承壓類特種設(shè)備無損檢測相關(guān)知識-力學(xué)性能課件

承壓類特種設(shè)備無損檢測

相關(guān)知識焦作市鍋爐壓力容器檢驗所毛曉剛承壓類特種設(shè)備無損檢測

相關(guān)知識焦作市鍋爐壓力容器檢驗所1第1章金屬材料與熱處理基礎(chǔ)知識金屬材料是制造承壓類特種設(shè)備最常用的材料，因為它們具有優(yōu)良的性能。作為類特種設(shè)備元損檢測人員，應(yīng)了解材料方雨的有關(guān)知識。通常所指的金屬材料的性能包括以下兩個方面:1.使用性能：即為了保證機械零件、設(shè)備、結(jié)構(gòu)件等能正常工作，材料所應(yīng)具備的性主要有力學(xué)性能(強度、硬度、剛度\塑性、韌性等)，物理性能(密度、熔點、性、熱膨脹性等)，化學(xué)性能(耐蝕性、熱穩(wěn)定性等)。使用性能決定了材料的應(yīng)用范圍，用安全可靠性和l使用壽命。2.工藝性能：即材料在被制成機械零件、設(shè)備、結(jié)構(gòu)件的過程中適應(yīng)各種冷、熱加性能，例如鑄造、焊接、熱處理、壓力加工、切削加工等方面的性能。工藝性能對制造成本、生產(chǎn)效率、產(chǎn)品質(zhì)量有重要影響。第1章金屬材料與熱處理基礎(chǔ)知識金屬材料是制造承壓類特種設(shè)備最2一、材料力學(xué)基本知識金屬材料在加工和使用過程中都要承受不同形式外力的作用。當(dāng)外力達到或超過某一限度時，材料就會發(fā)生變形甚至斷裂。材料在外力作用下所表現(xiàn)的一些性能稱為材料的力學(xué)性能。承壓類特種設(shè)備材料的力學(xué)性能指標(biāo)主要有強度、硬度、塑性、韌性等。這些性能指標(biāo)可以通過力學(xué)性能試驗測定。一、材料力學(xué)基本知識金屬材料在加工和使用過程中都要承受不同形3研究力學(xué)性能意義：是選擇和使用金屬材料的重要依據(jù)一、基本概念1、彈性：指物體在外力作用下改變基本形狀和尺寸，當(dāng)外力卸除后物體又恢復(fù)到其原始形狀和尺寸的特性。2、內(nèi)力：金屬受到外力時為保其不變形，在材料內(nèi)部作用者與外力相對抗的力稱為內(nèi)力。3、應(yīng)力：單位面積上的內(nèi)力。4、應(yīng)變：指由外力所引起的物體原始尺寸或形狀的相對變化；通常以百分比（%）表示5、載荷：金屬材料在加工及使用過程中所受的外力。按作用性質(zhì)分：

研究力學(xué)性能意義：是選擇和使用金屬材料的重要依據(jù)一、基本概念4靜載荷：指大小不變或變化過程緩慢的載荷。沖擊載荷：在短時間內(nèi)以較高速度作用于零件上的載荷。循環(huán)載荷：指大小、方向隨時間發(fā)生周期性變化的載荷靜載荷：指大小不變或變化過程緩慢的載荷。5按作用形式不同分：按作用形式不同分：66、變形：材料在外力的作用下將發(fā)生形狀和尺寸變化，稱為變形。分為彈性變形與塑性變形外力去處后能夠恢復(fù)的變形稱為彈性變形。外力去處后不能恢復(fù)的變形稱為塑性變形。6、變形：材料在外力的作用下將發(fā)生形狀和尺寸變化，7拉伸實驗

（金屬的抗拉強度和塑性都是通過拉伸試驗測定）（GB/T228-2010）拉伸實驗

（金屬的抗拉強度和塑性都是通過拉伸試驗測定）（G81.拉伸試樣2.力—伸長曲線（以低碳鋼試樣為例）3.脆性材料的拉伸曲線1.拉伸試樣2.力—伸長曲線（以低碳鋼試樣為例）3.脆91.拉伸試樣（GB6397-86）長試樣：L0=10d0短試樣：L0=5d01.拉伸試樣（GB6397-86）長試樣：L0=10d0短10承壓類特種設(shè)備無損檢測相關(guān)知識--力學(xué)性能課件11萬能材料試驗機a)WE系列液壓式b)WDW系列電子式萬能12承壓類特種設(shè)備無損檢測相關(guān)知識--力學(xué)性能課件13承壓類特種設(shè)備無損檢測相關(guān)知識--力學(xué)性能課件142.力－伸長曲線彈性變形階段屈服階段頸縮現(xiàn)象拉伸試驗中得出的拉伸力與伸長量的關(guān)系曲線。強化階段

2.力－伸長曲線彈性變形階段屈服階段頸縮現(xiàn)象拉伸試驗中得出15(a)試樣(b)伸長(c)產(chǎn)生縮頸(d)斷裂承壓類特種設(shè)備無損檢測相關(guān)知識--力學(xué)性能課件16拉伸試樣的頸縮現(xiàn)象拉伸試樣的頸縮現(xiàn)象17ΔLF03.脆性材料的拉伸曲線（與低碳鋼試樣相對比）脆性材料在斷裂前沒有明顯的屈服現(xiàn)象。

