第二章金屬材料及熱處理

第二章金屬材料及熱處理第一頁，共一百一十四頁，編輯于2023年，星期五4．熱膨脹性金屬材料隨著溫度變化而膨脹、收縮的特性稱為熱膨脹性。熱膨脹的大小用線脹系數(shù)和體脹系數(shù)表示，體脹系數(shù)近似為線脹系數(shù)的3倍。在實(shí)際工作中考慮熱脹性的地方很多，例如異種金屬焊接時(shí)要考慮它們的熱脹系數(shù)是否接近。5．導(dǎo)電性金屬材料傳導(dǎo)電流的性能稱為導(dǎo)電性。衡量金屬材料導(dǎo)電性的指標(biāo)是電阻率，電阻率越小，金屬導(dǎo)電性越好。合金的導(dǎo)電性比純金屬差。6．磁性金屬材料在磁場中受到磁化的性能稱為磁性。磁性與材料的成分和溫度有關(guān)，不是固定不變的。當(dāng)溫度升高時(shí)，有的鐵磁材料會(huì)消失磁性。第二頁，共一百一十四頁，編輯于2023年，星期五二、常用金屬材料的力學(xué)性能金屬材料的力學(xué)性能是指在力或能的作用下，材料所表現(xiàn)出來的一系列力學(xué)特性，如強(qiáng)度、塑性、硬度、韌性和疲勞強(qiáng)度等力學(xué)性能指標(biāo)，反映了金屬材料在各種形式外力作用下抵抗變形或破壞的某些能力，它們是選用金屬材料的重要依據(jù)。1.強(qiáng)度是指材料在外力作用下抵抗塑性變形和破裂的能力。抵抗能力越大，金屬材料的強(qiáng)度越高。強(qiáng)度的大小通常用應(yīng)力來表示，根據(jù)載荷性質(zhì)的不同，強(qiáng)度可分為抗拉強(qiáng)度、抗壓強(qiáng)度、抗剪強(qiáng)度、抗扭強(qiáng)度和抗彎強(qiáng)度，其中常用抗拉強(qiáng)度作為金屬材料性能的主要指標(biāo)。第三頁，共一百一十四頁，編輯于2023年，星期五1）屈服強(qiáng)度鋼材在拉伸過程中當(dāng)載荷不再增加甚至有所下降時(shí)，仍繼續(xù)發(fā)生明顯的塑性變形現(xiàn)象，這一現(xiàn)象叫“屈服”，材料開始發(fā)生屈服時(shí)所對應(yīng)的應(yīng)力，稱為屈服強(qiáng)度。用符號бs表示，單位為MPa（N/mm2）。有些金屬材料（如高碳鋼、鑄鋼等）沒有明顯的屈服現(xiàn)象。測定бs很困難，在此情況下，規(guī)定以試樣長度方向產(chǎn)生0.2%塑性變形時(shí)的應(yīng)力作為材料的“條件屈服強(qiáng)度”，或稱屈服極限。用б0.2表示。第四頁，共一百一十四頁，編輯于2023年，星期五第五頁，共一百一十四頁，編輯于2023年，星期五2）抗拉強(qiáng)度拉伸試驗(yàn)時(shí)，材料在拉斷前所承受的最大應(yīng)力,稱為抗拉強(qiáng)度,以符號бb表示。計(jì)算式如下：σb=Fb/So（N/mm2）

式中Fb一試樣拉斷前承受的最大載荷〈N〉So---試樣原始橫截面積(mm2)σb一抗拉強(qiáng)度〈MPa〉?？估瓘?qiáng)度是材料重要的力學(xué)性能指標(biāo),當(dāng)材料所受應(yīng)力達(dá)到σb時(shí),將引起破壞。工程上不僅希望材料具有較高的屈服點(diǎn),而且要求бb比бs大一些,即具有適當(dāng)?shù)那鼜?qiáng)比〈бs/σb〉。屈強(qiáng)比小,說明材料的塑性貯備較高,即使應(yīng)力超過бs，也不會(huì)馬上斷裂破壞。但屈強(qiáng)比過小，則會(huì)降低材料的有效利用率第六頁，共一百一十四頁，編輯于2023年，星期五第七頁，共一百一十四頁，編輯于2023年，星期五2．塑性塑性是金屬材料在外力作用下〈斷裂前〉發(fā)生永久變形的能力,常以金屬斷裂時(shí)的最大相對塑性變形來表示,如拉伸時(shí)的斷后伸長率和斷面收縮率(三個(gè)判定指標(biāo)）。1）伸長率

δ=(L1-Lo)/Lo×100%金屬材料在拉伸試驗(yàn)時(shí),試樣被拉斷后其標(biāo)距部分所伸長的長度與原始標(biāo)距長度的百分比，稱為斷后伸長率，也叫伸長率，用δ表示。列計(jì)算式如下：

式中L1--試樣拉斷后的標(biāo)距長度(mm)Lo--試樣原始標(biāo)距(mm)δ一伸長率(%)。第八頁，共一百一十四頁，編輯于2023年，星期五2)斷面收縮率ψ=(S0-S1)/So×100%金屬試樣在拉斷后，其縮頸處橫截面積的最大縮減量與原始橫截面積的百分比,稱為斷面收縮率，以符號Ψ表示。計(jì)算式如下：

式中S0一試樣原始橫截面積(mm2)S1一試樣拉斷后縮頸處的最小橫截面積(mm2)ψ一斷面收縮率(%)3)彎曲角常溫下，金屬材料彎曲試驗(yàn)(也稱冷彎試驗(yàn))時(shí),試件彎曲到受拉面出現(xiàn)裂紋前的最大角度,稱為彎曲角。彎曲試驗(yàn)不僅可考核鋼材及接頭的塑性,還可發(fā)現(xiàn)受拉面材料中的缺陷及焊縫、熱影響區(qū)與基體金屬三者變形是否均勻、一致第九頁，共一百一十四頁，編輯于2023年，星期五α第十頁，共一百一十四頁，編輯于2023年，星期五第十一頁，共一百一十四頁，編輯于2023年，星期五第十二頁，共一百一十四頁，編輯于2023年，星期五3.硬度

材料抵抗局部變形,特別是塑性變形、壓痕或劃痕的能力稱為硬度。硬度是衡量鋼材軟硬的一個(gè)指標(biāo),根據(jù)測量方法不同,其指標(biāo)可分為布氏硬度(HBS)、洛氏硬度(HR)、維氏硬度(HV)。依據(jù)硬度值可近似地確定抗拉強(qiáng)度值。1）布氏硬度用一直徑為D(mm)的淬火鋼球或硬質(zhì)合金球,施以一定的載荷F將鋼球壓向被測金屬表面，保持一定時(shí)間后卸去載荷,再根據(jù)壓痕的表面積S與載荷F計(jì)算硬度值。布氏硬度用符號（HBS、HBW）表示。當(dāng)壓頭為淬火鋼球時(shí),布氏硬度用HBS表示,它適用于測量軟鋼、灰鑄鐵,有色金屬等布氏硬度在450以下的材料；壓頭為硬質(zhì)合金球時(shí),用HBW表示,適用于布氏硬度值在650以下的材料。布氏硬度試驗(yàn)的優(yōu)點(diǎn)是測定數(shù)據(jù)準(zhǔn)確、穩(wěn)定。通常用于測定鑄鐵、有色金屬、低合金鋼等材料以及退火、正火和調(diào)質(zhì)工件的硬度測定。缺點(diǎn)是不宜測定高硬度或厚度很薄的材料。第十三頁，共一百一十四頁，編輯于2023年，星期五2）洛氏硬度洛氏硬度試驗(yàn)是目前應(yīng)用最廣的一種硬度測量方法。這種方法是測量壓痕的深度，以深度值表示材料硬度。其壓頭分硬質(zhì)和軟質(zhì)兩種：硬質(zhì)壓頭的頂角是120°的金剛石圓錐體,適用于淬火材料等較硬材料的硬度測定；軟質(zhì)壓頭由直徑為1.588mm（1/16"）或3.175mm的淬火鋼球制成，適用于退火材料、有色金屬等較軟材料的測定。根據(jù)試驗(yàn)材料種類的不同，壓頭材質(zhì)不同，所加試驗(yàn)力也不同(一般分為3個(gè)等級)，通常劃為A、B、C三個(gè)標(biāo)尺，因此用HRA、HRB、HRC三種硬度表示。硬度值的表示是以HR符號前的數(shù)字表示，HR后面的符號表示不同的洛氏硬度，如60HRC表示用C標(biāo)尺測定的洛氏硬度值為60。洛氏硬度試驗(yàn)的優(yōu)點(diǎn)是操作迅速、簡便,可由硬度計(jì)的表盤直接讀出硬度值，不必計(jì)算或查表；壓痕小，可測量較薄工件。缺點(diǎn)是精確性差。第十四頁，共一百一十四頁，編輯于2023年，星期五3）維氏硬度維氏硬度的測定方法基本與布氏硬度相同，也是根據(jù)壓痕凹陷面積及試驗(yàn)力來計(jì)算硬度值的，不同的是所用壓頭為對面夾角互為136°的金剛石正四棱錐體。第十五頁，共一百一十四頁，編輯于2023年，星期五4.沖擊韌性

