的強(qiáng)度和良好的韌性。 適用范圍：廣泛用于電站主蒸汽管道焊口的焊后熱處理以及 結(jié)構(gòu)鋼的最終

10、熱處理。 退火：鋼的退火可分為再結(jié)晶退火和退火兩種。 再結(jié)晶退火：即是將冷加工后的工件加熱到Ac1以下溫度，使冷加 工后的不穩(wěn)定的變形組織變?yōu)榉€(wěn)定的組織狀態(tài)。這 種退火沒有相變發(fā)生。 電站鍋爐金屬材料基礎(chǔ)知識(shí)第13頁(yè)，共40頁(yè)，2022年，5月20日，7點(diǎn)8分，星期五 常見的退火類型： 、完全退火 完全退火是將鋼加熱到Ac3以上，使鋼全部變成奧氏體的工 藝 。 目的：細(xì)化晶粒，改善鋼的力學(xué)性能或?yàn)榇慊鹱鹘M織準(zhǔn)備； 降低鋼的硬度以利于加工； 消除內(nèi)應(yīng)力。 適用范圍：亞共析鋼和共析鋼組織的碳鋼及合金鋼鑄件和鍛 件。如汽輪機(jī)氣缸25鋼鑄件在鑄造后即采用完全 退火。 、不完全退火 不完全退火與完全退火

11、不同，其加熱溫度較低，為Ac1 （2030 ），在此溫度加熱保溫后緩慢冷卻。 電站鍋爐金屬材料基礎(chǔ)知識(shí)第14頁(yè)，共40頁(yè)，2022年，5月20日，7點(diǎn)8分，星期五 目的：降低鋼的硬度，改善切削性能，并為淬火作組織準(zhǔn)備。 適用范圍：主要用于過共析鋼、合金工具鋼及軸承鋼。這些 鋼均是含碳量較高的鋼，在不完全退火的加熱溫 度下，其組織為奧氏體加二次滲碳體（對(duì)合金鋼 為碳化物）。之所以不采用完全退火工藝的原因 在于，如采用完全退火，鋼中所有含碳量均會(huì)溶 于奧氏體中，導(dǎo)致奧氏體含碳量的含碳量提高， 穩(wěn)定性加大。如要獲得均勻的退火組織，其冷卻 速度必須很慢。這樣將大為延長(zhǎng)退火時(shí)間，對(duì)生 產(chǎn)不利。另外，對(duì)這

12、些剛采用不完全退火，可使 二次滲碳體易于成為球狀，對(duì)降低鋼的硬度并為 淬火組織準(zhǔn)備更為有利。電站鍋爐金屬材料基礎(chǔ)知識(shí)第15頁(yè)，共40頁(yè)，2022年，5月20日，7點(diǎn)8分，星期五 、擴(kuò)散退火 擴(kuò)散退火即是將鋼加熱到 很高的溫度，通常為 Ac3以上 200 左右，保溫較長(zhǎng)時(shí)間，然后緩慢冷卻。 目的：使鋼的成分均勻。 適用范圍：高合金鋼錠或鑄件。 、等溫退火 等溫退火即是把鋼加熱到臨界點(diǎn)以上溫度，使其轉(zhuǎn)變?yōu)閵W 氏體，并保溫一段時(shí)間使奧氏體均勻后，冷卻到預(yù)定溫度， 并在該溫度下保溫一段時(shí)間，使奧氏體等溫分解成珠光體 的熱處理工藝。 等溫退火的加熱溫度與完全退火的加熱溫度一樣。二者不 同之處在于冷卻方式

13、。這種退火方式可以說是完全退火的 特殊形式。 電站鍋爐金屬材料基礎(chǔ)知識(shí)第16頁(yè)，共40頁(yè)，2022年，5月20日，7點(diǎn)8分，星期五 目的：組織均勻，硬度較低。 適用范圍：合金鋼。 、球化退火 球化退火即是將鋼按照完全退火的加熱速度加熱到Ac1 （2030 ），保溫后，再按照每小時(shí)2050 的速度降至 該鋼Ar1以下一個(gè)溫度，并在這個(gè)溫度保溫較長(zhǎng)時(shí)間，最后 隨爐冷致450500 左右出爐，再在空氣中冷卻的工藝。 通過這種退火后，珠光體中的滲碳體及鋼中的二次滲碳體均 為球狀，故稱為球化退火。 目的：降低硬度， 以便于加工，并使鋼中的滲碳體變?yōu)榍?狀，以為淬火作好組織準(zhǔn)備。 電站鍋爐金屬材料基礎(chǔ)知識(shí)

