材料复习.docx

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材料复习

材料部分复习提纲

材料及材料焊接行为在基础课程和主课程中都涉及到，此部分需要掌握金属材料的基本知识和焊接冶金基本知识，更需要掌握常用的金属材料性能及其焊接性。

基本知识内容包括：

铁碳相图及相关知识、焊接裂纹及焊接性、材料及接头热处理、金属材料特性及其试验方法。

具体金属材料要从以下几个方面了解这种材料：

标准、标记方法、典型钢种、化学成分、机械性能、材料特性、焊接性、焊接材料的选择、焊接工艺要点。

本部分涉及到的标准有：

材料的分类和标记体系、每种材料的标准和标记方法、焊接填充材料的标准和标记。

1、材料基础知识

——金属结构、铁碳合金、铁碳相图

金属材料中常见的晶格形式

纯铁的结晶过程

置换固溶体、间隙固溶体、金属化合物

共晶相图、包晶相图

铁碳合金相图中各特征点的意义

铁素体、奥氏体、珠光体、贝氏体、马氏体、莱氏体、渗碳体，魏氏组织

共析钢、亚共析钢、过共析钢、共晶白口铁、亚共晶白口铁、过共晶白口铁

钢的冷却转变，TTT曲线，CCT曲线

——焊接冶金

焊接接头构成和各区的特点

焊接裂纹的种类和形成机理

焊接接头断裂形式和裂纹试验

——热处理

热处理种类、作用

正火、淬火、回火、调质、消除应力退火、时效强化、固溶处理

——金属材料性能，试验方法，材料特征值

强度、塑性、韧性、硬度、导热性、热膨胀性、耐腐蚀性

2、钢的工业生产

——高炉炼铁过程

还原过程，焦碳既作为燃料又作为还原剂，成品为生铁。

——炼钢过程

基本氧化过程，由生铁炼成钢要求去除不期望存在的铁的伴生杂质，如碳、硅、锰、磷和硫。

精炼方法：

酸性转炉炼钢法、平炉炼钢法、电炉炼钢法

——钢的浇注

浇注的钢水中仍含有大量氧的成份。

应进行脱氧，这一过程为还原。

沸腾钢

镇静钢（在钢水中添加约0.15%的硅和少量的锰和铝）

特别镇静钢（在钢水中添加约0.2%的硅，约0.02%的铝和少量的锰）

——合金元素对钢性能的影响

性能

C

Si

Mn

P

S

Cr

Ni

Mo

Cu

Al

抗拉强度

+

+

+

+

（－）

+

+

+

+

+

硬度

+

+

+

+

+

+

+

+

+

屈服极限

+

+

+

+

+

+

+

+

+

延伸率

－

＜2%（－）

（－）

－

－

（－）

－

（－）

－

冲击韧性

－

－

+

－

－

（－）

+

－

（－）

冷变形性

－

－

（－）

－

－

（+）

－

（－）

深冲性

－

－－

（－）

－

（－）

－

（+）

－

（－）

锻造

－

－

+

－

（－）

（－）

－

（－）

压力焊能力

－

－

（+）

－

－

－

（+）

（－）

－

熔化焊能力

－

－

+

－

－

－

－

+

（－）

热脆性

－－

++

+

+

淬硬性

++

+

+

+

+

（+）

+

热强性

+至400

+

+

－

+

（+）同C

+

临界冷却速度

－

－

－

－

－

（－）

耐腐蚀性

+

（+）

－

++

（+）同C

（+）

+

抗高温氧化性

+

++

（+）

+

冷作硬化性

+

+

+

+

（+）

疲劳性能

（+）间接

（+）同C

（+）同C

（+）同C

（+）同C

3、钢的分类，EN10020标准，

——按合金元素的含量分类

碳钢（非合金钢）

低合金钢

∑合金元素含量<5%例如13CrMo4-5

高合金钢

∑合金元素含量≥5%例如X6CrNi16-13