金屬材料抗沖擊載荷不致被破壞的性能，稱為韌性。它的衡量指標(biāo)是沖擊韌性值。沖擊韌性值指試樣沖斷后缺口處單位面積所消耗的功，用符號αk表示。金屬的韌度通常隨加載速度提高、溫度降低、應(yīng)力集中程度加劇而減少。沖擊韌性通常是在擺錘式?jīng)_擊試驗(yàn)機(jī)上測試的。帶有缺口的沖擊試祥在擺錘的突然打擊下而斷裂,消耗掉一定的功，消耗功越高,沖擊韌性也越高。目前國內(nèi)外多數(shù)國家均采用夏比V形缺口試樣。實(shí)驗(yàn)證明,αk值對材料組織缺陷非常敏感,能靈敏地反映出材料品質(zhì)、宏觀缺陷和顯微組織方面的微小變化,如白點(diǎn)、夾雜及過熱、過饒、回火脆性等。因此沖擊韌性是檢驗(yàn)材料冶金質(zhì)量和脆性傾向的有效手段,也是檢驗(yàn)焊接接頭性能的試驗(yàn)方法之一。沖擊試驗(yàn)根據(jù)試驗(yàn)溫度可分為高溫沖擊、室溫沖擊、和低溫沖擊三類。第十六頁，共一百一十四頁，編輯于2023年，星期五5.疲勞強(qiáng)度金屬材料在無數(shù)次重復(fù)交變載荷作用下，而不致破壞的最大應(yīng)力，稱為疲勞強(qiáng)度。實(shí)際上并不可能作無數(shù)次交變載荷試驗(yàn),所以一般試驗(yàn)時(shí)規(guī)定,鋼在經(jīng)受106~107次,有色金屬經(jīng)受107~108次交變載荷作用時(shí)不產(chǎn)生破裂的最大應(yīng)力,稱為疲勞強(qiáng)度。第十七頁，共一百一十四頁，編輯于2023年，星期五6.蠕變在長期固定載荷作用下,即使載荷小于屈服強(qiáng)度,金屬材料也會(huì)逐漸產(chǎn)生塑性變形的現(xiàn)象稱蠕變。蠕變極限值越大,材料的使用越可靠。溫度越高或蠕變速度越大,蠕變極限就越小。第十八頁，共一百一十四頁，編輯于2023年，星期五第二節(jié)常用金屬材料的牌號、性能和用途一、鋼1．鋼的分類鋼的分類方法很多,可以按化學(xué)成分、冶煉方法、品質(zhì)、用途及金相組織等進(jìn)行分類。1）按化學(xué)成分分類：碳鋼、合金鋼①碳鋼：（非合金鋼）含碳和鐵兩種基本元素，還存在其他少量元素Mn、Si、S、P、O、N、H等，不是特意加入的而是由于冶煉需要加入Mn鐵、Si鐵或無法去除的稱雜質(zhì)元素。按含碳量分：ⅰ低碳鋼：含C≤0.25%ⅱ中碳鋼：含C0.25～0.6%ⅲ高碳鋼：含C＞0.6%第十九頁，共一百一十四頁，編輯于2023年，星期五②合金鋼常用合金元素：錳、鉻、鎳、鉬、銅、硅、鎢、釩、鈮、鋯、鈷、鈦、硼、氮等。按合金鋼含量分：ⅰ低合金鋼合金含量＜5%（16MnR、15CrMo、2.25Cr1Mo)ⅱ中合金鋼合金含量5～10%之間（Cr5Mo、Cr9Mo）ⅲ高合金鋼合金含量＞10%（304系列、316系列）按含主要合金元素分：鉻鋼、鉻鎳鋼、錳鋼、硅錳鋼、鉻鉬鋼等。第二十頁，共一百一十四頁，編輯于2023年，星期五2）按冶煉方法及脫氧程度分類①根據(jù)煉鋼爐類別可分為平爐鋼、轉(zhuǎn)爐鋼〈又分氧氣吹煉和空氣吹煉轉(zhuǎn)爐鋼〉和電爐鋼（又分電弧爐鋼、電渣爐鋼、感應(yīng)爐鋼和電子束爐鋼等）三大類。②根據(jù)冶煉時(shí)脫氧程度的不同,可分為沸騰鋼、鎮(zhèn)靜鋼及半鎮(zhèn)靜鋼。沸騰鋼是脫氧不完全的鋼,鋼在熔煉后期,鋼液僅用弱脫氧劑(錳鐵)脫氧,所以鋼液中有相當(dāng)數(shù)量的氧化鐵〈FeO〉。在澆注與凝固時(shí),由于碳與氧化鐵反應(yīng),鋼液不斷析出一氧化碳,產(chǎn)生沸騰現(xiàn)象,故稱為沸騰鋼，以符號“F”表示。耐腐蝕性和力學(xué)性能差,不宜作重要結(jié)構(gòu)使用。鎮(zhèn)靜鋼為完全脫氧鋼,澆注凝固時(shí)鋼液鎮(zhèn)靜不沸騰,故稱為鎮(zhèn)靜鋼。這種鋼冷凝后有集中縮孔,所以成材率低，成本高。但氣體含量低,偏析少,時(shí)效傾向低,質(zhì)量較高,因此得到廣泛應(yīng)用。優(yōu)質(zhì)鋼和合金鋼以及鍋爐壓力容器用鋼多為鎮(zhèn)靜鋼。鎮(zhèn)靜鋼以符號"Z"表示,但一般省賂。半鎮(zhèn)靜鋼為半脫氧鋼。脫氧程度介于上述兩者之間,用符號"b"表示。第二十一頁，共一百一十四頁，編輯于2023年，星期五3）按品質(zhì)分類根據(jù)鋼中有害雜質(zhì)硫(S)、磷(P)的含量,可分為普通鋼、優(yōu)質(zhì)鋼和高級優(yōu)質(zhì)鋼。①普通鋼含S≤0.050%含P≤0.045%②優(yōu)質(zhì)鋼含S≤0.035%含P≤0.035%③高級優(yōu)質(zhì)鋼含S≤0.030%含P≤0.035%4）按用途分類鋼按用途可分為結(jié)構(gòu)鋼、工具鋼、特殊用途鋼等。5）按金相組織分：鋼按金相組織可分為鐵素體鋼、珠光體鋼、馬氏體鋼、奧氏體鋼等。第二十二頁，共一百一十四頁，編輯于2023年，星期五2．鋼號的表示方法我國鋼號表示方法,根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)《鋼鐵產(chǎn)品牌號表示方法》（GB221-79）中規(guī)定，采用國際化學(xué)元素符號、漢語拼音字母和阿拉伯?dāng)?shù)字并用的原則,即鋼號中化學(xué)元素用國際化學(xué)符號表示;鋼材名稱、用途、冶煉和澆注方法等一般以漢語拼音的縮寫字母來表示；鋼中主要化學(xué)元素含量(百分率)采用阿拉伯?dāng)?shù)字表示。鋼號中所采用的縮寫字母及其含義見表2-1。