ΔLF03.脆性材料的拉伸曲線（與低碳鋼試樣相對比）脆性材184、應(yīng)力與應(yīng)變曲線應(yīng)力σ：單位面積上試樣承受的載荷。這里用試樣承受的載荷除以試樣的原始橫截面積S0表示:F σ=——(Mpa) S0應(yīng)變ε：單位長度的伸長量。這里用試樣的伸長量除以試樣的原始標(biāo)距表示:

Δl

ε=——

l0應(yīng)力－應(yīng)變曲線（σ-ε曲線）形狀和拉伸曲線相同，單位不同思考怎樣比較不同材料抵抗外力能力的大??？4、應(yīng)力與應(yīng)變曲線應(yīng)力σ：單位面積上試樣承受的載荷。這里用194、應(yīng)力與應(yīng)變曲線比例極限（σp）例:彈簧秤彈性極限（σe）如:彈簧屈服極限（σs）抗拉極限(σb)4、應(yīng)力與應(yīng)變曲線比例極限（σp）20三、強度

——金屬材料在外力作用下抵抗塑性變形和破壞的能力

工程上常用的金屬材料的強度指標(biāo)：屈服點（σs）或規(guī)定殘余伸長應(yīng)力（σr）抗拉強度(σb)三、強度

——金屬材料在外力作用下抵抗塑性21屈服點（σs）:指材料產(chǎn)生屈服時的應(yīng)力規(guī)定殘余伸長率為0.2%時的應(yīng)力材料屈服時的拉力（N）屈服點（屈服極限）原標(biāo)準(zhǔn)（GB228-76）：屈服強度很重要，大多數(shù)零件不允許有塑性變形規(guī)定殘余伸長應(yīng)力:對有明顯屈服現(xiàn)象的材料對無明顯屈服現(xiàn)象的材料屈服點（σs）:指材料產(chǎn)生屈服時的應(yīng)力規(guī)定殘余伸長率為022抗拉強度:材料在拉伸條件下所能承受最大力的應(yīng)力值拉伸過程中最大的拉力（N）若零件在使用時不允許產(chǎn)生過量塑性變形，應(yīng)以材料的σs或σ0.2進行設(shè)計計算。若零件在使用時只要求不發(fā)生破壞，則以材料的σb來設(shè)計計算。因此σs和σb是機械零件設(shè)計計算的主要依據(jù)。很重要，表示零件破壞前能抗的最大應(yīng)力值抗拉強度:材料在拉伸條件下所能承受最大力的應(yīng)力值拉伸過程中最23強度的意義強度是指金屬材料抵抗塑性變形和斷裂的能力，一般鋼材的屈服強度在200～1000MPa之間。強度越高，表明材料在工作時越可以承受較高的載荷。當(dāng)載荷一定時，選用高強度的材料，可以減小構(gòu)件或零件的尺寸，從而減小其自重。因此，提高材料的強度是材料科學(xué)中的重要課題，稱之為材料的強化。強度的意義24二、塑性

——在外力作用下金屬材料在斷裂前產(chǎn)生不可逆永久變形的能力常用的塑性判據(jù)：拉伸時的斷后伸長率和斷面收縮率二、塑性

——在外力作用下金屬材料在斷裂前產(chǎn)生不可逆251、斷后伸長率由于同一材料用不同長度的試樣測得的斷后伸長率δ數(shù)值不同，因此應(yīng)注明試樣尺寸比例。如:δ10——試樣L0=10d0δ5——試樣L0=5d0試樣拉斷后的標(biāo)距（mm）試樣原始標(biāo)距（mm）1、斷后伸長率由于同一材料用不同長度的試樣測得的斷后伸長率δ262、斷面收縮率試樣斷裂后縮頸處的最小橫截面積（mm2）試樣原始截面積（mm2）δ和ψ是用來判斷材料在斷裂前所能產(chǎn)生的最大塑性變形量大小。一般認為ψ＞5％的材料為塑性材料，如低碳鋼；ψ＜5％的為脆性材料，如灰鑄鐵.

2、斷面收縮率試樣斷裂后縮頸處的最小橫截面積（mm2）試樣原27塑性對材料的意義:1.是金屬材料進行壓力加工的必要條件;2.提高安全性:因為零件在工作時萬一超載，也會由于塑性變形使材料強化而避免突然斷裂

塑性對材料的意義:28超塑性通常情況下金屬的伸長率不超過90%，而有些金屬及其合金在某些特定的條件下，最大伸長率可高達1000%～2000%，個別的可達6000%，這種現(xiàn)象稱為超塑性。由于超塑性狀態(tài)具有異常高的塑性，極小的流動應(yīng)力，極大的活性及擴散能力，在壓力加工、熱處理、焊接、鑄造、甚至切削加工等很多領(lǐng)域被中應(yīng)用。超塑性通常情況下金屬的伸長率不超過90%，而有些金屬及其合29GB/T228-2002新標(biāo)準(zhǔn)GB/T228-1987舊標(biāo)準(zhǔn)名稱符號名稱符號屈服強度①－屈服點σs上屈服強度ReH上屈服點σsU下屈服強度ReL下屈服點σsL規(guī)定殘余延伸強度Rr規(guī)定殘余延伸應(yīng)力σr抗拉強度Rm抗拉強度σb斷后伸長率A或A11.3斷后伸長率δ5或δ10斷面收縮率Z斷面收縮率ψGB/T228-2002新標(biāo)準(zhǔn)GB/T22830三、硬度硬度：硬度試驗方法:壓入法