——按使用要求分类

普通钢

优质钢

特殊优质钢

4、钢的标记体系，EN10027

EN10027-2材料的数字标记

×××××××

①②③④⑤

①－材料分组：

0=纯铁1=钢2=重金属如Cu、Ni3=轻金属如Al

②－分类组别见表2

③－不同品种的数字编号

④⑤－钢种的数量有要求时的标记数字

例：

1．0116

按EN10025-2对S235J2钢的数字编号

01=一般结构钢Rm<500N/mm2

材料类别号：

1=钢材分类号

按EN10027-1和ECISSIC10标准：

材料符号标记

主要符号（EN10027-1）

（钢种）

附加符号（ECISSIC10）

对于钢

对于钢的制造

*主要符号标记:

1G－铸钢如GS-35，GG-灰口铸铁

2根据钢的使用及其机械性能和物理性能的主要符号：

S－普通结构用钢P－压力容器用钢

L－管道用钢E－机器制造用钢

B－钢筋用钢Y－应力钢

R－钢轨用钢H－高强度拉伸性能的冷轨钢板

例如：

EN10025-2S235J2

3按化学成分含量标记:

i）碳素钢和锰<1%的碳锰钢（不含易切削钢），标记为：

CXX。

例如：

C25，C45

ii）锰>1%的碳锰非合金钢、非合金钢的易切削钢、合金元素<5%的合金钢（不含高速钢），用数字+化学元素符号+数字来标记。

例如：

13CrMo4-5

13---C=0.13%Cr---Cr=1%Mo---Mo=0.5%

钢的合金系数

元素

4

Co,Cr,Mn,Ni,Si,W

10

Al,B,Be,Cu,Mo,No,Pb,Ta,Ti,V,Zr

100

C,Ce,N,P,S

iii）合金元素总含量≥5%的合金钢

用X+数字+化学元素+数字来标记，例如：

X5CrNi18-10

X---高合金钢Cr---Cr=18%Ni---Ni=10%

按欧洲标准材料标记示例

机械性能一致的钢的标记、按欧洲EN标准非合金结构钢对S、E、P、L、B钢的标记

G

X

n

n

n

an..

+an+an…1）

按EN10027标准主要符号

按钢铁IC10附加符号

字母

性能

对于钢

对于钢

的制造

1组³）

2组

G=铸钢

（如必要）

S=结构用钢

nnn=最小产品厚度的最小屈服强度N/mm²

冲击功（焦耳）

试验温度

C=具有特别的冷变形能力

D=液浸镀层

E=瓷漆F=锻压

H=空心型材

L=用于低温

M=热机械轧制

N=正火或正火轧制

O=海上用

P=钢板桩

Q=调质

S=钢结构用钢

T=管材W=热强钢

an=用于规定的附加元素如Cu的符号,如需要带一个一位的数字,它乘以10为规定的含量

27J

40J

60J

℃

JR

KR

LR

+20

JO

KO

LO

0

J2

K2

L2

－20

J3

K3

L3

－30

J4

K4

L4

－40

J5

K5

L5

－50

J6

K6

L6

－60

M－热机械轧制

N－正火或正火轧制

Q－调质

G－其它特性，如有必要用1或2个数字

5、碳钢碳锰钢

——应用

广泛应用于民用建筑、地下工程、桥梁工程、水利工程、车辆制造和机器制造。

——标准

欧洲标准EN10025-2

——标记

－标准号（EN10025-2）；

－标记S（结构钢）或者E（机器制造用钢）；

－厚度≤16mm的最低屈服强度的标识，用MPa表示

－如果适用，关于冲击功数值的等级标记；

－如果适用，表示特殊要求的附加标记C

－标明“＋N或者＋AR”

示例：

一种适于冷弯边（C）的结构钢（S）,其在室温条件下的最低屈服强度为355Mpa1），在0℃（J0）条件下的最低冲击功数值为27J，供货状态为正火轧制（或者轧制状态）