由于GB221-79標(biāo)準(zhǔn)長期未做修改，現(xiàn)在有些鋼類，如碳素結(jié)構(gòu)鋼、低合金高強(qiáng)度鋼的新標(biāo)準(zhǔn)，其鋼號不再采用該標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的表示方法，改用按國際標(biāo)準(zhǔn)以屈服點(diǎn)值（MPa）表示。第二十三頁，共一百一十四頁，編輯于2023年，星期五表2-1中國鋼號中所采用的縮寫字母及其涵義

采用的縮寫字母

在鋼號中位置

涵

義

縮寫字母來源

漢字

拼音

A尾高級（優(yōu)質(zhì)鋼）高GaoA

尾

質(zhì)量等級符號（普通質(zhì)量非合金鋼）

------B尾質(zhì)量等級符號（普通質(zhì)量非合金鋼）

－－－－第二十四頁，共一百一十四頁，編輯于2023年，星期五3．鋼的種類、標(biāo)準(zhǔn)與性能

1）碳鋼

①碳鋼又稱碳素鋼，是以鐵為基本成分、含有少量碳的鐵碳合金。實(shí)際上，碳鋼中除以碳作為主要合金元素外，還含有少量有益元素Mn和Si，Mn含量一般小于1%，個(gè)別碳鋼達(dá)到1.2%，Si都在0.5%以下，另外，還含有少量雜質(zhì)元素S和P。

第二十五頁，共一百一十四頁，編輯于2023年，星期五②普通碳素結(jié)構(gòu)鋼

普通碳素結(jié)構(gòu)鋼的牌號由代表屈服點(diǎn)的拼音字母“Q”、屈服點(diǎn)數(shù)值、質(zhì)量等級符號和脫氧方法符號四個(gè)部分按順序組成，表示方法如下：

第二十六頁，共一百一十四頁，編輯于2023年，星期五QXXX–XX表示脫氧方法F－沸騰鋼b-半鎮(zhèn)靜鋼Z－鎮(zhèn)靜鋼TZ－特殊鎮(zhèn)靜鋼表示質(zhì)量等級（分A、B、C、D四個(gè)等級，D級質(zhì)量最好）表示屈服強(qiáng)度最低值/MPa代表屈服強(qiáng)度的“屈”字第二十七頁，共一百一十四頁，編輯于2023年，星期五舉例Q235-A.F沸騰鋼質(zhì)量為A級鋼的屈服強(qiáng)度為235MPa屈服點(diǎn)的字母第二十八頁，共一百一十四頁，編輯于2023年，星期五

這類鋼的牌號、力學(xué)性能見表2-2。第二十九頁，共一百一十四頁，編輯于2023年，星期五

③優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼

優(yōu)質(zhì)碳素鋼主要用于制造重要的機(jī)器零件、結(jié)構(gòu),其鋼號用兩位數(shù)字表示。兩位數(shù)字表示該鋼種平均含C量的萬分率，如20、45鋼，分別表示鋼中平均含碳量為0.2%、0.45%的優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼。高級優(yōu)質(zhì)碳素鋼在鋼號后附加“高”或“A”字，含錳量較高的優(yōu)質(zhì)碳素鋼,應(yīng)將錳元素標(biāo)出，如15Mn、60Mn等。

優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼的力學(xué)性能見表2-3。

④其它專業(yè)用鋼

在一般碳素結(jié)構(gòu)鋼的基礎(chǔ)上為滿足某些專業(yè)用途的特殊需要，發(fā)展了一些專業(yè)用鋼，與焊接關(guān)系密切的專門用途碳素結(jié)構(gòu)鋼有下列幾種，力學(xué)性能見表2-4。

第三十頁，共一百一十四頁，編輯于2023年，星期五⑤碳素鑄鋼

碳素鑄鋼中與焊接關(guān)系密切的有：

ⅰ焊接結(jié)構(gòu)用碳鋼鑄件（GB7659-87）這類鑄件共有3個(gè)牌號，焊接性能良好，常用作一般工程的鑄—焊結(jié)構(gòu)件。

ⅱ一般工程用鑄造碳鋼（GB11352-89）這類鑄件有5個(gè)牌號，總的說來，這一類鑄鋼較少考慮焊接性能，因此焊補(bǔ)時(shí)應(yīng)當(dāng)小心。

第三十一頁，共一百一十四頁，編輯于2023年，星期五2）低合金強(qiáng)度用鋼本節(jié)所述低合金強(qiáng)度鋼是在熱軋、控軋控冷及正火（或正火加回火）狀態(tài)下焊接和使用，屈服強(qiáng)度為295～460MPa的低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼。

第三十二頁，共一百一十四頁，編輯于2023年，星期五GB/T1591-1994對低合金高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)鋼的化學(xué)成分和力學(xué)性能要求作了規(guī)定，力學(xué)性能見表2-5。標(biāo)準(zhǔn)中鋼的分類是按照鋼的力學(xué)性能劃分的。鋼的牌號由代表屈服點(diǎn)的漢語拼音字母Q、屈服點(diǎn)數(shù)值、質(zhì)量等級符號三個(gè)部分按順序排列。按照鋼的屈服強(qiáng)度，低合金高強(qiáng)度鋼分5個(gè)強(qiáng)度等級，分別是295MPa、345MPa、390MPa、420MPa及460MPa。每個(gè)強(qiáng)度等級又根據(jù)沖擊吸收功要求分成A、B、C、D、E五個(gè)質(zhì)量等級，分別代表不同的沖擊韌性要求。GB/T1591-1994與GB1591-88低合金結(jié)構(gòu)鋼標(biāo)準(zhǔn)牌號對照見表2-6。第三十三頁，共一百一十四頁，編輯于2023年，星期五Q345鋼的屈服強(qiáng)度為345MPa屈服點(diǎn)的字母第三十四頁，共一百一十四頁，編輯于2023年，星期五

低合金高強(qiáng)鋼中w（C）一般控制在0.20%以下，為了確保鋼的強(qiáng)度和韌性，通過添加適量的Mn、Mo等合金元素及V、Nb、Ti、Al等微合金化元素，配合適當(dāng)?shù)能堉乒に嚮驘崽幚砉に噥肀ＷC鋼材具有優(yōu)良的綜合力學(xué)性能。由于低合金高強(qiáng)鋼具有良好的焊接性、優(yōu)良的可成形性及較低的制造成本，因此，被廣泛地用于壓力容器、車輛、橋梁、建筑、機(jī)械、海洋結(jié)構(gòu)、船舶等制造中，已成為大型焊接結(jié)構(gòu)中最主要的結(jié)構(gòu)材料之一。低合金高強(qiáng)度鋼按其用途還可分為：鍋爐用鋼、管線用鋼、容器用鋼、造船用鋼及橋梁用鋼等，表2-7列出了一些我國生產(chǎn)的低合金高強(qiáng)度鋼的力學(xué)性能。

第三十五頁，共一百一十四頁，編輯于2023年，星期五舉例：07MnCrMoVR表107MnCrMoVR鋼板化學(xué)成分（wt.%）表207MnCrMoVR鋼板力學(xué)性能CMnSiPSVCrMo0.071.420.280.0250.0080.040.220.21σs(MPa）σb(MPa）δ5(%）Akv-20℃(J）56064521110,132,112第三十六頁，共一百一十四頁，編輯于2023年，星期五3）低溫鋼