14、第17頁(yè)，共40頁(yè)，2022年，5月20日，7點(diǎn)8分，星期五二、金屬在高溫長(zhǎng)期運(yùn)行過程中的變化 金屬的蠕變 金屬在高溫下，即使其所受的應(yīng)力低于金屬在該溫度的屈服點(diǎn)， 在這樣的應(yīng)力長(zhǎng)期作用下，也會(huì)發(fā)生緩慢的但是連續(xù)的塑性變形， 這樣的一種現(xiàn)象稱為蠕變現(xiàn)象，所發(fā)生的變形稱為蠕變變形（或 蠕脹）。 金屬的蠕變曲線 蠕變現(xiàn)象通常用畫在“變形時(shí)間”坐標(biāo)上的曲線來表示，這種曲線稱為蠕變曲線。盡管不同的金屬和合金在不同條件下所得到的蠕變曲線不盡相同，但它們都有一定的共同特征，把這些共同特征表示出來的蠕變曲線就叫做典型蠕變曲線。典型蠕變曲線見附圖，它描述在恒定溫度、恒定拉應(yīng)力下金屬的變形隨時(shí)間的變化規(guī)律。 電

15、站鍋爐金屬材料基礎(chǔ)知識(shí)第18頁(yè)，共40頁(yè)，2022年，5月20日，7點(diǎn)8分，星期五 典型蠕變曲線分為以下四個(gè)部分： 、瞬時(shí)伸長(zhǎng)0O它是加上應(yīng)力的瞬間發(fā)生的。假如外加應(yīng)力超過 金屬在試驗(yàn)溫度下的彈性極限，則這部分瞬時(shí)伸長(zhǎng)中既包括 彈性變形，也包括塑性變形。 、蠕變第一階段（曲線OA，即 I ），這一階段的蠕變是非穩(wěn)定 的蠕變階段，它的特點(diǎn)是開始蠕變速度較大，但隨著時(shí)間的 推移，蠕變速度逐步減小，到A點(diǎn)，金屬的蠕變速度達(dá)到該 應(yīng)力和溫度下的最小值并開始過渡到蠕變的第二階段。由于 這一階段蠕變有著減速的特點(diǎn)，因此也把蠕變第一階段稱為 蠕變的減速階段。 、蠕變的第二階段（曲線AB ，即 II ），這一

16、階段的蠕變是穩(wěn) 定階段的蠕變，它的特點(diǎn)是蠕變以固定的但是對(duì)于該應(yīng)力和 溫度下是最小的蠕變速度進(jìn)行，在蠕變曲線上表現(xiàn)為一具有 一定傾斜角度的直線段。蠕變第二階段又稱為蠕變的等速階 段或恒速階段。電站鍋爐金屬材料基礎(chǔ)知識(shí)第19頁(yè)，共40頁(yè)，2022年，5月20日，7點(diǎn)8分，星期五 、蠕變的第三階段（曲線BC ，即 III ），當(dāng)蠕變進(jìn)行到B點(diǎn)，隨 著時(shí)間的進(jìn)行，蠕變以迅速增大的速度進(jìn)行，這是一種失穩(wěn) 狀態(tài)。直到C點(diǎn)發(fā)生斷裂。至此，整個(gè)蠕變過程結(jié)束。由于蠕 變第三階段有蠕變不斷加速的特點(diǎn)，所以也被稱為蠕變的加速 階段。 一般認(rèn)為，在正常的使用條件下，高溫金屬部件的使用期限應(yīng)當(dāng)在蠕變第三階段發(fā)生以前。

