相无损检测关知识讲稿金属材料及热处理.ppt

相无损检测关知识讲稿金属材料及热处理.ppt

《相无损检测关知识讲稿金属材料及热处理.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《相无损检测关知识讲稿金属材料及热处理.ppt（68页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

承压类特种设备无损检测承压类特种设备无损检测相关知识相关知识李李波波蓝星（北京）化工机械有限公司蓝星（北京）化工机械有限公司2018.82018.8金属材料及热处理金属材料及热处理焊接基础知识焊接基础知识相关特种设备基础知识相关特种设备基础知识常规无损检测方法简介常规无损检测方法简介相关法规标准相关法规标准第一部分第一部分属材料及热处理属材料及热处理通常金属材料的性能包括使用性能和工艺性能。

1.1材料力学基础知识材料力学基础知识1.1.2强度定义：

抵抗永久变形和断裂的能力。

测定方法：

拉伸试验（低碳钢）四阶段：

弹性阶段：

及材料发生弹性变形，最大应力值为弹性极限，用e表示，此时遵循胡克定律。

（正比、可逆）屈服阶段：

也称流动阶段，特征：

不增加外力，应变继续增加。

此时的应力为屈服强度，用s表示，之后为塑性变形。

晶格滑移与轴线成45。

强化阶段：

经过屈服阶段，材料有恢复了抵抗变形的能力。

这就是冷作（加工）硬化现象。

能承受的最大应力值为抗拉强度。

用b表示。

颈缩阶段：

之后材料试样截面急剧减小，最终断裂。

抗拉强度b、屈服强度s是评价材料强度的主要指标。

抗拉强度b测定比较方便准确。

我国现行锅炉、压力容器的安全系数nb=2.7ns=1.5对于有些材料如：

中（高）碳钢，的屈服强度不明显，采用0.2表示屈服强度（以材料的塑性伸长0.2%为屈服点）。

1.1.3塑性定义：

在外力作用下，断裂前发生的不可逆永久性变形的能力。

塑性指标：

伸长率、断面收缩率。

伸长率：

=【（L1-L0）/L0】100%断面收缩率：

=【（A0-A1）/A0】100%塑性的辩证关系塑性的辩证关系材料塑性好，加工成型性能好，不易发生脆性破坏，我国锅炉压力容器材料延伸率要求再10%以上。

材料塑性也不是越大越好，塑性大限制材料的强度，造成材料浪费和设备寿命短。

1.1.4硬度定义：

抵抗局部塑性变形或材料的损伤能力。

一般硬度和强度存在一定的关系。

硬度越高，强度越高，不同的材料有不同的换算方法，可以参考GB1172-1974黑色金属硬度和强度的换算。

硬度试验：

布氏硬度HB洛氏硬度HR维氏硬度HV里氏硬度HL1.1.5冲击韧性定义：

冲击韧性是指材料在外加冲击载荷作用下断裂时消耗能量大小的特性。

用冲击韧度表示kk=Ak/SNAk冲击吸收的功（焦耳J）SN断开截面积（）测定方法：

冲击试验机缺口形式：

U型缺口和V型缺口两种。

冲击韧度kU和kV表示，承压设备用V型试样测定。

1.2.1金属晶体结构物质有分子（或原子）组成，内在分子（或原子）的排列方式不同，表现出的物理现象不同，如碳、石墨、钻石。

一、定义：

我们将内部质点在三维空间呈周期性重复排列的固体称为晶体。

反之为非晶体。

晶体的三大特点：

（1）晶体有整齐规则的几何外形

（2）晶体有固定的熔点（3）晶体有各向异性的特点1.2金属学与热处理基础知识金属学与热处理基础知识二、常见晶体的结构

（1）体心立方晶格：

体心立方晶格的晶胞中，八个原子处于立方体的角上，一个原子处于立方体的中心，角上八个原子与中心原子紧靠。

具有体心立方晶格的金属有：

钾（K）、钼（Mo）、钨（W）、钒（V）铬（Cr）、-铁（-Fe，912）、-铁、-Ti等。

晶胞原子数为：

1/88+1=2原子数半径为：

致密度（又叫空间利用率）0.68

（2）面心立方晶格：

金属原子分布在立方体的八个角上和六个面的中心。

面中心的原子与该面四个角上的原子紧靠。

具有这种晶格的金属有：

铝（Al）、铜（Cu）、镍（Ni）、金（Au）、银（Ag）、-铁（-Fe，9121394）等。

晶胞原子数：

1/88+1/26=4（个）原子半径：

致密度：

0.74（3）密排六方晶格：

晶胞中十二个金属原子分布在六方体的十二个角上，在上下底面的中心各分布一个原子，上下底面之间均匀分布三个原子。

具有这种晶格的金属有：

铍（Be）、镁（Mg）、锌（Zn）、-Ti等。

晶胞内含有原子数目为121/6+21/2+3=6。