低溫用鋼主要用于低溫下工作的容器、管道和結(jié)構(gòu)，如液化石油氣儲(chǔ)罐、冷凍設(shè)備及石油化工低溫設(shè)備等。低溫用鋼可分為不含Ni及含Ni的兩大類，其牌號、力學(xué)性能和所屬標(biāo)準(zhǔn)，如表2-8、表2-9所示。在低溫用鋼中常加入V、N、Nb、Ni等合金元素，如我國的低溫壓力容器用鋼09Mn2VDR、15MnNiDR及09MnNiDR（－70℃）等、16MnDR鋼可作為-40℃低溫用鋼。為保證低溫韌性，在低溫用鋼中盡量降低含碳量，并嚴(yán)格限制S、P含量。低溫用鋼還有相應(yīng)的鑄件、鍛件及管材，JB4727-1994規(guī)定的常用低合金低溫鋼鍛件鋼號有：16MnD、09Mn2VD、09MnNiD、16MnMoD、20MnMoD、08MnNiCrMoVD及10Ni3MoVD。第三十七頁，共一百一十四頁，編輯于2023年，星期五4）耐熱鋼

①耐熱鋼的種類

碳素結(jié)構(gòu)鋼強(qiáng)度性能隨著工作溫度的提高而急劇下降，其極限的工作溫度為350℃。在更高的溫度下必須在鋼中加入一定量的合金元素以提高鋼的高溫強(qiáng)度和持久強(qiáng)度。

在要求抗氧化和高溫強(qiáng)度的運(yùn)行條件下，各種典型耐熱鋼的極限工作溫度示于圖2-1。在不同的運(yùn)行條件下，各種耐熱鋼容許最高工作溫度列于表2-10。第三十八頁，共一百一十四頁，編輯于2023年，星期五耐熱鋼按其合金成分的質(zhì)量分?jǐn)?shù)可分低合金、中合金和高合金耐熱鋼。合金元素總質(zhì)量分?jǐn)?shù)在5%以下的合金鋼通稱為低合金耐熱鋼，其合金系列有Mo、Cr-Mo，MO-V、Cr-Mo-V，Mn-Mo-V，Mn-Ni-Mo，和Cr-Mo-W-V-Ti-B等。對焊接結(jié)構(gòu)用的低合金耐熱鋼，為改善其焊接性，碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)均控制在0.2%以下，某些合金成分較高的低合金耐熱鋼，標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定其碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)不高于0.15%。

第三十九頁，共一百一十四頁，編輯于2023年，星期五低合金耐熱鋼通常以退火狀態(tài)，或正火+回火狀態(tài)供貨?！艉辖鹂傎|(zhì)量分?jǐn)?shù)在2.5%以下的低合金耐熱鋼在供貨狀態(tài)下具有珠光體+鐵素體組織。故也稱珠光體耐熱鋼?！艉辖鹂傎|(zhì)量分?jǐn)?shù)在3-5%的低合金耐熱鋼，在供貨狀態(tài)下具有貝氏體+鐵素體組織，亦稱為貝氏體耐熱鋼。常用低合金耐熱鋼的牌號見表2-11。第四十頁，共一百一十四頁，編輯于2023年，星期五

◆合金總質(zhì)量分?jǐn)?shù)在6%~12%的合金鋼系統(tǒng)稱為中合金耐熱鋼。目前，在動(dòng)力、化工和石油等工業(yè)部門經(jīng)常使用的中合金耐熱鋼有：5Cr-0.5Mo,7Cr-0.5Mo,9Cr-1MoV,9Cr1MoVNb,9Cr-2Mo等。這些中合金鋼必須以退火狀態(tài)或正火+回火狀態(tài)供貨，某些鋼也可以調(diào)質(zhì)狀態(tài)供貨。合金總質(zhì)量分?jǐn)?shù)在10%以下的耐熱鋼，在退火狀態(tài)下具有鐵素體+合金碳化物的組織。在正火+回火狀態(tài)下，這些合金鋼的組織為鐵素體+貝氏體。當(dāng)鋼的合金總質(zhì)量分?jǐn)?shù)超過10%時(shí)，其供貨狀態(tài)下的組織為馬氏體，屬于馬氏體級耐熱鋼。

第四十一頁，共一百一十四頁，編輯于2023年，星期五合金總質(zhì)量分?jǐn)?shù)高于13%的合金鋼稱為高合金耐熱鋼。按其供貨狀態(tài)下的組織可分為馬氏體，鐵素體和奧氏體三種。應(yīng)用最廣泛的高合金耐熱鋼，為鉻鎳奧氏體耐熱鋼，其合金系列為：Cr-Ni，Cr-Ni-Ti，Cr-Ni-Mo,Cr-Ni-Nb，Cr-Ni-Mo-Nb，Cr-Ni-Mo-V-Nb，Cr-Ni-Si等。第四十二頁，共一百一十四頁，編輯于2023年，星期五②耐熱鋼的應(yīng)用范圍

在常規(guī)熱電站，核動(dòng)力裝置，石油精煉設(shè)備，加氫裂化裝置，合成化工容器，宇航器械以及其他高溫加工設(shè)備中，耐熱鋼的應(yīng)用相當(dāng)普遍。正確地選用耐熱鋼種對于保證高溫高壓設(shè)備長期工作的可靠性和經(jīng)濟(jì)性具有頭等重要的意義，為此應(yīng)綜合考慮下列因素：

ⅰ常溫和高溫短時(shí)強(qiáng)度；

ⅱ高溫持久強(qiáng)度和蠕變強(qiáng)度；

ⅲ耐蝕性、抗氫能力和抗氧化性；

ⅳ抗脆斷能力；

ⅴ可加工性，包括冷、熱成形性能，熱切割性和焊接性；

ⅵ成本。第四十三頁，共一百一十四頁，編輯于2023年，星期五第四十四頁，共一百一十四頁，編輯于2023年，星期五5）不銹鋼①不銹鋼概述不銹鋼是指主加元素鉻含量能使鋼處于鈍化狀態(tài)，又具有不銹特性的鋼。為此，不銹鋼w（Cr）應(yīng)高于12%。此時(shí)，鋼的表面能迅速形成致密的Cr2O3氧化膜，使鋼的電極電位和在氧化性介質(zhì)中的耐蝕性發(fā)生突變性提高。在非氧化性介質(zhì)（HC1、H2SO4）中，鉻的作用并不明顯，除了鉻外，不銹鋼中還須加入能使鋼鈍化的Ni、Mo等其他元素。第四十五頁，共一百一十四頁，編輯于2023年，星期五通常所說的不銹鋼實(shí)際是不銹鋼和耐酸鋼的總稱，不銹鋼一般泛指在大氣、水等弱腐蝕介質(zhì)中耐蝕的鋼，耐酸鋼則是指在酸、堿、鹽等強(qiáng)腐蝕介質(zhì)中耐蝕的鋼。兩者在化學(xué)成分上的共同特點(diǎn)是w（Cr）均在12%以上，但由于合金化的差異，不銹鋼并不一定耐酸，而耐酸鋼一般具有良好的不銹性能。按照習(xí)慣叫法，本章將不銹鋼和耐酸鋼簡稱為不銹鋼。第四十六頁，共一百一十四頁，編輯于2023年，星期五②不銹鋼的種類、化學(xué)成分及其用途

不銹鋼按照組織類型，可分為五類，即鐵素體不銹鋼、馬氏體不銹鋼、奧氏體不銹鋼、雙相不銹鋼和沉淀硬化不銹鋼。

不銹鋼的重要特性之一是耐蝕性，然而不銹鋼的不銹性和耐蝕性都是相對的、有條件的，受到諸多因素的影響。包括介質(zhì)種類、濃度、純凈度、流動(dòng)狀態(tài)、使用環(huán)境的溫度、壓力等，目前還沒有對任何腐蝕環(huán)境都具有耐蝕性的不銹鋼。因此，不銹鋼的選用應(yīng)根據(jù)具體的使用條件加以合理選擇，才能獲得良好的使用效果。第四十七頁，共一百一十四頁，編輯于2023年，星期五奧氏體不銹鋼在各種類型不銹鋼中應(yīng)用最為廣泛，品種也最多。由于奧氏體不銹鋼的Cr、Ni含量較高，因此在氧化性、中性以及弱還原性介質(zhì)中均具有良好的耐蝕性。奧氏體不銹鋼的塑韌性優(yōu)良，冷熱加工性能俱佳，焊接性優(yōu)于其他類型不銹鋼，因而廣泛應(yīng)用于建筑裝飾、食品工業(yè)、醫(yī)療器械、紡織印染設(shè)備以及石油、化工、原子能等工業(yè)領(lǐng)域。