17、長(zhǎng)期以來，人們總是把蠕變第二階段終了時(shí)的蠕變變形量作為金屬在使用時(shí)的極限變形量。但考慮到蠕變第三階段的時(shí)間與總的時(shí)間相比，占的比例較大，因此，對(duì)于電站的某些高溫部件，例如主蒸汽管道，它們的允許變形量并不受外界條件的限制（與某些部件因機(jī)械結(jié)構(gòu)的公差的限制不允許變形量很大是有區(qū)別的），而是由金屬本身的變性能力所支配，對(duì)于這樣的高溫金屬部件，認(rèn)為它們只能使用到第二階段終了時(shí)的看法是值得商榷的。電站鍋爐金屬材料基礎(chǔ)知識(shí)第20頁(yè)，共40頁(yè)，2022年，5月20日，7點(diǎn)8分，星期五第21頁(yè)，共40頁(yè)，2022年，5月20日，7點(diǎn)8分，星期五 金屬的蠕變極限 金屬的蠕變極限是這樣一個(gè)應(yīng)力，在這個(gè)應(yīng)力下，金屬

18、在一定溫度下于規(guī)定時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生規(guī)定的總的塑性變形量；或者在這個(gè)應(yīng)力下，金屬在某一溫度下引起規(guī)定的蠕變速度。 對(duì)于火力發(fā)電廠的高溫金屬部件，蠕變極限作以下具體規(guī)定： 、在 一 定 溫 度 下，能 使鋼 材 產(chǎn) 生 1107毫米/毫米時(shí) （或1105/時(shí)）的第二階段蠕變速度的應(yīng)力，就 稱為 該 溫度下1107 （或1105）的蠕變極限。 所用符號(hào)為 t1107 （或 t1105 ）。 、在 一 定 溫 度 下，能 使鋼 材 在105小時(shí)工作時(shí)間內(nèi)發(fā)生1 的總?cè)渥冏冃瘟康膽?yīng)力，就稱為該溫度下的105小時(shí)變形1 的蠕變極限。 所用符號(hào)為 t1/105 電站鍋爐金屬材料基礎(chǔ)知識(shí)第22頁(yè)，共40頁(yè)，2022

19、年，5月20日，7點(diǎn)8分，星期五 金屬的持久強(qiáng)度 金屬材料的持久強(qiáng)度和蠕變極限一樣，是評(píng)定在高溫和應(yīng)力下長(zhǎng)期使用的部件金屬材料的強(qiáng)度指標(biāo)。由于金屬持久強(qiáng)度試驗(yàn)一直要進(jìn)行到試樣的斷裂，所以它可以反映金屬材料在高溫長(zhǎng)時(shí)斷裂時(shí)的強(qiáng)度和塑性。 金屬的持久強(qiáng)度是指在給定溫度下經(jīng)過一定時(shí)間破壞時(shí)所能承受的應(yīng)力。金屬的持久強(qiáng)度也稱持久強(qiáng)度極限。 火力發(fā)電廠高溫金屬部件所用材料的持久強(qiáng)度一般可表示為：在給定溫度下，經(jīng)105小時(shí)發(fā)生破壞（或斷裂）的應(yīng)力。 其常用符號(hào)為 t105 電站鍋爐金屬材料基礎(chǔ)知識(shí)第23頁(yè)，共40頁(yè)，2022年，5月20日，7點(diǎn)8分，星期五 金屬的松弛 金屬在高溫和應(yīng)力狀態(tài)下，如維持總變形

20、不變，隨著時(shí)間的延長(zhǎng)，應(yīng)力逐漸降低的現(xiàn)象叫應(yīng)力松弛。松弛過程可以用一個(gè)數(shù)學(xué)表達(dá)式來表示，當(dāng)溫度為常數(shù)時(shí)： 0 p e 常數(shù) 式中： 0 松弛開始時(shí)金屬所具有的開始的總變形； p 塑性變形 e 彈性變形 松弛過程中， 0 常數(shù)， p 常數(shù)，e 常數(shù) 。即由于總變形量不變，而其中的彈性變形轉(zhuǎn)變?yōu)樗苄宰冃?，因而零件中的?yīng)力隨時(shí)間而降低。 因此，金屬的松弛過程就是金屬在高溫下彈性變形自動(dòng)轉(zhuǎn)變?yōu)樗苄宰冃蔚倪^程。 電站鍋爐金屬材料基礎(chǔ)知識(shí)第24頁(yè)，共40頁(yè)，2022年，5月20日，7點(diǎn)8分，星期五第25頁(yè)，共40頁(yè)，2022年，5月20日，7點(diǎn)8分，星期五 金屬在高溫長(zhǎng)期運(yùn)行過程中組織的變化 無論奧氏體鋼