晶体致密度为74%，三、晶体的相关概念

（1）单晶体：

是指样品中所含分子（原子或离子）在三维空间中呈规则、周期排列的一种固体状态。

（2）多晶体：

整个物体是由许多杂乱无章的排列着的小晶体组成的，这样的物体叫多晶体。

（3）晶界：

晶粒之间的界面成为。

（4）晶格：

表示原子在晶体中排列规律的空间格架叫做晶格。

（5）晶胞：

能完整反映晶体内部粒子在三维空间分布结构特征的单元。

四、晶格缺陷：

空位、间隙原子、置代原子、错位。

晶格的缺陷导致材料的物理化学性质发生改变。

五、金属结晶相关知识

（1）结晶：

一切物体从液态转变为固态的过程称为“凝固”，如果通过凝固过程形成晶体结构称为结晶。

（2）过冷度：

熔融金属平衡状态下的理论相变温度（理论结晶温度）T0与实际相变温度（实际结晶温度）Tn的差值。

T=T0-Tn（3）晶核：

晶体生长的中心。

通常是固体微粒杂质。

所有晶粒长大到相互接触，结晶结束。

1.2.2铁碳合金一、铁碳合金简介铁是一种化学元素，它的化学符号是Fe，它的原子序数是26，是最常用的金属。

它是过渡金属的一种。

是地壳含量第二高的金属元素。

中国是发现和掌握炼铁技术最早的国家。

1973年在中国河北省出土了一件商代铁刃青铜钺，表明中国劳动人民早在3300多年以前就认识了铁，熟悉了铁的锻造性能，识别了铁与青铜在性质上的差别，把铁铸在铜兵器的刃部，加强铜的坚韧性。

经科学鉴定，证明铁刃是用陨铁锻成的。

随着青铜熔炼技术的成熟，逐渐为铁的冶炼技术的发展创造了条件。

铁碳合金：

钢、铸铁的统称。

铁碳合金的分类：

工业纯铁：

含碳量0.02%，塑性好、强度低，很少用于制造机械零件。

钢：

含碳量0.022%，钢的主要元素除铁、碳外，还有硅、锰、硫、磷等。

钢的主要元素除铁、碳外，还有硅、锰、硫、磷等。

良好的塑性、强度。

“强而刚”广泛应用。

铸铁：

含碳量2%，“弱而脆”，主要用于机身、平台、井盖等等。

二、铁碳合金状态图

（1）铁素体F在912以下为具有体心立方晶格的-Fe。

碳溶于-Fe中的间隙固溶体称为铁素体，以符号F表示。

因此其性能几乎和纯铁相同，其数值如下：

抗拉强度180280MPa屈服强度100170MPa延伸率30-50断面收缩率70-80冲击韧性160200J/平方厘米硬度HB5080由此可见，铁素体的强度、硬度不高，但具有良好的塑性与韧性。

铁素体的显微组织与纯铁相同，呈明亮的多边形晶粒组织，有时由于各晶粒位向不同，受腐蚀程度略有差异，因而稍显明暗不同。

铁素体在770以下具有铁磁性，在770以上则失去铁磁性。

（铁素体的居里点为770）。

（2）奥氏体A为纪念英国冶金学家罗伯茨-奥斯汀（18431902）对金属科学中的贡献而命名。

微观表述：

Fe为面心立方晶体，其最大空隙为0.51108cm，略小于碳原子半径，因而它的溶碳能力比Fe大，在1148时，Fe最大溶碳量为2.11%，随着温度下降，溶碳能力逐渐减小，在727时其溶碳量为0.77%。

性能特点：

奥氏体是一种塑性很好，强度较低的固溶体，具有一定韧性。

不具有铁磁性。

因此，分辨奥氏体不锈钢刀具（常见的188型不锈钢）的方法之一就是用磁铁来看刀具是否具有磁性。

（3）渗碳体Fe3C渗碳体的分子式为Fe3C，它是一种具有复杂晶格结构的间隙化合物。

它的含碳量为6.69；熔点为1227左右；不发生同素异晶转变；但有磁性转变，它在230以下具有弱铁磁性，而在230以上则失去铁磁性；其硬度很高（相当于HB800），而塑性和冲击韧性几乎等于零，脆性极大。

渗碳体不易受硝酸酒精溶液的腐蚀，在显微镜下呈白亮色，但受碱性苦味酸钠的腐蚀，在显微镜下呈黑色。

渗碳体的显微组织形态很多，在钢和铸铁中与其他相共存时呈片状、粒状、网状或板状。

渗碳体是碳钢中主要的强化相，它的形状与分布对钢的性能有很大的影响。

同时Fe3C又是一种介（亚）稳定相，在一定条件下会发生分解。

（4）珠光体P珠光体是奥氏体（奥氏体是碳溶解在Fe中的间隙固溶体）发生共析转变所形成的铁素体与渗碳体的共析体。

得名自其珍珠般（pearl-like）的光泽。

其形态为铁素体薄层和渗碳体薄层交替重叠的层状复相物，也称片状珠光体。

用符号P表示，珠光体的性能介于铁素体和渗碳体之间,强韧性较好.其抗拉强度为750900MPa,伸长率为2025%,冲击功为2432J.力学性能介于铁素体与渗碳体之间,强度较高,硬度适中,塑性和韧性较好b=770MPa,180HBS,=20%35%,AKU=2432J）。