第四十八頁，共一百一十四頁，編輯于2023年，星期五鐵素體不銹鋼的應(yīng)用比較廣泛，其中Cr13和Cr17型鐵素體不銹鋼主要用于腐蝕環(huán)境不十分苛刻的場合，例如室內(nèi)裝飾、廚房設(shè)備、家電產(chǎn)品、家用器具等。超低碳高鉻含鉬鐵素體不銹鋼因?qū)β然飸?yīng)力腐蝕不敏感，同時(shí)具有良好的耐點(diǎn)蝕、縫隙腐蝕性能，因而廣泛用于熱交換設(shè)備、耐海水設(shè)備、有機(jī)酸及制堿設(shè)備等。第四十九頁，共一百一十四頁，編輯于2023年，星期五馬氏體不銹鋼應(yīng)用較為普遍的是Cr13型馬氏體不銹鋼。為獲得或改善某些性能，添加Ni、Mo等合金元素，形成一些新的馬氏體不銹鋼，例如0Cr13Ni4Mo、0Cr16Ni5Mo等。馬氏體不銹鋼主要用于硬度、強(qiáng)度要求較高，耐腐蝕要求不太高的場合，如量具、刃具、餐具、彈簧、軸承、汽輪機(jī)葉片、水輪機(jī)轉(zhuǎn)輪、泵、閥等。雙相不銹鋼是金相組織由奧氏體和鐵素體兩相組成的不銹鋼，而且各相都占有較大的比例。雙相不銹鋼具有奧氏體不銹鋼和鐵素體不銹鋼的一些特征，韌性良好，強(qiáng)度較高，耐氯化物應(yīng)力腐蝕。適于制作海水處理設(shè)備、冷凝器、熱交換器等，在石油、化工領(lǐng)域應(yīng)用廣泛。第五十頁，共一百一十四頁，編輯于2023年，星期五沉淀硬化不銹鋼是在不銹鋼中單獨(dú)或復(fù)合添加硬化元素，通過適當(dāng)熱處理獲得高強(qiáng)度、高韌性并具有良好耐蝕性的一類不銹鋼。通常作為耐磨、耐蝕、高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)件，如軸、齒輪、葉片等轉(zhuǎn)動(dòng)部件和螺栓、銷子、墊圈、彈簧、閥、泵等零部件以及高強(qiáng)度壓力容器、化工處理設(shè)備等。

第五十一頁，共一百一十四頁，編輯于2023年，星期五③不銹鋼的物理性能和力學(xué)性能

ⅰ不銹鋼物理性能（導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性、線膨脹系數(shù)）

幾種典型牌號（按JIS和AISI標(biāo)準(zhǔn)）不銹鋼的物理性能數(shù)據(jù)列于表2-12。表中特列出碳鋼的相應(yīng)物理性能進(jìn)行對比。由表可見，奧氏體不銹鋼比電阻可達(dá)碳鋼的5倍，線膨脹系數(shù)比碳鋼的約大50%，而馬氏體不銹鋼和鐵素體不銹鋼的線膨脹系數(shù)大體上和碳鋼的相等。奧氏體不銹鋼的熱導(dǎo)率為碳鋼的1/2左右。奧氏體不銹鋼通常是非磁性的。鉻當(dāng)量和鎳當(dāng)量較低的奧氏體不銹鋼在冷加工變形量較大的情況下，會(huì)產(chǎn)生形變誘導(dǎo)馬氏體，從而產(chǎn)生磁性。用熱處理方法可消除這種馬氏體和磁性。第五十二頁，共一百一十四頁，編輯于2023年，星期五ⅱ不銹鋼的力學(xué)性能

◆馬氏體不銹鋼在退火狀態(tài)下，硬度最低，可淬火硬化，正常使用時(shí)的回火狀態(tài)的硬度又稍有下降。

◆鐵素體鋼的特點(diǎn)是常溫沖擊韌性低。當(dāng)在高溫長時(shí)間加熱時(shí)，力學(xué)性能將進(jìn)一步惡化，可能導(dǎo)致475℃脆化、σ脆性或晶粒粗大等?！魥W氏體不銹鋼常溫具有低的屈強(qiáng)比（40%～50%），伸長度、斷面收縮率和沖擊吸收功均很高并具有高的冷加工硬化性。某些奧氏體不銹鋼經(jīng)高溫加熱后，會(huì)產(chǎn)生σ相和晶界析出碳化鉻引起的脆化現(xiàn)象。在低溫下，鐵素體和馬氏體不銹鋼的夏比沖擊吸收功均很低，而奧氏體和馬氏體不銹鋼則有良好的低溫韌性。對含有百分之幾鐵素體的奧氏體不銹鋼，則應(yīng)注意低溫下塑性和韌性降低的問題。第五十三頁，共一百一十四頁，編輯于2023年，星期五4．常見元素在鋼中的作用1）碳：CC含量越多，鋼的強(qiáng)度、淬硬性越高，但塑性韌性越低，焊接性能越差。一般含量不超過0.25%。2）錳（Mn）作為脫氧劑加入鋼液中，Mn溶入F增加強(qiáng)度、細(xì)化組織、提高韌性。同時(shí)可以脫S，形成MnS作為雜質(zhì)含量較少（小于0.8%），對鋼性能影響不大。3）硅（Si）作為脫氧劑加入鋼液中，Si能溶入F有提高強(qiáng)度、硬度作用，但使韌性、塑性降低。在鎮(zhèn)靜鋼中含量0.1～0.4%，沸騰鋼約0.03～0.07%。第五十四頁，共一百一十四頁，編輯于2023年，星期五4）硫（S）由生鐵和燃料中帶入鋼中的有害元素以FeS形式存在。它與鐵形成低熔點(diǎn)共晶體（985℃）分布于晶界上，當(dāng)鋼材在800～1200℃鍛軋時(shí)，由于低熔點(diǎn)共晶體熔化而使鋼材沿晶界開裂所以稱“脆熱”，因此對硫在鋼中含量有嚴(yán)格限制。5）磷（P）由礦石生鐵而來，溶入F中造成晶格畸變嚴(yán)重，從而使塑性和韌性大大降低，尤其在低溫時(shí)韌性降低特別明顯，這種現(xiàn)象稱冷脆。所以嚴(yán)格限制其含量（在鐵素體晶界上形成磷化物薄膜）。第五十五頁，共一百一十四頁，編輯于2023年，星期五6）有害元素：氮（N）氧（O）氫（H）N：形成氣孔疏松，使碳鋼出現(xiàn)時(shí)效現(xiàn)象。O：使鋼強(qiáng)度、塑性降低，熱脆加重，疲勞強(qiáng)度降低。H：引起鋼氫脆、白點(diǎn)、氫鼓泡、氫腐蝕等缺陷。第五十六頁，共一百一十四頁，編輯于2023年，星期五7）鉻和鎳：Cr、Ni增大奧氏體鋼的過冷度從而細(xì)化組織起強(qiáng)化作用，改善沖擊韌性，降低冷脆轉(zhuǎn)變溫度，增加鋼耐大氣腐蝕能力。鎳全部溶入F中不形成碳化物，而鉻部分溶于F中，部分存在于滲碳體中，可提高滲碳體的穩(wěn)定性，降低P球化傾向，防止鋼的石墨化。8）鉬：Mo在F中最大溶解度4%，有明顯的固溶強(qiáng)化作用，是強(qiáng)碳化物形成元素。提高鋼的高溫強(qiáng)度、防止回火脆性、增加過冷度。鉬的不良影響是促進(jìn)鋼的石墨化。所以才有從16Mo→15CrMo→12CrMo→12CrMoV→12Cr1MoV的衍變。