它是材料性能的一個綜合的物理量。(表示金屬材料在一個小的體積范圍內(nèi)金屬材料抵抗局部變形，特別是塑性變形、壓痕或劃痕的能力）硬度是各種零件和工具必須具備的力學(xué)性能指標(biāo)。布氏硬度（HB）洛氏硬度（HR）維氏硬度（HV）三、硬度硬度：硬度試驗方法:壓入法它是材料性能的一個綜合31材料抵抗表面局部塑性變形的能力。材料抵抗表面局部塑性變形的能力。32一、布氏硬度1、測定原理布氏硬度計

一、布氏硬度1、測定原理布氏硬度計33承壓類特種設(shè)備無損檢測相關(guān)知識--力學(xué)性能課件34

布氏硬度試驗原理圖

352、計算公式HBS：淬火鋼球作壓頭；適用于＜450HBSHBW：硬質(zhì)合金作壓頭；適用于＜650HBW2、計算公式HBS：淬火鋼球作壓頭；適用于＜450HBS36試驗時，根據(jù)被測的材料不同，球直徑、試驗力及試驗力保持時間按表1-1選擇材料種類布氏硬度范圍HBS（HBW）試樣厚度/mm0.102球的直徑/mm試驗力F/KN（kgf)試驗力保持時間/s鋼、鑄鐵140-4506～34～2<23010.05.02.529.42(3000)7.355(750)1.839(187.5)12<140>66～31010.05.09.807(1000)2.452(250)12非鐵金屬>1306～34～2<23010.05.02.529.42(3000)7.355(750)1.839(187.5)3036～1309～36～31010.05.09.807(1000)2.452(250)308～35>62.510.02.452(250)60表1-1布氏硬度試驗規(guī)范試驗時，根據(jù)被測的材料不同，球直徑、試驗力及試驗力保持時間按373、表示方法XXXHBS(W)XX/XXX/XX硬度值壓頭直徑（mm）試驗力保持時間（s）500HBW5/750例：表示用直徑5mm硬質(zhì)合金球在7355N試驗力作用下保持10~15s測得的布氏硬度值為500120HBS10/1000/30表示用直徑10mm鋼球壓頭在9807N試驗力作用下保持30s測得的布氏硬度值為120習(xí)慣上布氏硬度值不標(biāo)出試驗規(guī)范，如170HBS。3、表示方法XXXHBS(W)XX/XXX/XX384、適用范圍

常用于測小于450HBS的原材料或零件毛坯的硬度，不能測淬火鋼件的硬度。優(yōu)點：測值重復(fù)性強、測量結(jié)果準(zhǔn)確缺點：壓痕大，不適合成品檢驗4、適用范圍

常用于測小于450HBS的原材料或零件毛坯的硬39二、洛氏硬度測定原理二、洛氏硬度測40承壓類特種設(shè)備無損檢測相關(guān)知識--力學(xué)性能課件41承壓類特種設(shè)備無損檢測相關(guān)知識--力學(xué)性能課件42硬度符號壓頭類型總實驗力F/N硬度值有效范圍應(yīng)用范圍HRA金剛石圓錐體58870～85適用于測量硬質(zhì)合金、表面淬硬層或滲碳層HRB直徑為1.588mm鋼球98025～100適用于測量非鐵金屬,退火、正火鋼等HRC金剛石圓錐體147020～67適用于調(diào)質(zhì)鋼、淬火鋼等上述公式中，k為常數(shù)，金剛石壓頭時k=0.2MM，淬火鋼球壓頭時k=0.26MM；h為主載荷解除后試件的壓痕深度；試驗時，根據(jù)被測的材料不同，壓頭的類型、試驗力及按表1-2選擇，對應(yīng)的洛氏硬度標(biāo)尺為HRA、HRB、HRC三種表1-2常用的三種洛氏硬度的試驗條件及應(yīng)用范圍2、符號硬度符號壓頭類型總實驗力F/N硬度值有效范圍應(yīng)用范圍HRA433、表示方法硬度值+HR52HRC70HRA例：洛氏硬度HRC可以用于硬度很高的材料，在鋼件熱處理質(zhì)量檢查中應(yīng)用最多。4、適用范圍優(yōu)點：測量迅速簡便，壓痕小，可在成品零件上檢測。3、表示方法硬度值+HR52HRC例：洛氏硬度HRC可以用于44三、維氏硬度1、測定原理用一定的試驗力F，將頂角為1360的金剛石四棱錐壓入金屬表面，保持一定時間后卸去試驗力，然后測出壓痕對角線長度d1、d2（mm），并求出壓痕對角線的平均值d。

三、維氏硬度1、測定原理用一定的試驗力F，將頂角為1360的45承壓類特種設(shè)備無損檢測相關(guān)知識--力學(xué)性能課件462、計算公式3、表示方法硬度值+HV+試驗力/保持時間如：640HV30/204、適用范圍適用于測量零件薄的表面硬化層的硬度。2、計算公式3、表示方法硬度值+HV+試驗力/保持時間4、適47四、沖擊韌性

強度、硬度、塑性等力學(xué)性能指標(biāo)都是材料在靜載荷作用下的表現(xiàn)。

材料在工作時還經(jīng)常受到動載荷的作用，沖擊載荷就是常見的一種。在設(shè)計和制造受沖擊載荷的零件和工具（如鍛錘、沖床、鉚釘槍等）時，必須考慮所用材料除具有足夠的靜載荷作用下得力學(xué)性能指標(biāo)外，還必須具有足夠的抵抗沖擊載荷的能力。四、沖擊韌性