21、或珠光體鋼，在高溫下長(zhǎng)期運(yùn)行，不但會(huì)發(fā)生蠕變、斷裂和應(yīng)力松弛等形變過程，而且還會(huì)發(fā)生一些組織和性能的變化。 鍋爐、汽輪機(jī)高溫部件所用鋼材在高溫長(zhǎng)期運(yùn)行過程中發(fā)生的組織性能變化主要有： 珠光體的球化和碳化物的聚集； 石墨化（僅限于不含鉻的珠光體耐熱鋼）； 時(shí)效和新相的形成（如不銹鋼中 相的形成等）； 熱脆性； 合金元素在固溶體中和碳化物相之間的重新分配。 等等。電站鍋爐金屬材料基礎(chǔ)知識(shí)第26頁(yè)，共40頁(yè)，2022年，5月20日，7點(diǎn)8分，星期五 珠光體的球化和碳化物的聚集 這是所有珠光體耐熱鋼最常見的組織變化。 珠光體球化是指鋼中原來的珠光體中的片層狀滲碳體（在合金鋼中稱合金滲碳體或碳化物）在高

22、溫下長(zhǎng)期運(yùn)行，逐步改變自己的形狀而成為球狀的現(xiàn)象。球化后的碳化物繼續(xù)增大自己的尺寸，使小直徑的球變成大直徑的球，這就是碳化物的聚集。 珠光體的球化對(duì)鋼的性能的影響 一般來說，珠光體球化對(duì)鋼的室溫力學(xué)性能和耐熱性均有一定程度的影響，對(duì)于不同的鋼，其影響程度不一。 、珠光體球化會(huì)使鋼的室溫強(qiáng)度極限和屈服點(diǎn)降低。 、珠光體球化會(huì)使鋼的蠕變極限和持久強(qiáng)度降低。電站鍋爐金屬材料基礎(chǔ)知識(shí)第27頁(yè)，共40頁(yè)，2022年，5月20日，7點(diǎn)8分，星期五 石墨化 石墨化就是鋼中的滲碳體分解成為游離碳并以石墨形式析出，在鋼中形成石墨夾層的現(xiàn)象。 碳鋼和0.5Mo鋼等不含鉻的珠光體耐熱鋼在高溫長(zhǎng)期運(yùn)行過程中會(huì)產(chǎn)生石墨

23、化的現(xiàn)象。 石墨化對(duì)鋼的性能的影響 當(dāng)鋼中產(chǎn)生石墨化現(xiàn)象時(shí)，由于碳從滲碳體中析出成為石墨，鋼中滲碳體數(shù)量減少；另外，石墨在鋼中割裂基體，起裂紋作用，而石墨本身強(qiáng)度又極低，因此，石墨化對(duì)鋼的強(qiáng)度有所影響。 另外，由于鋼的室溫沖擊性能也有一定的影響。 電站鍋爐金屬材料基礎(chǔ)知識(shí)第28頁(yè)，共40頁(yè)，2022年，5月20日，7點(diǎn)8分，星期五 時(shí)效和新相的形成 耐熱鋼或耐熱合金的時(shí)效過程是指它們?cè)陂L(zhǎng)期運(yùn)行過程中，隨著運(yùn)行時(shí)間的推移而從組織中過飽和固溶體內(nèi)析出一些強(qiáng)化相質(zhì)點(diǎn)而使金屬的性能隨時(shí)間發(fā)生變化的現(xiàn)象。 當(dāng)耐熱鋼和耐熱合金中的固溶體由于熱處理時(shí)從高溫冷卻較快或別的原因，使固溶于其中的合金元素來不及析出