第五十七頁，共一百一十四頁，編輯于2023年，星期五9）釩：V

釩是強(qiáng)碳化物形成元素，能在鋼中形成極穩(wěn)定的碳化物和氮化物，并以細(xì)小顆粒彌散分布阻止了晶粒的長大，提高了晶粒粗化溫度，從而降低了鋼的過熱敏感性，顯著提高鋼的常溫和高溫強(qiáng)度及韌性，增強(qiáng)鋼的抗氫腐蝕能力。10）鈦是最強(qiáng)碳化物形成元素，能提高鋼在高溫高壓下的穩(wěn)定性，TiC極為穩(wěn)定能細(xì)化晶粒，提高鋼的強(qiáng)度和韌性。不銹鋼中加入Ti即使鋼中多余的C與之結(jié)合成TiC而使Cr全部溶入F中（在不銹鋼中為穩(wěn)定化元素，提高抗晶間腐蝕）。第五十八頁，共一百一十四頁，編輯于2023年，星期五11）鈮：Nb強(qiáng)碳化物形成元素，碳化鈮具有穩(wěn)定彌散可以細(xì)化晶粒，提高鋼的強(qiáng)度和韌性，使鋼有良好的抗氫性能。12）硼：B用量甚微，能提高鋼的淬透性，改善鋼的高溫強(qiáng)度。13）氮：N溶入F固溶強(qiáng)化，與鋼不形成氮化物但與其他合金形成氮化物如TiN，起細(xì)晶效果。14）稀土：Re主要成分鑭、鈰、鐠、釹，能凈化晶界上的雜質(zhì)，提高鋼的高溫強(qiáng)度，改善鋼中非金屬夾雜物的形態(tài)，改善鋼的塑性。第五十九頁，共一百一十四頁，編輯于2023年，星期五二、有色金屬1．鋁及鋁合金鋁及鋁合金按成材方式：可分為變形鋁合金（LF、LY、LC、LD）和鑄造鋁合金（ZL）。按合金化系列，鋁及鋁合金可分為：1×××系（工業(yè)純鋁）2×××系（鋁-銅）3×××（鋁-錳）4×××系（鋁-硅）5×××系（鋁-鎂）6×××系（鋁-鎂-硅）7×××系（鋁-鋅-鎂-銅）8×××系（其他）等八類合金按強(qiáng)化方式，可分為熱處理不可強(qiáng)化鋁及鋁合金（LF）及熱處理強(qiáng)化鋁合金。前者僅可變形強(qiáng)化，后者既可熱處理強(qiáng)化，亦可變形強(qiáng)化。第六十頁，共一百一十四頁，編輯于2023年，星期五2．銅及銅合金

常用的銅及銅合金有四種：1）純銅

因表面呈紫紅色而得名，又可稱紅銅。它是w（Cu）不低于99.5%的工業(yè)純銅，具有極好的導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性、良好的常溫和低溫塑性，以及對大氣、海水和某些化學(xué)藥品的耐腐蝕性。因而在工業(yè)中被廣泛用于制造電工器件、電線、電纜、熱交換器等。第六十一頁，共一百一十四頁，編輯于2023年，星期五

純銅中的所有雜質(zhì)都是因冶煉過程而帶入，它們都不同程度地降低純銅的各種優(yōu)良性能。其中氧、硫、鉛、鉍等元素還能與銅形成各種脆性化合物和低熔點(diǎn)共晶，增加材料的冷脆性和接頭中出現(xiàn)熱裂紋的傾向性。因此，要求w（Pb）不能超過0.03%，w(Bi)不能超過.003%，含氧和含硫量分別不超過0.03%和0.01%。磷雖然也可能與銅形成脆性化合物Cu3P，但當(dāng)其含量不超過它在室溫銅中的最大溶解度0.4%時(shí)，反而可作為一個(gè)良好的脫氧劑而加入到銅中。純銅的牌號及用途是根據(jù)其含氧量不同而劃分的。我國生產(chǎn)的純銅種類如表2-13所示，純銅的主要物理性能及力學(xué)性能數(shù)據(jù)見表2-14，純銅有很好的加工硬化性能。經(jīng)冷加工變形，強(qiáng)度可提高一倍，而塑性降低好幾倍。加工硬化后的純銅可通過退火恢復(fù)其塑性，退火溫度為550～600℃。第六十二頁，共一百一十四頁，編輯于2023年，星期五2）黃銅

黃銅原指由銅和鋅組成的二元合金（銅鋅合金），并因表面呈淡黃色而得名。黃銅具有比純銅高得多的強(qiáng)度、硬度和耐腐蝕能力，并保持有一定的塑性，又能承受冷、熱加工，因而作為結(jié)構(gòu)材料在工業(yè)中得到廣泛的應(yīng)用。在普通黃銅中可加入少量錫、鉛、錳、鐵、硅等元素，但其總量≯4%，且固溶于銅中形成具有（α+β）雙相組織的特殊黃銅，提高了黃銅的強(qiáng)度，耐蝕性和機(jī)加工性能，但對焊接性能不利。第六十三頁，共一百一十四頁，編輯于2023年，星期五3）青銅

青銅實(shí)際上是除銅—鋅、銅—鎳合金以外所有銅基合金的統(tǒng)稱，如錫青銅、鋁青銅、硅青銅和鈹青銅等。為了獲得某些特殊性能，青銅中還加入少量的多種其他元素。青銅的主要特點(diǎn)是：①青銅中所加入的合金元素量大多控制在α銅的溶解度范圍內(nèi)，在加熱冷卻過程中沒有同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變。只有合金含量較高的某些青銅能通過熱處理來改變性能。第六十四頁，共一百一十四頁，編輯于2023年，星期五②青銅具有比純銅，甚至比大部分黃銅高得多的強(qiáng)度和耐磨性，并保持一定的塑性。③除鈹青銅外，其他青銅的導(dǎo)熱性能比純銅和黃銅降低幾倍至幾十倍，并具有較窄的結(jié)晶區(qū)間，因而大大改善焊接性。青銅的上述性能使它被廣泛用作耐蝕性的機(jī)械結(jié)構(gòu)材料、鑄件材料和堆焊材料。第六十五頁，共一百一十四頁，編輯于2023年，星期五4）白銅

白銅是銅和鎳的合金。是因鎳的加入使銅由紫色逐漸變白而得名。白銅是作為一種高耐蝕性能結(jié)構(gòu)材料廣泛應(yīng)用于化工、海水工程中。在焊接結(jié)構(gòu)中使用的白銅多是w(Ni)10%、20%、30%的合金。由于鎳無限固溶于銅，白銅具有單一的α相組織。白銅不僅具有較好的綜合力學(xué)性能，而且由于導(dǎo)熱性接近于碳鋼而變得較容易焊接，不需預(yù)熱，但這些合金對于磷、硫雜質(zhì)很敏感，易形成熱裂紋。焊接時(shí)要嚴(yán)格限制這些雜質(zhì)的含量。第六十六頁，共一百一十四頁，編輯于2023年，星期五3．鈦及鈦合金

我國現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)按鈦合金退火狀態(tài)的室溫平衡組織分為α鈦合金、β鈦合金和α+β鈦合金3類，分別用TA、TB和TC表示。鈦及其合金的化學(xué)成分如表2-15所示。TA2、TA7、TC4、TC10、TB2分別是α型、α+β型和β型鈦合金的代表。

工業(yè)純鈦由于塑性韌性好、耐腐蝕、焊接性好和易于成型等優(yōu)點(diǎn)，在化學(xué)工業(yè)等領(lǐng)域得到廣泛地應(yīng)用，w（pd－鈀）0.2%的Ti-0.2pd合金抗間隙腐蝕性能比工業(yè)純鈦好得多。【250吸氫，400吸氧，600吸氮】