強度、硬度、塑性等力學(xué)性能指標(biāo)都48沖擊載荷與靜載荷的主要區(qū)別在于加載時間短、加載速率高、應(yīng)力集中。由于加載速率提高，金屬形變速率也隨之增加。沖擊載荷對材料的作用效果或破壞效應(yīng)大于靜載荷。

材料在沖擊載荷作用下抵抗破壞的能力，稱為沖擊韌性。示例：玻璃在沖擊載荷作用下非常容易破裂，說明其沖擊韌性很低。沖擊載荷與靜載荷的主要區(qū)別在于加載時間短、加載速率高、應(yīng)力集491、沖擊試驗沖擊試樣沖擊試驗原理一次擺錘沖擊試驗沖擊韌性的表示方法1、沖擊試驗沖擊試樣50承壓類特種設(shè)備無損檢測相關(guān)知識--力學(xué)性能課件51如不能制備標(biāo)準(zhǔn)試佯，可采用寬度7.5mm或5mm等小尺寸試祥,試樣的其他尺寸及公差與相應(yīng)缺口的標(biāo)準(zhǔn)試樣相同，缺口應(yīng)開在試樣的窄面上。其中5mm×10mm×55mm試樣常用于薄板材料的檢驗。焊接接頭沖擊試樣的形狀和尺寸與相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)試樣相同，但其缺口軸線應(yīng)當(dāng)垂直焊縫表面。如不能制備標(biāo)準(zhǔn)試佯，可采用寬度7.5mm或5mm等小尺寸試祥52原理沖擊韌性可以通過一次擺錘沖擊試驗來測定，試驗時將帶有U型或V型缺口的沖擊試樣放在試驗機架的支座上，將擺錘升至高度H1，使其具有勢能mgH1；然后使擺錘由此高度自由下落將試樣沖斷，并向另一方向升高至H2，這時擺錘的勢能為mgH2。所以，擺錘用于沖斷試樣的能量AK=mg（H1-H2），即為沖擊功（焦耳/J）。原理沖擊韌性可以通過一次擺錘沖擊試驗來53承壓類特種設(shè)備無損檢測相關(guān)知識--力學(xué)性能課件54承壓類特種設(shè)備無損檢測相關(guān)知識--力學(xué)性能課件552.材料沖擊韌性的表示方法國標(biāo)GB/T229－1994沖擊功吸收功：表征金屬材料沖擊韌性高低的指標(biāo)是沖擊功吸收功，也就是材料在斷裂前所吸收的能量。根據(jù)試樣缺口的不同，沖擊吸收功用AKV和AKU表示，單位為焦耳，數(shù)值可從試驗機的刻度盤上讀出。2.材料沖擊韌性的表示方法國標(biāo)GB/T229－199562.材料沖擊韌性的表示方法國標(biāo)GB/T229－2007沖擊吸收能量：表征金屬材料沖擊韌性高低的指標(biāo)是沖擊吸收能量;K＝mg（H1-H2）2.材料沖擊韌性的表示方法國標(biāo)GB/T229－200572.材料沖擊韌性的表示方法按照國標(biāo)GB/T229－2007，U型缺口試樣和V型缺口試樣的沖擊能量分別表示為KU和KV，并用下標(biāo)數(shù)字2或8表示擺錘刀刃半徑，如KU2，其單位是焦耳（J）。沖擊吸收能量的大小直接由試驗機的刻度盤上直接讀出。2.材料沖擊韌性的表示方法按照國標(biāo)GB/T229－2007，58沖擊吸收能量的值越大，材料的韌性越大，越可以承受較大的沖擊載荷。沖擊吸收能量K或沖擊韌性值K越大，材料的韌性越大，越可以承受較大的沖擊載荷。一般把沖擊吸收能量低的材料稱為脆性材料，沖擊吸收能量高的材料稱為韌性材料。沖擊吸收能量的值越大，材料的韌性越大，越可以承受較大的沖擊載59【小資料】GB/T229－2007與GB/T229－1994相比，在金屬沖擊韌性的名稱和符號等方面有較大變化，為方便讀者學(xué)習(xí)，將關(guān)于金屬材料沖擊韌性的新、舊標(biāo)準(zhǔn)名稱和符號對照列于下表中?！拘≠Y料】GB/T229－2007與GB/T229－1960新標(biāo)準(zhǔn)GB/T229－2007舊標(biāo)準(zhǔn)GB/T229－1994名稱符號名稱符號沖擊吸收能量K沖擊吸收功AKU型缺口試樣在2mm錘刃下的沖擊吸收能量KU2U型缺口沖擊吸收功(2mm錘刃)AKUU型缺口試樣在8mm錘刃下的沖擊吸收能量KU8V型缺口試樣在2mm錘刃下的沖擊吸收能量KV2V型缺口沖擊吸收功(2mm錘刃)AKVV型缺口試樣在2mm錘刃下的沖擊吸收能量KV8轉(zhuǎn)變溫度Tt韌脆轉(zhuǎn)變溫度TC舊標(biāo)準(zhǔn)GB/T229－1994名稱符號名稱符號沖擊吸收能量K61缺口沖擊試驗最大的優(yōu)點就是測量迅速簡便用于控制材料的冶金質(zhì)量和鑄造、鍛造、焊接及熱處理等熱加工工藝的質(zhì)量。用來評定材料的冷脆傾向（測定韌脆轉(zhuǎn)變溫度）。設(shè)計時要求機件的服役溫度高于材料的韌脆轉(zhuǎn)變溫度。3.沖擊試驗的應(yīng)用缺口沖擊試驗最大的優(yōu)點就是測量迅速簡便3.沖擊試驗的應(yīng)用623.沖擊試驗的應(yīng)用缺口沖擊試驗由于其本身反映一次或少數(shù)次大能量沖擊破斷抗力，因此對某些特殊服役條件下的零件，如彈殼、裝甲板、石油射孔槍等，有一定的參考價值。通過一次擺錘沖擊試驗測定的沖擊吸收吸收能量K是一個由強度和塑性共同決定的綜合性力學(xué)性能指標(biāo)，不能直接用于零件和構(gòu)件的設(shè)計計算，但它是一個重要參考，所以將材料的沖擊韌性列為金屬材料的常規(guī)力學(xué)性能，ReL(Rr0.2)、Rm、A、Z和K被稱為金屬材料常規(guī)力學(xué)性能的五大指標(biāo)。3.沖擊試驗的應(yīng)用缺口沖擊試驗由于其本身反映一次或少數(shù)次大能63低溫脆性低溫脆性64低溫脆性——隨溫度降低，材料由韌性狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榇嘈誀顟B(tài)的現(xiàn)象。冷脆：材料因溫度降低導(dǎo)致沖擊韌性的急劇下降并引起脆性破壞的現(xiàn)象。對壓力容器、橋梁、汽車、船舶的影響較大。