钢材EN10025-2-S355J0C＋N（或者＋AR）

——化学成分

——机械性能

——可焊性

*碳当量CEV:

CEV=C＋

Mn

＋

Cr＋Mo＋V

＋

Ni＋Cu

6

5

15

非合金结构钢的焊接：

普通结构钢熔化焊时的焊接性主要受它的淬硬倾向、脆断倾向、时效倾向以及它的偏析性能等因素的影响。

这些影响都是由钢的化学成分所确定，尤其是由钢中的含碳量、含氮量、含硫量和含磷量所确定。

含碳量不大于0.22%的结构钢是可焊接钢种，并且可在不予热的情况下施焊。

——耐侯钢

含有一定数量的合金元素的钢材，如添加P、Cu、Cr、Ni、Mo、…到钢材中在温度条件下通过在母材金属上形成自保护的氧化膜可以增强其抗大气腐蚀性。

耐侯钢标记：

－标准号（EN10025-5）；

－标记S（结构钢）；

－厚度≤16mm的最低屈服强度的标识，用MPa表示；

－相关冲击功数值的质量标识；

－字母W表示钢材抗大气腐蚀；

－如必要，字母P表示高磷含量等级（只适用于级别S355）；

－标明“＋N或者＋AR”

例：

防大气腐蚀（W）的结构钢（S）在355MPa1）的室温下使用最低屈服强度，在0℃（J0）条件下使用27J的最低冲击功，正火轧制（或轧制）供货：

钢材EN10025-5-S355J0W＋N（或者＋AR）

耐侯钢焊接性

如果使用无抗大气腐蚀的填充金属则应该确保焊缝本身是耐候的。

在焊接之前，应该将已形成的表面层清除至接头边缘10mm到20mm的距离。

焊接钢材级别S355J0WP和S355J2WP采用的磷含量很高时，应该采用特殊的预防措施

6、细晶粒结构钢

——提高金属材料强度的机理

1）析出强化

2）固溶强化

3）晶界强化

4）热处理强化

5）冷作硬化

——细晶粒钢的分类

正火细晶粒结构钢，标准EN10025-3（2004）

热机械轧制细晶粒结构钢，标准EN10025-4（2004）

调质细晶粒结构钢，标准EN10025-6（2004）

——细晶粒钢的应用

主要是用于受较高载荷的焊接构件，如桥梁、闸门、容器、水罐、吊车以及用于低温情况下。

——正火和热机械轧制细晶粒钢的标记

－标准号（EN10025-3，-4）；

－标记S（结构钢）；

－厚度≤16mm的最低屈服强度的标识，用MPa表示；

－供货条件（N，M）；

－大写字母L用于表示在温度不低于－50℃下按照所说明的最低冲击功数值的性质。

不带L的表示在不低于－20℃的温度下按照所说明的最低冲击功数值

例如EN10025-3S355NL或者钢材EN10025-4S355ML。

——调质细晶粒结构钢的标记

－标准号（EN10025-6）；

－标记S（结构钢）；

－厚度≤50mm的最低屈服强度的标识，用Mpa表示；

－供货条件Q；

－大写字母L或者L1用于在不低于－40℃或者－60℃的温度下的最低冲击功数值。

不带L的表示在不低于－20℃的温度下按照所说明的最低冲击功数值

例如EN10025-6S460QL

——化学成份

——机械性能

——正火细晶粒结构钢的焊接

正火钢的冷裂倾向

HAZ区脆化

——热机械轧制细晶粒钢焊接特性

少量珠光体钢对于不同的焊接方法，在不同的焊接条件下均可以无困难地进行焊接。

其特殊的优点在于：

这种钢在恶劣的焊接条件下也不要求予热或焊后热处理。

——调质细晶粒结构钢的焊接

冷裂纹

再热裂纹

HAZ区的脆化

HAZ区的软化

——细晶粒结构钢填充材料的选