第六十七頁，共一百一十四頁，編輯于2023年，星期五TA7具有良好的超低溫性能，氧、氮、氫等間隙元素含量很低的TA7合金（美國稱ELI級）可用于液氫、液氦儲(chǔ)箱和其他超低溫構(gòu)件。另外，它的綜合性能和焊接性很好，在航空工業(yè)中用于制造機(jī)匣、機(jī)尾罩等。α型鈦合金不能熱處理強(qiáng)化，必要時(shí)可進(jìn)行退火處理，以消除殘余應(yīng)力。第六十八頁，共一百一十四頁，編輯于2023年，星期五α+β型鈦合金可熱處理強(qiáng)化，TC4鈦合金是這類合金的代表。經(jīng)淬火-時(shí)效處理能比退火狀態(tài)抗拉強(qiáng)度提高180MPa。TC4合金綜合性能良好，焊接性也是滿意的，因此得到最廣泛地應(yīng)用，在航空、航天工業(yè)中應(yīng)用的鈦合金多是這種牌號的。這種合金的主要缺點(diǎn)是淬透性較差，不超過25mm。為此發(fā)展了高淬透性和強(qiáng)度也略高于TC4的TC10合金。TB2鈦合金是近年來我國研制的高強(qiáng)鈦合金，它屬于亞穩(wěn)β合金，它的強(qiáng)度高、冷成形性好、焊接性尚可。Ti-33Mo屬于穩(wěn)定β型合金，它的耐腐蝕性非常好。第六十九頁，共一百一十四頁，編輯于2023年，星期五4．鎂及鎂合金鎂是比鋁還輕的一種有色金屬，它的熔點(diǎn)為651℃，密度為1.74×1013kg/m3，純鎂由于強(qiáng)度低，所以很少用它作為工程材料，常以合金形式使用，鎂合金具有較高的比強(qiáng)度和比剛度，并具有高的抗振能力，能承受比鋁合金大的沖擊載荷，此外還具有優(yōu)良的切削加工性能，并易于鑄造和鍛壓，所以在航天、航空、光學(xué)儀器、無線電技術(shù)等工業(yè)部門獲得較多應(yīng)用。鎂的力學(xué)性能與組織狀態(tài)有關(guān)，變形加工后力學(xué)性能明顯提高。鎂的抗拉強(qiáng)度與純鋁相近，但屈服強(qiáng)度和塑性卻比鋁低，這是鎂及多數(shù)鎂合金的一個(gè)缺點(diǎn)。

第七十頁，共一百一十四頁，編輯于2023年，星期五

鎂的合金化一般是利用固溶時(shí)效處理所造成的沉淀硬化來提高合金的常溫和高溫性能。因此，所選擇的合金元素在鎂基體中應(yīng)具有較高的固溶度，并隨溫度有較明顯的變化。在時(shí)效過程中能形成強(qiáng)化效果顯著的第二相。另外，也要考慮合金元素對抗腐蝕性和工藝性能的影響。目前實(shí)際應(yīng)用的鎂合金，無論是鑄造鎂合金還是變形鎂合金，主要有以下幾種合金系統(tǒng)：第七十一頁，共一百一十四頁，編輯于2023年，星期五高強(qiáng)鎂合金：Mg-Al-Zn系，如MB2、MB3、ZM1；Mg-Zn-Zr系，如ZM1、MB15。耐熱鎂合金：Mg-RE-Zr,或Mg-RE-Mn系如ZM8、MB8。其中，ZM為鑄造鎂合金；MB為變形鎂合金。鎂合金的主要優(yōu)點(diǎn)是能減輕產(chǎn)品的重量，主要缺點(diǎn)是在潮濕大氣中耐腐蝕性能差，缺口敏感性較大。鎂在水及大多數(shù)酸鹽溶液中易遭腐蝕，只在氫氟酸、鉻酸、堿及汽油中比較穩(wěn)定。第七十二頁，共一百一十四頁，編輯于2023年，星期五第三節(jié)熱處理基本知識(shí)一、鐵碳狀態(tài)圖基礎(chǔ)知識(shí)1．鐵碳合金的基本組織1）鐵素體

碳溶解在α-Fe中形成的間隙固溶體為鐵素體，用符號F來表示。由于α-Fe是體心立方晶格，晶格間隙較小，所以碳在α-Fe中溶解度較低，在727℃時(shí)，α-Fe中最大溶碳量僅為0.0218%，并隨溫度降低而減少；室溫時(shí)，碳的溶解度降到0.008%。由于鐵素體的含碳量低，所以鐵素體的性能與純鐵相似，即具有良好的塑性和韌性，強(qiáng)度和硬度也較低。第七十三頁，共一百一十四頁，編輯于2023年，星期五體心立方晶格第七十四頁，共一百一十四頁，編輯于2023年，星期五F其組織結(jié)構(gòu)與組織形態(tài)如圖所示。第七十五頁，共一百一十四頁，編輯于2023年，星期五1）鐵素體的特點(diǎn)：①在727℃有最大溶解度，為0.0218%C；②強(qiáng)度和硬度低，韌性塑性好。其力學(xué)性能大致為：2）試比較純鐵（＜0.02%）的性能：兩者性能與晶粒大小、雜質(zhì)含量有關(guān)第七十六頁，共一百一十四頁，編輯于2023年，星期五2）奧氏體

碳溶解在γ-Fe中所形成的間隙固溶體，稱為奧氏體，用符號A來表示。由于γ-Fe是面心立方晶格，晶格的間隙較大，故奧氏體的溶碳能力較強(qiáng)。在1148℃溶碳量可達(dá)2.11%，隨著溫度下降，溶解度逐漸減少，在727℃時(shí)，溶碳量為0.77%。奧氏體的強(qiáng)度和硬度不高，沒有磁性，具有良好的塑性，，是絕大多數(shù)鋼在高溫進(jìn)行鍛造和軋制時(shí)所要求的組織。第七十七頁，共一百一十四頁，編輯于2023年，星期五面心立方晶格第七十八頁，共一百一十四頁，編輯于2023年，星期五第七十九頁，共一百一十四頁，編輯于2023年，星期五3）滲碳體

滲碳體是含碳量為6.69%的鐵與碳的金屬化合物。其分子式為Fe3C，常用符號Cm表示。滲碳體具有復(fù)雜的斜方晶體結(jié)構(gòu)，它與鐵和碳的晶體結(jié)構(gòu)完全不同。它的熔點(diǎn)為1227℃，不發(fā)生同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變。滲碳體的硬度很高，塑性很差，是一種硬而脆的組織。隨著鋼的含碳量的增加，其硬度、強(qiáng)度提高，而塑性、韌性下降。第八十頁，共一百一十四頁，編輯于2023年，星期五4）珠光體

珠光體是鐵素體和滲碳體的機(jī)械混合物，用符號P表示。根據(jù)滲碳體的形狀，珠光體分為片狀珠光體和粒狀珠光體兩種。根據(jù)滲碳體的大小，又可分為珠光體、索氏體（細(xì)珠光體）、屈氏體（極細(xì)珠光體）三種。珠光體、索氏體、屈氏體三者實(shí)質(zhì)是同一組織，只是滲碳體片的厚度不同，因而片層間距不同而已。珠光體的力學(xué)性能介于鐵素體和滲碳體之間，其硬度適中、強(qiáng)度比鐵素體高，但脆性并不大，同時(shí)具有良好的塑性和韌性。第八十一頁，共一百一十四頁，編輯于2023年，星期五5）馬氏體馬氏體是碳溶于α-Fe中形成的過飽和固溶體，用符號M表示。奧氏體發(fā)生轉(zhuǎn)變時(shí)，如果冷卻速度快，使碳原子來不及析出而被迫固溶于晶格中，呈過飽和狀態(tài)，即形成馬氏體。這時(shí)晶格發(fā)生畸變，并在晶粒之間產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力，增加了金屬抵抗塑性變形的能力，使之具有較高硬度和強(qiáng)度，但塑性和韌性極低，低得幾乎不能承受沖擊載荷。高碳淬火馬氏體（也稱片狀馬氏體）具有很高的硬度和強(qiáng)度，但很脆，低碳回火馬氏體（也稱條狀馬氏體）則具有相當(dāng)高的強(qiáng)度和較好的韌性。馬氏體加熱后易分解成其它組織。6）萊氏體