低溫脆性——隨溫度降低，材料由韌性狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榇嘈誀顟B(tài)的現(xiàn)象65承壓類特種設(shè)備無損檢測相關(guān)知識--力學(xué)性能課件66體心立方金屬具有韌脆轉(zhuǎn)變溫度，而大多數(shù)面心立方金屬沒有。體心立方金屬具有韌脆轉(zhuǎn)變溫度，而大多數(shù)面心立方金屬沒有。67沖擊韌性與溫度有密切的關(guān)系，溫度降低，沖擊韌性隨之降低。當(dāng)?shù)陀谀骋粶囟葧r材料的韌性急劇下降，材料將由韌性狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榇嘈誀顟B(tài)。這一溫度稱為轉(zhuǎn)變溫度（Tt）。轉(zhuǎn)變溫度（Tt）越低，表明材料的低溫韌性越好，對于在寒冷地區(qū)使用的材料要十分重要。沖擊韌性與溫度有密切的關(guān)系，溫度降低，沖擊韌性隨之降低。當(dāng)?shù)?8金屬材料的成分對韌脆轉(zhuǎn)變溫度的影響很大，一般的碳素鋼，其韌脆轉(zhuǎn)變溫度（Tt）大約為-20℃，某些合金鋼的韌脆轉(zhuǎn)變溫度（Tt）可達-40℃以下。金屬材料的成分對韌脆轉(zhuǎn)變溫度的影響很大，一般的碳素鋼，其韌脆69承壓類特種設(shè)備無損檢測

相關(guān)知識焦作市鍋爐壓力容器檢驗所毛曉剛承壓類特種設(shè)備無損檢測

相關(guān)知識焦作市鍋爐壓力容器檢驗所70第1章金屬材料與熱處理基礎(chǔ)知識金屬材料是制造承壓類特種設(shè)備最常用的材料，因為它們具有優(yōu)良的性能。作為類特種設(shè)備元損檢測人員，應(yīng)了解材料方雨的有關(guān)知識。通常所指的金屬材料的性能包括以下兩個方面:1.使用性能：即為了保證機械零件、設(shè)備、結(jié)構(gòu)件等能正常工作，材料所應(yīng)具備的性主要有力學(xué)性能(強度、硬度、剛度\塑性、韌性等)，物理性能(密度、熔點、性、熱膨脹性等)，化學(xué)性能(耐蝕性、熱穩(wěn)定性等)。使用性能決定了材料的應(yīng)用范圍，用安全可靠性和l使用壽命。2.工藝性能：即材料在被制成機械零件、設(shè)備、結(jié)構(gòu)件的過程中適應(yīng)各種冷、熱加性能，例如鑄造、焊接、熱處理、壓力加工、切削加工等方面的性能。工藝性能對制造成本、生產(chǎn)效率、產(chǎn)品質(zhì)量有重要影響。第1章金屬材料與熱處理基礎(chǔ)知識金屬材料是制造承壓類特種設(shè)備最71一、材料力學(xué)基本知識金屬材料在加工和使用過程中都要承受不同形式外力的作用。當(dāng)外力達到或超過某一限度時，材料就會發(fā)生變形甚至斷裂。材料在外力作用下所表現(xiàn)的一些性能稱為材料的力學(xué)性能。承壓類特種設(shè)備材料的力學(xué)性能指標(biāo)主要有強度、硬度、塑性、韌性等。這些性能指標(biāo)可以通過力學(xué)性能試驗測定。一、材料力學(xué)基本知識金屬材料在加工和使用過程中都要承受不同形72研究力學(xué)性能意義：是選擇和使用金屬材料的重要依據(jù)一、基本概念1、彈性：指物體在外力作用下改變基本形狀和尺寸，當(dāng)外力卸除后物體又恢復(fù)到其原始形狀和尺寸的特性。2、內(nèi)力：金屬受到外力時為保其不變形，在材料內(nèi)部作用者與外力相對抗的力稱為內(nèi)力。3、應(yīng)力：單位面積上的內(nèi)力。4、應(yīng)變：指由外力所引起的物體原始尺寸或形狀的相對變化；通常以百分比（%）表示5、載荷：金屬材料在加工及使用過程中所受的外力。按作用性質(zhì)分：

