金属材料基础知识汇总
《金属材料基础知识》
第一部分金属材料及热处理基本知识
一，材料性能：通常所指的金属材料性能包括两个方面：
1，使用性能即为了保证机械零件、设备、结构件等能够正常工作，材料所应具备的性能，主要有力学性能（强度、硬度、刚度、塑性、韧性等），物理性能（密度、熔点、导热性、热膨胀性等）。使用性能决定了材料的应用范围，使用安全可靠性和寿命。
2，工艺性能即材料被制造成为零件、设备、结构件的过程中适应的各种冷、热加工的性能，如铸造、焊接、热处理、压力加工、切削加工等方面的性能。
工艺性能对制造成本、生产效率、产品质量有重要影响。
二，材料力学基本知识
金属材料在加工和使用过程中都要承受不同形式外力的作用，当达到或超过某一限度时，材料就会发生变形以至于断裂。材料在外力作用下所表现的一些性能称为材料的力学性能。
承压类特种设备材料的力学性能指标主要有强度、硬度、塑性、韧性等。这些指标可以通过力学性能试验测定。
1，强度金属的强度是指金属抵抗永久变形和断裂的能力。材料强度指标可以通过拉伸试验测出。抗拉强度σb和屈服强度σs是评价材料强度性能的两个主要指标。一般金属材料构件都是在弹性状态下工作的。是不允许发生塑性变形，所以机械设计中一般采用屈服强度σs作为强度指标，并加安全系数。2，塑性材料在载荷作用下断裂前发生不可逆永久变形的能力。评定材料塑性的指标通常用伸长率和断面收缩率。
伸长率δ=[（L1—L0）/L0]100% L0---试件原来的长度L1---试件拉断后的长度
断面收缩率φ=[（A1—A0）/A0]100%
A0----试件原来的截面积A1---试件拉断后颈缩处的截面积
断面收缩率不受试件标距长度的影响，因此能够更可靠的反映材料的塑性。
对必须承受
强烈变形的材料，塑性优良的材料冷压成型的性能好。
3，硬度金属的硬度是材料抵抗局部塑性变形或表面损伤的能力。硬度与强度有一定的关系，一般情况下，硬度较高的材料其强度也较高，所以可以通过测试硬度来估算材料强度。另外，硬度较高的材料耐磨性也较好。
工程中常用的硬度测试方法有以下四种
（1）布氏硬度HB （2）洛氏硬度HRc（3）维氏硬度HV
（4）里氏硬度HL
4，冲击韧性指材料在外加冲击载荷作用下断裂时消耗的能量大小的特性。
材料的冲击韧性通常是在摆锤式冲击试验机是测定的，摆锤冲断试样所作的功称为冲击吸收功。以Ak表示，Sn为断口处的截面积，则冲击韧性ak=Ak/Sn。
在承压类特种设备材料的冲击试验中应用较多。
三金属学与热处理的基本知识
1，金属的晶体结构--物质是由原子构成的。根据原子在物质内部的排列方式不同，可将物质分为晶体和非晶体两大类。凡内部原子呈现规则排列的物质称为晶体，凡内部原子呈现不规则排列的物质称为非晶体，所有固态金属都是晶体。
晶体内部原子的排列方式称为晶体结构。常见的晶体结构有：
（1）体心立方晶格，如金属α-铁、δ—铁、β--Ti、Cr、V等。
（2）面心立方晶格，如金属α-铁、AI、Cu、Ni等。
（3）密排六方晶格，如金属Mg、Zn、γ--Ti 等。
实际使用的金属是由许多晶粒组成的，叫做多晶体。每一晶粒相当于一个单晶体，晶粒内的原子排列是相同的，但不同晶粒的原子排列的位向是不同的，晶粒之间的界面称为晶界。晶界容易产生缺陷。高温的液态金属冷却转变为固态金属的过程是一个结晶过程态，即原子由不规则状态（液态）过渡到规则状态（固态）的过程。
2，铁碳合金的基本组织