萊氏體是含碳量為4.3%的合金，在1148℃時(shí)從液相中同時(shí)結(jié)晶出來奧氏體和滲碳體的混合物。用符號Ld表示。由于奧氏體在727℃時(shí)還將轉(zhuǎn)變?yōu)橹楣怏w，所以在室溫下的萊氏體由珠光體和滲碳體組成，這種混合物仍叫萊氏體，用符號L′D來表示。萊氏體的力學(xué)性能和滲碳體相似，硬度高，塑性很差。第八十二頁，共一百一十四頁，編輯于2023年，星期五7）貝氏體

貝氏體是介于珠光體和馬氏體之間的一種組織，是在鐵素體基體上沉淀較細(xì)的碳化物（滲碳體）的混合組織，屬于中溫轉(zhuǎn)變產(chǎn)物，用符號B表示。在不同轉(zhuǎn)變溫度的條件下，貝氏體的形態(tài)和性能有很大差別，可分為上貝氏體、下貝氏體及粒狀貝氏體，羽毛狀的上貝氏體和針片狀的下貝氏體一般出現(xiàn)在中碳鋼和高碳鋼中，在低碳鋼和低碳、中碳合金鋼中，會(huì)出現(xiàn)粒狀貝氏體。粒狀貝氏體的形成溫度高于上貝氏體，強(qiáng)度低，但塑性較高，上貝氏體的韌性最差，下貝氏體具有良好的綜合力學(xué)性能。下貝氏體的性能比片狀馬氏體好，而上貝氏體的性能則不如條狀馬氏體。第八十三頁，共一百一十四頁，編輯于2023年，星期五14Cr1MoR焊縫第八十四頁，共一百一十四頁，編輯于2023年，星期五14Cr1MoR熱影響區(qū)第八十五頁，共一百一十四頁，編輯于2023年，星期五14Cr1MoR母材第八十六頁，共一百一十四頁，編輯于2023年，星期五2．鐵碳合金相圖定義－用來表示在平衡狀態(tài)下，不同含碳量的鐵碳合金在不同溫度下所處的狀態(tài)、晶體結(jié)構(gòu)和顯微組織特征的圖稱為鐵碳合金狀態(tài)圖。

合金的組織比純金屬復(fù)雜，為研究合金的組織與性能的關(guān)系，必須探求合金中各種組織形成及變化的規(guī)律。鐵碳合金相圖不僅可以表明平衡條件下任一鐵碳合金的成分、溫度與組織之間的關(guān)系，而且可以推斷其性能與成分或溫度的關(guān)系，因此鐵碳相圖是研究鋼鐵的成分、組織和性能之間關(guān)系的理論基礎(chǔ)，也是制定各種熱加工工藝的依據(jù)。鐵碳合金相圖表明了不同含碳量的各鐵碳合金在不同溫度下的組織。含碳量小于2%的鐵碳合金相圖，是鋼的相圖，如圖2-1所示。圖中縱坐標(biāo)表示溫度，橫坐標(biāo)表示碳的百分含量。相圖主要由標(biāo)志某些特性的點(diǎn)和線組成第八十七頁，共一百一十四頁，編輯于2023年，星期五圖2-1鐵碳合金相圖（鋼的部分）

第八十八頁，共一百一十四頁，編輯于2023年，星期五第八十九頁，共一百一十四頁，編輯于2023年，星期五1）鐵碳合金的分類①

含碳量少于0.02%的鐵碳合金叫工業(yè)純鐵②

0.02%～2.06%合碳量叫鋼③

2.06%～6.67%合碳量叫生鐵或鑄鐵2）鐵碳合金相圖中的特性點(diǎn)鋼的相圖中各重要點(diǎn)的特性及含碳量、溫度值見表2-1。3）鋼的相圖中的特性線ABC線－為合金的液相線，鋼加熱到此線以上相應(yīng)溫度時(shí)，全部變成液態(tài)，而冷卻到此線時(shí)，開始結(jié)晶出現(xiàn)固相。AHJE線－為鐵碳合金的固相線，鋼加熱到此線相應(yīng)的溫度，開始出現(xiàn)液相，而冷卻到此線時(shí)全部變成固相。第九十頁，共一百一十四頁，編輯于2023年，星期五PQ線－

是碳在鐵素體中的溶解度線。鐵素體在727℃時(shí)溶解碳量最大為0.02%，室溫僅溶解0.008%的碳。GP線－

為含碳量在0.02%以下的鐵碳合金，在冷卻時(shí)奧氏體全部轉(zhuǎn)變?yōu)殍F素體的溫度線，或在加熱時(shí)鐵素體開始轉(zhuǎn)變?yōu)閵W氏體的溫度線。PSK線－為共析轉(zhuǎn)變線，常用A1表示，經(jīng)過PSK線時(shí)會(huì)發(fā)生珠光體與奧氏體之間的相互轉(zhuǎn)變。第九十一頁，共一百一十四頁，編輯于2023年，星期五表2-1鋼的相圖中各重要點(diǎn)的特性及含碳量、溫度值特性點(diǎn)溫度（℃）碳含量（%）說明A15380純鐵的熔點(diǎn)B14850.50包晶轉(zhuǎn)變時(shí)液態(tài)合金的濃度E11482.11碳在γ-Fe中最大溶解度G9120α-Feγ-Fe純鐵的同素異晶轉(zhuǎn)變點(diǎn)H14950.09碳在δ-Fe中的最大溶解度J14950.17包晶點(diǎn)LB+δHAN13940γ-Feδ-Fe同素異晶轉(zhuǎn)變點(diǎn)P7270.0218碳在α-Fe中的最大溶解度S7270.77共析點(diǎn)AF+Fe3CQ6000.01碳在α-Fe中的溶解度第九十二頁，共一百一十四頁，編輯于2023年，星期五4）鋼的臨界溫度（過熱與過冷）在實(shí)際加熱和冷卻時(shí)，存在過熱和過冷現(xiàn)象，如圖所示。①過熱：加熱時(shí)高于合金相圖臨界溫度才發(fā)生相變的現(xiàn)象。

如圖所示AC1、

AC3、ACm為加熱時(shí)鋼的臨界溫度；②過冷：冷卻時(shí)低于合金相圖臨界溫度才發(fā)生相變的現(xiàn)象。

如圖所示AΥ1、AΥ2、AΥcm為冷卻時(shí)鋼的臨界溫度。第九十三頁，共一百一十四頁，編輯于2023年，星期五這幾個(gè)實(shí)際轉(zhuǎn)變點(diǎn)的物理意義如下：Ac1：

加熱時(shí)珠光體向奧氏體轉(zhuǎn)變的開始溫度；Ar1：

冷卻時(shí)奧氏體向珠光體轉(zhuǎn)變的開始溫度；Ac3：

加熱時(shí)游離鐵素體全部轉(zhuǎn)變?yōu)閵W氏體的終了溫度；Ar3：

冷卻時(shí)奧氏體開始析出游離鐵素體的溫度；Accm：

加熱時(shí)二次滲碳體全部溶入奧氏體的終了溫度；Arcm：

冷卻時(shí)奧氏體開始析出二次滲碳體的溫度。第九十四頁，共一百一十四頁，編輯于2023年，星期五二、鋼的熱處理1．定義：對鋼在固態(tài)下加熱，保溫和冷卻以改變其內(nèi)部結(jié)構(gòu)，從而改變鋼的性能的一種工藝方法。第九十五頁，共一百一十四頁，編輯于2