24、時(shí)，就形成不穩(wěn)定的過飽和固溶體。在以后的運(yùn)行中就會(huì)發(fā)生時(shí)效。 時(shí)效可分為三個(gè)階段。第一階段是時(shí)效過程在金屬晶格內(nèi)的準(zhǔn)備階段，它僅有一些物理性能如電阻等的變化，在此階段鋼和合金的強(qiáng)度和硬度幾乎不發(fā)生變化；第二階段在組織上析出了分散的強(qiáng)化相質(zhì)點(diǎn)，使鋼的強(qiáng)度、硬度和蠕變極限提高，并使塑性、韌性降低；在時(shí)效隨第三階段，是這些析出的分散相的聚集。由于這些細(xì)小的、分散的質(zhì)點(diǎn)聚集成大的質(zhì)點(diǎn)，因而強(qiáng)化作用消失，強(qiáng)度、硬度降低，同時(shí)，蠕變極限和持久強(qiáng)度也顯著降低。 時(shí)效過程也就是新相形成的過程，因?yàn)槲龀龅姆稚⑾嘁簿褪窃诮饘僦行纬傻男孪唷?電站鍋爐金屬材料基礎(chǔ)知識(shí)第29頁(yè)，共40頁(yè)，2022年，5月20日，7點(diǎn)8

25、分，星期五 合金元素在固溶體和碳化物相之間的重新分配 鋼在高溫長(zhǎng)期作用下，不但會(huì)發(fā)生珠光體球化、石墨化、時(shí)效等，鋼中合金元素還會(huì)發(fā)生在固溶體和碳化物相之間的重新分配過程。這一過程的發(fā)生是由于在高溫下合金元素原子活動(dòng)能力的增加而產(chǎn)生的轉(zhuǎn)移過程。 目前，火力發(fā)電廠用的最多的是珠光體耐熱鋼和馬氏體耐熱鋼。在這些鋼中，歸根到底只有兩種相：固溶體和碳化物。鋼中的合金元素不是存在于固溶體中，就是存在于碳化物中。當(dāng)形成固溶體時(shí)，合金元素的原子是要溶入到鐵的晶格中去的。合金元素的原子直徑是與鐵原子的直徑不同的，因而形成固溶體時(shí)要產(chǎn)生晶格畸變，有畸變的晶格是不穩(wěn)定的。因此，在高溫長(zhǎng)期作用下，只有溫度水平能使合金

26、元素原子有充分的活動(dòng)能力，它就力求從固溶體中出來轉(zhuǎn)移到較為穩(wěn)定的碳化物中去。這種過程也叫做固溶體的貧化。固溶體的貧化會(huì)使鋼的強(qiáng)度、蠕變極限和持久強(qiáng)度下降。電站鍋爐金屬材料基礎(chǔ)知識(shí)第30頁(yè)，共40頁(yè)，2022年，5月20日，7點(diǎn)8分，星期五 合金元素在固溶體和碳化物相之間的重新分配過程包括兩個(gè)方面：一為固溶體、碳化物中合金含量的變化（即稱為碳化物成分的變化），二為運(yùn)行過程中同時(shí)發(fā)生的碳化物結(jié)構(gòu)類型、數(shù)量 和發(fā)布形式的變化。電站鍋爐金屬材料基礎(chǔ)知識(shí)第31頁(yè)，共40頁(yè)，2022年，5月20日，7點(diǎn)8分，星期五三、金屬力學(xué)性能試驗(yàn)基本知識(shí) 金屬材料的力學(xué)性能是金屬材料在外力作用下表現(xiàn)出來的特性，如彈性

27、、強(qiáng)度、硬度、韌性、塑性等。不同的受力條件會(huì)使金屬材料表現(xiàn)出不同的特性，如靜力拉伸力作用下金屬材料的強(qiáng)度和塑性特性，動(dòng)力負(fù)荷即沖擊負(fù)荷下金屬材料所表現(xiàn)出來的韌性特性指標(biāo)等。 靜力試驗(yàn)下的力學(xué)性能 靜力試驗(yàn)的意義是，向試樣上加力（負(fù)荷、載荷）的速度是緩慢而均勻的，或者是以固定不變的力加在試樣上并保持很長(zhǎng)的時(shí)間。顯然，在靜力試驗(yàn)時(shí)，試樣的變形速度不大。 拉伸試驗(yàn) 在拉伸試驗(yàn)時(shí)，可以得到以下力學(xué)性能的指標(biāo)：電站鍋爐金屬材料基礎(chǔ)知識(shí)第32頁(yè)，共40頁(yè)，2022年，5月20日，7點(diǎn)8分，星期五 、抵抗微小的塑性變形的能力 這種性能常常用比例極限p和屈服點(diǎn)s來說明。 、抵抗大的塑性變形的能力 這種性能常常