通常把钢和铸铁统称为铁碳合金，因为钢和铸铁的成分虽然复杂，但是基本上是铁和碳两种元素组成的。一般把含碳0.02%--2%的称为钢，含碳量大于2%的称为铸铁。碳含量对钢铁的性质有决定性的影响。碳含量低，其性质是“强而韧”，碳含量高，其性质是“弱而脆”，铁碳合金Fe—FeC的金相结构有以下几种：（1）铁素体，（2）奥氏体，（3）渗碳体
承压类特种设备常用的碳素钢含碳量一般低于0.25%。
1，热处理的一般过程
热处理是将固态金属及合金按预定要求进行加热，保温和冷却，以改变其内部组织，从而获得所要求性能的一种工艺过程。在实际生产中，热处理过程是比较复杂的，但是其基本工艺过程是由加热，保温和冷却三个阶段构成的，温度和时间是影响热处理的主要因素，任何热处理过程都可以用温度-----时间曲线来说明。
2，承压类特种设备常用热处理工艺
根据钢在加热和冷却时的组织和性能变化规律，热处理工艺分为退火、正火、淬火、回火、化学热处理等。
（1）退火----将钢件加热到适当温度，保温一定时间后缓慢冷却，以获得接近平衡状态组织的热处理工艺。根据钢的成分和目的的不同，退火又分为完
全退火、不完全退火、消除应力退火等，承压类特种设备的消除应力退火处理主要指焊后热处理（PWHT），也有在焊接过程中间和冷变形加工后进行消除应力处理的，其目的主要是消除焊接过程中产生的内应力及冷作硬化。
（2）正火----将钢件加热到Ac3或Acm以上30—50℃，保温一定时间后在空气中冷却的热处理工艺。正火的目的和退火基本相同，主要是细化晶粒，均匀组织，降低内应力，正火和退火的不同之处在于前者的冷却速度较快，过冷度较大，钢正火后的强度、硬度、韧性都比退火高。
（3）淬火----将钢件加热到临界温度以上，经过适当保温后快冷，使奥氏体转变为马氏体的过程。材料通过淬火获得马氏体组织，可以提高其强度、硬度，这对于轴承、模具等工件是有用的，但是马氏体硬而脆，韧性差，内
应力很大，容易产生裂纹，所以承压类特种设备材料和焊缝的组织一般不希望出现马氏体。
（4）回火----将经过淬火的钢件加热到Ac1以下的适当温度，保温一定时间后，然后用符合要求的方法冷却（通常是空冷），以获得所需组织和性能的热处理工艺。回火的目的是降低材料的内应力，提高韧性。通过调整回火温度，可获得不同的强度、硬度、韧性，以满足所要求的力学性能。按回火温度的不同可将回火分为低温、中温、高温回火三种。
四，承压类特种设备常用材料
承压类特种设备都是在承压状态下运行，材料要承受较大的工作应力，有些还要同时承受高温和腐蚀介质的作用，工作条件恶劣，如果在使用过程中发生破坏性事故，将会造成严重损失，因此，对承压类特种设备的材料有一定的要求。
承压类特种设备常用材料很多，下面简单介绍
1，钢的分类和命名方法
国家标准GB/T3304—91《钢分类》中规定，钢的分类分为“按化学成份分类”和“按主要质量等级和主要性能及使用特性分类”。
按化学成份分类，钢可分为非合金钢，低合金钢，合金钢三大类。
A，碳钢的分类和命名：
按含碳量分为：（1）低碳钢，C≤0.25%
（2）中碳钢，C=0.25%--0.6%
（3）高碳钢，C＞0.6%
按质量分为：（1）普通碳素钢，S≤0.050%，P≤0.045%
（2）优质碳素钢，S≤0.040%，P≤0.040%
（3）高级优质碳素钢，S≤0.030%，P≤0.035% B，合金钢的分类和命名：
为了改善钢的性能，在钢中特意加入了除铁和碳以外的其它元素。这类钢
称为合金钢。
按合金元素的加入量分为：（1）低合金钢，合金总量不超过5%；