研究力學(xué)性能意義：是選擇和使用金屬材料的重要依據(jù)一、基本概念73靜載荷：指大小不變或變化過程緩慢的載荷。沖擊載荷：在短時間內(nèi)以較高速度作用于零件上的載荷。循環(huán)載荷：指大小、方向隨時間發(fā)生周期性變化的載荷靜載荷：指大小不變或變化過程緩慢的載荷。74按作用形式不同分：按作用形式不同分：756、變形：材料在外力的作用下將發(fā)生形狀和尺寸變化，稱為變形。分為彈性變形與塑性變形外力去處后能夠恢復(fù)的變形稱為彈性變形。外力去處后不能恢復(fù)的變形稱為塑性變形。6、變形：材料在外力的作用下將發(fā)生形狀和尺寸變化，76拉伸實驗

（金屬的抗拉強度和塑性都是通過拉伸試驗測定）（GB/T228-2010）拉伸實驗

（金屬的抗拉強度和塑性都是通過拉伸試驗測定）（G771.拉伸試樣2.力—伸長曲線（以低碳鋼試樣為例）3.脆性材料的拉伸曲線1.拉伸試樣2.力—伸長曲線（以低碳鋼試樣為例）3.脆781.拉伸試樣（GB6397-86）長試樣：L0=10d0短試樣：L0=5d01.拉伸試樣（GB6397-86）長試樣：L0=10d0短79承壓類特種設(shè)備無損檢測相關(guān)知識--力學(xué)性能課件80萬能材料試驗機a)WE系列液壓式b)WDW系列電子式萬能81承壓類特種設(shè)備無損檢測相關(guān)知識--力學(xué)性能課件82承壓類特種設(shè)備無損檢測相關(guān)知識--力學(xué)性能課件832.力－伸長曲線彈性變形階段屈服階段頸縮現(xiàn)象拉伸試驗中得出的拉伸力與伸長量的關(guān)系曲線。強化階段

2.力－伸長曲線彈性變形階段屈服階段頸縮現(xiàn)象拉伸試驗中得出84(a)試樣(b)伸長(c)產(chǎn)生縮頸(d)斷裂承壓類特種設(shè)備無損檢測相關(guān)知識--力學(xué)性能課件85拉伸試樣的頸縮現(xiàn)象拉伸試樣的頸縮現(xiàn)象86ΔLF03.脆性材料的拉伸曲線（與低碳鋼試樣相對比）脆性材料在斷裂前沒有明顯的屈服現(xiàn)象。

ΔLF03.脆性材料的拉伸曲線（與低碳鋼試樣相對比）脆性材874、應(yīng)力與應(yīng)變曲線應(yīng)力σ：單位面積上試樣承受的載荷。這里用試樣承受的載荷除以試樣的原始橫截面積S0表示:F σ=——(Mpa) S0應(yīng)變ε：單位長度的伸長量。這里用試樣的伸長量除以試樣的原始標(biāo)距表示:

Δl

ε=——

l0應(yīng)力－應(yīng)變曲線（σ-ε曲線）形狀和拉伸曲線相同，單位不同思考怎樣比較不同材料抵抗外力能力的大??？4、應(yīng)力與應(yīng)變曲線應(yīng)力σ：單位面積上試樣承受的載荷。這里用884、應(yīng)力與應(yīng)變曲線比例極限（σp）例:彈簧秤彈性極限（σe）如:彈簧屈服極限（σs）抗拉極限(σb)4、應(yīng)力與應(yīng)變曲線比例極限（σp）89三、強度

——金屬材料在外力作用下抵抗塑性變形和破壞的能力

工程上常用的金屬材料的強度指標(biāo)：屈服點（σs）或規(guī)定殘余伸長應(yīng)力（σr）抗拉強度(σb)三、強度

——金屬材料在外力作用下抵抗塑性90屈服點（σs）:指材料產(chǎn)生屈服時的應(yīng)力規(guī)定殘余伸長率為0.2%時的應(yīng)力材料屈服時的拉力（N）屈服點（屈服極限）原標(biāo)準(zhǔn)（GB228-76）：屈服強度很重要，大多數(shù)零件不允許有塑性變形規(guī)定殘余伸長應(yīng)力:對有明顯屈服現(xiàn)象的材料對無明顯屈服現(xiàn)象的材料屈服點（σs）:指材料產(chǎn)生屈服時的應(yīng)力規(guī)定殘余伸長率為091抗拉強度:材料在拉伸條件下所能承受最大力的應(yīng)力值拉伸過程中最大的拉力（N）若零件在使用時不允許產(chǎn)生過量塑性變形，應(yīng)以材料的σs或σ0.2進行設(shè)計計算。若零件在使用時只要求不發(fā)生破壞，則以材料的σb來設(shè)計計算。因此σs和σb是機械零件設(shè)計計算的主要依據(jù)。很重要，表示零件破壞前能抗的最大應(yīng)力值抗拉強度:材料在拉伸條件下所能承受最大力的應(yīng)力值拉伸過程中最92強度的意義強度是指金屬材料抵抗塑性變形和斷裂的能力，一般鋼材的屈服強度在200～1000MPa之間。強度越高，表明材料在工作時越可以承受較高的載荷。當(dāng)載荷一定時，選用高強度的材料，可以減小構(gòu)件或零件的尺寸，從而減小其自重。因此，提高材料的強度是材料科學(xué)中的重要課題，稱之為材料的強化。強度的意義93二、塑性