28、用強(qiáng)度極限b來說明。 、塑性 試樣在斷裂時(shí)的塑性變形的大小，這種性能常常用延伸率和斷面收縮率來說明。 拉伸曲線 在對(duì)金屬拉伸試樣進(jìn)行拉伸試驗(yàn)時(shí)，可以得到一條畫在負(fù)荷伸長(zhǎng)量坐標(biāo)上的曲線，這就是拉伸曲線。 圖中負(fù)荷與伸長(zhǎng)量之間能保持直線關(guān)系的最大負(fù)荷稱為比例極限負(fù)荷Pp ；金屬能保持虎克定律的最大負(fù)荷稱為彈性極限負(fù)荷Pe （比例極限負(fù)荷和彈性極限負(fù)荷在位置上非常接近）； Ps稱為屈服負(fù)荷，金屬在這個(gè)負(fù)荷下開始屈服（即不增加負(fù)荷，變形也能自動(dòng)增加）； PB稱為最大負(fù)荷; PZ稱為斷裂負(fù)荷。電站鍋爐金屬材料基礎(chǔ)知識(shí)第33頁(yè)，共40頁(yè)，2022年，5月20日，7點(diǎn)8分，星期五第34頁(yè)，共40頁(yè)，2022

29、年，5月20日，7點(diǎn)8分，星期五 拉伸試驗(yàn)時(shí)的力學(xué)性能指標(biāo)： 、比例極限p 是指應(yīng)力和相對(duì)伸長(zhǎng)成正比例的最大應(yīng)力。 、彈性極限e 是指在不產(chǎn)生永久塑性變形的前提下，金屬材料所能承受 的最大應(yīng)力。在工程上規(guī)定，彈性極限是使試樣產(chǎn)生0.001 0.05%永久變形的應(yīng)力。 、屈服點(diǎn)s 是指不增加負(fù)荷而使試樣變形增加的最小應(yīng)力。 有時(shí)，在低碳鋼做拉伸試驗(yàn)時(shí)，在拉伸曲線上屈服時(shí)會(huì)出 現(xiàn)負(fù)荷作鋸齒狀的一段臺(tái)階，可分別用上屈服點(diǎn)和下屈服 點(diǎn)表示。如不特別指明，應(yīng)認(rèn)為上屈服點(diǎn)是屈服點(diǎn)。 很多的金屬或合金，在拉伸曲線上無明顯的屈服平臺(tái)。在 工程上規(guī)定，一般將使試樣產(chǎn)生0.2%永久變形的應(yīng)力作為 屈服點(diǎn)，以0.2表示。 電站鍋爐金屬材料基礎(chǔ)知識(shí)第35頁(yè)，共40頁(yè)，2022年，5月20日，7點(diǎn)8分，星期五 、強(qiáng)度極限b 試驗(yàn)斷裂前最大負(fù)荷與原始截面積之比。 、真實(shí)抗斷抗力Z 試驗(yàn)拉斷時(shí)的負(fù)荷與拉斷時(shí)的試樣最小截面積之比。 、延伸率 試樣拉斷后的伸長(zhǎng)量與原始計(jì)算長(zhǎng)度之比。 、斷面收縮率 試樣拉斷后的截面積最大收縮量與原始截面積之比。 硬度 所謂金屬的硬度是指金屬抵抗其它比較堅(jiān)硬物體壓入的能力。這種堅(jiān)硬的壓入物通常是不發(fā)生變形的。電站鍋爐金屬材料基礎(chǔ)知識(shí)第36頁(yè)，共40頁(yè)，2022年，5月20日，7點(diǎn)8分，星期五 按照試驗(yàn)時(shí)所用方法的不同，可將硬度測(cè)定方法分為： 壓入法：試驗(yàn)金