（2）中合金钢，合金总量5%--10%；
（3）高合金钢，合金总量超过10%；
2，承压类特种设备常用碳素钢牌号
锅炉和压力容器常用的碳素钢牌号有Q235AF、Q235A、Q235B、Q235C、20g、20R等，压力管道常用的碳素钢牌号有10#、20#钢等，它们都是低碳钢，一般以热轧或正火状态供货，正常的金相组织为铁素体FC+珠光体P。
碳是碳素钢中的主要合金元素，含碳量增加，钢的强度增加，但塑性、韧性降低，焊接性能变差，淬硬倾向变大，因此制作焊接结构的锅炉和压力容器所使用的碳素钢。含弹量一般不超过0.25%。
3，承压类特种设备常用合金钢牌号
锅炉用低合金钢牌号有16Mng、15MnVg 、18MnMoNbg等
压力容器用低合金钢牌号有16MnR、15MnVR、18MnMoNbR、07MnCrMoVR 等
压力管道用低合金钢牌号有09MnV 、16Mn、12CrMo、12Cr1MoV等，除此之外，锅炉和压力容器因为用途不同，还用到其它特殊材料，如低温容器要用低温用钢，高压锅炉用低合金钢耐热钢等等。
4，奥氏体不锈钢
奥氏体不锈钢的种类有以Cr为主加元素的铁素体不锈钢（0Cr13，1Cr17等）和马氏体不锈钢（1Cr13，2Cr13等），以Cr、Ni为主加元素的奥氏体不锈钢（0Cr18Ni9，00Cr18Ni10等），其中奥氏体不锈钢在压力容器中得道广泛应用。
奥氏体不锈钢的机械性能较好，屈服点低，塑性、韧性好，可做低温用钢和耐热钢，其常用牌号是1Cr18Ni9，它具有良好的化学稳定性。在氧化
性和某些还原性介质中耐腐蚀性很高，但是在敏化状态，存在晶阶腐蚀性，并且在高温氯化物溶液中容易发生应力腐蚀开裂。
第二部分焊接基本知识
焊接在承压类特种设备制造中占有重要的地位，例如，在压力容器制造中，焊接工作量占全部工作量的30%。焊接质量对承压类特种设备产品质量和使用安全可靠性有直接影响，许多承压类特种设备事故都源于焊接缺陷。
因此，对承压类特种设备无损检测人员来说，掌握焊接知识是非常必要的。
一，承压类特种设备常用的焊接方法
1，手工电弧焊
（1）特点：利用焊条与焊件之间的电弧热，将焊条及部分焊件熔化而形成焊缝的焊接方法。手工电弧焊设备简单，便于操作，适用与于室内外各种位置的焊接，可以焊接碳钢、低合金钢、耐热钢、不锈钢等各种材料，在承压类特种设备制造中广泛应用。其缺点是生产效率低，劳动强度大，对焊工的技术水平及操作要求较高。
（2）焊接设备：常用的手工电弧焊设备有交流电焊机，旋转式直流电焊机和硅整流式直流电焊机三种。
（3）手工电弧焊焊条：涂有药皮的供手工电弧焊的熔化电极称为焊条。它由焊芯和药皮两部分组成。焊条中被药皮包覆的金属芯称为焊芯，在电弧作用下熔化后，作为填充金属与熔化的母材混合形成焊缝。涂敷在焊芯表面的有效成分称为药皮，其作用是：稳弧、保护、冶金、改善焊接工艺性能。
（4）焊条的种类：一般按焊条药皮熔化后所形成熔渣的酸碱性不同分为碱性焊条和酸性焊条两种。也有按用途分类的，如碳钢焊条、低合金钢焊条、不锈钢焊条、铜及铜合金焊条等。
（5）手工电弧焊的焊接位置：手工电弧焊可以在不同的位置进行操作。熔焊时，焊接接头所处的空间位置称为焊接位置，GB/T3375—94《焊接术语》中用倾角和转角两个参数来划分不同的焊接位置。
对接焊缝和角焊缝有平焊、立焊、横焊、仰焊是四种基本位置。
管子环焊缝也有四种基本位置：水平转动、垂直固定、水平固定、45·位置。2，埋弧自动焊