三、铁碳合金状态图的典型位置低碳钢为亚共析钢低碳钢的正常组织为铁素体珠光体。

碳含量越低铁素体越多，塑性、韧性越好；但强度和硬度随着降低。

1.2.3热处理定义：

将固态金属及合金按预定的要求进行加热、保温、冷却，以改变其内部组织，从而获得所要求的使用性能的一种工艺过程。

三个阶段：

加热、保温、冷却两个因素：

温度、时间一条曲线：

温度时间一、热处理工艺曲线一、热处理工艺曲线二、钢在热处理过程的组织变化二、钢在热处理过程的组织变化（11）加热：

常温组织变为奥氏体。

）加热：

常温组织变为奥氏体。

（22）冷却：

奥氏体分解，得到形态和组分不同的珠）冷却：

奥氏体分解，得到形态和组分不同的珠光体、铁素体、马氏体等等。

光体、铁素体、马氏体等等。

1.2.4承压设备用钢常见金相组织和性能。

一、奥氏体A【Fe（C）】塑性好、硬度和屈服点较低。

一般为170220HB。

在1148时，Fe最大溶碳量为2.11%，随着温度下降，溶碳能力逐渐减小，在727时其溶碳量为0.77%。

Fe为面心立方晶体，在金相组织中为规则的多边形。

二、铁素体F【Fe（C）】铁素体的强度、硬度（80100HB）低，塑性好。

在727时溶碳量最大，可达0.022,随着温度的下降溶碳量逐渐减小，在600时溶碳量约为0.0057，在室温时溶碳量几乎等于零。

体心立方晶格，在金相组织中有典型纯金属多面体金相特征。

三、渗碳体Fe3C渗碳体铁碳合金按亚稳定平衡系统凝固和冷却转变时析出的Fe3C型碳化物。

（铁和碳化合物）。

（GB/T5611-1998）分为一次渗碳体（从液体相中析出）、二次渗碳体（从奥氏体中析出）和三次渗碳体（从铁素体中析出）。

有弱磁性，在217以下具有弱铁磁性，而在217以上则失去铁磁性；其硬度很高（大于HB700），而塑性和冲击韧性几乎等于零，脆性极大。

四、珠光体P珠光体是铁素体与渗碳体的混合物。

是含碳为0.77%的共析转变产物。

铁素体薄层和渗碳体薄层交替重叠的层状复相物。

片层间距取决于奥氏体分解的过冷度，过冷度大片层间距小。

按照片层间距大小分为（本质无区别）：

（1）珠光体P：

650700分解，190230HB

（2）索氏体S：

600650分解，240320HB（3）屈氏体T：

550600分解，330400HB珠光体P索氏体S屈氏体T五、马氏体M马氏体是碳溶于-Fe的过饱和的固溶体，是奥氏体通过无扩散型相变转变成的亚稳定相。

由于冷却速度快碳来不及扩散，保留在母相奥氏体内，它是奥氏体快速冷却的产物。

碳在-Fe的过饱和导致晶格发生畸变形成由体心立方晶格变为体心正方晶格。

马氏体的硬度高、脆性大，塑性和韧性差。

在金相组织有一定角度的白色针状结构。

并非马氏体都是硬而脆的。

如含Mn、Cr、Ni、Mo等元素的低合金钢经过调质处理后的回火低碳马氏体有较强的强度和较高的韧性。

六、贝氏体B七、魏氏组织八、带状组织九、相十、相1.2.5承压设备常用热处理工艺热处理工艺退火、正火、回火、淬火及化学热处理。

一、退火定义：

将金属构件加热到高于或低于临界点，保持一定时间，随后缓慢冷却，从而获得接近平衡状态的组织与性能的金属热处理工艺。

目的：

（1）降低硬度，改善切削加工性；

（2）消除残余应力，稳定尺寸，减少变形与裂纹倾向；（3）细化晶粒，调整组织，消除组织缺陷。

退火方法退火方法：

重结晶退火（完全退火）：

缓慢加热到Ac3（亚共析钢）或Ac1（共析钢或过共析钢）以上3050，保持适当时间，在炉内缓慢冷却下来（500以下空冷）。

退火温度在Ac1与Ac3之间（亚共析钢）或Ac1与Acm之间（过共析钢）,使钢发生部分的重结晶者,称为不完全退火。

目的