——在外力作用下金屬材料在斷裂前產(chǎn)生不可逆永久變形的能力常用的塑性判據(jù)：拉伸時的斷后伸長率和斷面收縮率二、塑性

——在外力作用下金屬材料在斷裂前產(chǎn)生不可逆941、斷后伸長率由于同一材料用不同長度的試樣測得的斷后伸長率δ數(shù)值不同，因此應(yīng)注明試樣尺寸比例。如:δ10——試樣L0=10d0δ5——試樣L0=5d0試樣拉斷后的標(biāo)距（mm）試樣原始標(biāo)距（mm）1、斷后伸長率由于同一材料用不同長度的試樣測得的斷后伸長率δ952、斷面收縮率試樣斷裂后縮頸處的最小橫截面積（mm2）試樣原始截面積（mm2）δ和ψ是用來判斷材料在斷裂前所能產(chǎn)生的最大塑性變形量大小。一般認為ψ＞5％的材料為塑性材料，如低碳鋼；ψ＜5％的為脆性材料，如灰鑄鐵.

2、斷面收縮率試樣斷裂后縮頸處的最小橫截面積（mm2）試樣原96塑性對材料的意義:1.是金屬材料進行壓力加工的必要條件;2.提高安全性:因為零件在工作時萬一超載，也會由于塑性變形使材料強化而避免突然斷裂

塑性對材料的意義:97超塑性通常情況下金屬的伸長率不超過90%，而有些金屬及其合金在某些特定的條件下，最大伸長率可高達1000%～2000%，個別的可達6000%，這種現(xiàn)象稱為超塑性。由于超塑性狀態(tài)具有異常高的塑性，極小的流動應(yīng)力，極大的活性及擴散能力，在壓力加工、熱處理、焊接、鑄造、甚至切削加工等很多領(lǐng)域被中應(yīng)用。超塑性通常情況下金屬的伸長率不超過90%，而有些金屬及其合98GB/T228-2002新標(biāo)準(zhǔn)GB/T228-1987舊標(biāo)準(zhǔn)名稱符號名稱符號屈服強度①－屈服點σs上屈服強度ReH上屈服點σsU下屈服強度ReL下屈服點σsL規(guī)定殘余延伸強度Rr規(guī)定殘余延伸應(yīng)力σr抗拉強度Rm抗拉強度σb斷后伸長率A或A11.3斷后伸長率δ5或δ10斷面收縮率Z斷面收縮率ψGB/T228-2002新標(biāo)準(zhǔn)GB/T22899三、硬度硬度：硬度試驗方法:壓入法

它是材料性能的一個綜合的物理量。(表示金屬材料在一個小的體積范圍內(nèi)金屬材料抵抗局部變形，特別是塑性變形、壓痕或劃痕的能力）硬度是各種零件和工具必須具備的力學(xué)性能指標(biāo)。布氏硬度（HB）洛氏硬度（HR）維氏硬度（HV）三、硬度硬度：硬度試驗方法:壓入法它是材料性能的一個綜合100材料抵抗表面局部塑性變形的能力。材料抵抗表面局部塑性變形的能力。101一、布氏硬度1、測定原理布氏硬度計

一、布氏硬度1、測定原理布氏硬度計102承壓類特種設(shè)備無損檢測相關(guān)知識--力學(xué)性能課件103

布氏硬度試驗原理圖

1042、計算公式HBS：淬火鋼球作壓頭；適用于＜450HBSHBW：硬質(zhì)合金作壓頭；適用于＜650HBW2、計算公式HBS：淬火鋼球作壓頭；適用于＜450HBS105試驗時，根據(jù)被測的材料不同，球直徑、試驗力及試驗力保持時間按表1-1選擇材料種類布氏硬度范圍HBS（HBW）試樣厚度/mm0.102球的直徑/mm試驗力F/KN（kgf)試驗力保持時間/s鋼、鑄鐵140-4506～34～2<23010.05.02.529.42(3000)7.355(750)1.839(187.5)12<140>66～31010.05.09.807(1000)2.452(250)12非鐵金屬>1306～34～2<23010.05.02.529.42(3000)7.355(750)1.839(187.5)3036～1309～36～31010.05.09.807(1000)2.452(250)308～35>62.510.02.452(250)60表1-1布氏硬度試驗規(guī)范試驗時，根據(jù)被測的材料不同，球直徑、試驗力及試驗力保持時間按1063、表示方法XXXHBS(W)XX/XXX/XX硬度值壓頭直徑（mm）試驗力保持時間（s）500HBW5/750例：表示用直徑5mm硬質(zhì)合金球在7355N試驗力作用下保持10~15s測得的布氏硬度值為500120HBS10/1000/30表示用直徑10mm鋼球壓頭在9807N試驗力作用下保持30s測得的布氏硬度值為120習(xí)慣上布氏硬度值不標(biāo)出試驗規(guī)范，如170HBS。3、表示方法XXXHBS(W)XX/XXX/XX1074、適用范圍

常用于測小于450HBS的原材料或零件毛坯的硬度，不能測淬火鋼件的硬度。優(yōu)點：測值重復(fù)性強、測量結(jié)果準(zhǔn)確缺點：壓痕大，不適合成品檢驗4、適用范圍

常用于測小于450HBS的原材料或零件毛坯的硬108二、洛氏硬度測定原理二、洛氏硬度測109承壓類特種設(shè)備無損檢測相關(guān)知識--力學(xué)性能課件110承壓類特種設(shè)備無損檢測相關(guān)知識--力學(xué)性能課件111硬度符號壓頭類型總實驗力F/N硬度值有效范圍應(yīng)用范圍HRA金剛石圓錐體58870～85適用于測量硬質(zhì)合金、表面淬硬層或滲碳層HRB直徑為1.588mm鋼球98025～100適用于測量非鐵金屬,退火、正火鋼等HRC金剛石圓錐體147020～67適用于調(diào)質(zhì)鋼、淬火鋼等上述公式中，k為常數(shù)，金剛石壓頭時k=0.2MM，淬火鋼球壓頭時k=0.26MM；h為主載荷解除后試件的壓痕深度；試驗時，根據(jù)被測的材料不同，壓頭的類型、試驗力及按表1-2選擇，對應(yīng)的洛氏硬度標(biāo)尺為HRA、HRB、HRC三種表1-2常用的三種洛氏硬度的試驗條件及應(yīng)用范圍2、符號硬度符號壓頭類型總實驗力F/N硬度值有效范圍應(yīng)用范圍HRA1123、表示方法硬度值+HR52HRC70HRA例：洛氏硬度HRC可以用于硬度很高的材料，在鋼件熱處理質(zhì)量檢查中應(yīng)用最多。4、適用范圍優(yōu)點：測量迅速簡便，壓痕小，可在成品零件上檢測。3、表示方法硬度值+HR52HRC例：洛氏硬度HRC可以用于113三、維氏硬度1、測定原理用一定的試驗力F，將頂角為1360的金剛石四棱錐壓入金屬表面，保持一定時間后卸去試驗力，然后測出壓痕對角線長度d1、d2（mm），并求出壓痕對角線的平均值d。

三、維氏硬度1、測定原理用一定的試驗力F，將頂角為1360的114承壓類特種設(shè)備無損檢測相關(guān)知識--力學(xué)性能課件1152、計算公式3、表示方法硬度值+HV+試驗力/保持時間如：640HV30/204、適用范圍適用于測量零件薄的表面硬化層的硬度。2、計算公式3、表示方法硬度值+HV+試驗力/保持時間4、適116四、沖擊韌性

強度、硬度、塑性等力學(xué)性能指標(biāo)都是材料在靜載荷作用下的表現(xiàn)。

材料在工作時還經(jīng)常受到動載荷的作用，沖擊載荷就是常見的一種。在設(shè)計和制造受沖擊載荷的零件和工具（如鍛錘、沖床、鉚釘槍等）時，必須考慮所用材料除具有足夠的靜載荷作用下得力學(xué)性能指標(biāo)外，還必須具有足夠的抵抗沖擊載荷的能力。四、沖擊韌性

強度、硬度、塑性等力學(xué)性能指標(biāo)都117沖擊載荷與靜載荷的主要區(qū)別在于加載時間短、加載速率高、應(yīng)力集中。由于加載速率提高，金屬形變速率也隨之增加。沖擊載荷對材料的作用效果或破壞效應(yīng)大于靜載荷。

材料在沖擊載荷作用下抵抗破壞的能力，稱為沖擊韌性。示例：玻璃在沖擊載荷作用下非常容易破裂，說明其沖擊韌性很低。沖擊載荷與靜載荷的主要區(qū)別在于加載時間短、加載速率高、應(yīng)力集1181、沖擊試驗沖擊試樣沖擊試驗原理一次擺錘沖擊試驗沖擊韌性的表示方法1、沖擊試驗沖擊試樣119承壓類特種設(shè)備無損檢測相關(guān)知識--力學(xué)性能課件120如不能制備標(biāo)準(zhǔn)試佯，可采用寬度7.5mm或5mm等小尺寸試祥,試樣的其他尺寸及公差與相應(yīng)缺口的標(biāo)準(zhǔn)試樣相同，缺口應(yīng)開在試樣的窄面上。其中5mm×10mm×55mm試樣常用于薄板材料的檢驗。焊接接頭沖擊試樣的形狀和尺寸與相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)試樣相同，但其缺口軸線應(yīng)當(dāng)垂直焊縫表面。如不能制備標(biāo)準(zhǔn)試佯，可采用寬度7.5mm或5mm等小尺寸試祥121原理沖擊韌性可以通過一次擺錘沖擊試驗來測定，試驗時將帶有U型或V型缺口的沖擊試樣放在試驗機架的支座上，將擺錘升至高度H1，使其具有勢能mgH1；然后使擺錘由此高度自由下落將試樣沖斷，并向另一方向升高至H2，這時擺錘的勢能為mgH2。所以，擺錘用于沖斷試樣的能量AK=mg（H1-H2），即為沖擊功（焦耳/J）。原理沖擊韌性可以通過一次擺錘沖擊試驗來122承壓類特種設(shè)備無損檢測相關(guān)知識--力學(xué)性能課件123承壓類特種設(shè)備無損檢測相關(guān)知識--力學(xué)性能課件1242.材料沖擊韌性的表示方法國標(biāo)GB/T229－1994沖擊功吸收功：表征金屬材料沖擊韌性高低的指標(biāo)是沖擊功吸收功，也就是材料在斷裂前所吸收的能量。根據(jù)試樣缺口的不同，沖擊吸收功用AKV和AKU表示，單位為焦耳，數(shù)值可從試驗機的刻度盤上讀出。2.材料沖擊韌性的表示方法國標(biāo)GB/T229－1991252.材料沖擊韌性的表示方法國