（1）特点：焊接过程中，主要的焊接操作如引燃及熄灭电弧、送进焊条、移动焊条或工件等都由机械自动完成叫自动电弧焊。在自动电弧焊中，电弧被埋在焊剂层下面燃烧并实现焊接的叫埋弧自动焊。
（2）优点：
a，采用大的焊接电流，电弧热量集中，熔深大，焊丝可连续送进而不需要频凡更换，因此生产效率高。
b，焊接规范参数稳定，焊缝成分均匀，外观光滑美观，焊接质量好。
C，操作时看不到弧光，又是机械自动，所以劳动条件好。
（3）局限性：
设备比较复杂昂贵：由于电弧不可见，所以对接头加工和装配要求严格：焊接位置受到一定限制，一般总是在平焊位置。
埋弧自动焊常常用于长的直线焊缝和大直径圆筒容器的环焊缝的焊接。
3，氩弧焊
氩弧焊是以惰性气体氩气作为保护气体的一种电弧焊接方法。其优点是：
（1）适宜焊接各种钢材、有色金属及合金，焊接优良。
（2）电弧和熔池用气体保护，清醒可见，便于实现全自动化。
（3）电弧热量集中，熔池小，热影响区小，工件变形小。
（4）电弧稳定，飞贱小，焊缝致密，成型美观。
缺点：氩气成本高。设备和控制系统复杂，产生效率低，只能焊较薄的工件。二，焊接接头
焊接接头形式一般由被焊接两金属件的相互结构位置来决定，通常分为对接接头、角接接头、搭接接头、T接接头。每种接头形式又有不同的坡口形式。
承压类特种设备的焊接一般以焊接接头为主，焊接接头的坡口形式分为不开坡口、V形坡口、X形坡口、单U形坡口、双U形坡口等。
三，焊接常见缺陷
焊接常见缺陷归纳起来有以下几种：裂纹、未熔合、未焊透、气孔、夹渣、内凹、咬边等。
第三部分承压类特种设备基本知识
在《特种设备安全监察条例》中，特种设备分为承压类特种设备和机电类特种设备两大类。承压类特种设备包括锅炉、压力容器、压力管道。机电类特种设备包括电梯、起重机、场（厂）内机动车辆、游乐设施、客运架空索道。
为了保证安全，特种设备在设计、制造、安装、使用、检验、修理和改造等各环节由国家实施安全监察。并制定了一整套法规作为安全监察工作的依据，其中《特种设备安全监察条例》是目前的最高法规。
无损检测技术已经广泛用于承压类特种设备的制造、安装、使用中的检验，因此从事承压类特种设备无损检测的工作人员必须了解一些承压类特种设备基本知识。
一锅炉基本知识
1，锅炉的定义---利用燃料燃烧时产生的热能或其它能源的热能，把介质加热到一定温度和压力的热能转换设备。《特种设备安全监察条例》对锅炉作如下限制性定义：利用各种燃料、电或其它能源，将所盛装的液体加热到一定参数，并承载一定压力的密闭设备，其范围规定为容积大于或等于30L的承压蒸汽锅炉；出口水压大于或等于0.1Mpa（表压），且额定功率大于或等于0.1MW的承压热水锅炉；有机热载体锅炉。
2，锅炉的特点
（1）一旦投入使用，都是连续运行，不能任意停车。
（2）承受高温度，高压。工作条件恶劣。
（3）具有爆炸危险性。
因此，锅炉的安全运行非常重要，国家颁布了许多“条例”和“法规”来监督管理它。
3，锅炉的主要参数
（1）容量（输出功率）
蒸汽锅炉指蒸发量，既每小时产生的蒸汽量，以“D”表示，单位是“吨/时”。热水锅炉指供热量，既每小时输出的热量，以“Q”表示，单位是“千卡/时”（焦耳/时）。
（2）压力
指锅炉出口处（锅筒或过热器）的工作压力。以“P”表示，单位是“Mpa”
锅炉铭牌上标示的压力是设计压力，又称为额定工作压力。对有过热器的锅炉是指过热器出口处的蒸汽压力，对无过热器的锅炉是指锅筒内的蒸汽压力，对热水
锅炉指出水阀入口处的热水压力。
（3）温度
指锅炉出口介质的温度。对蒸汽锅炉为出口处饱和蒸汽或过热蒸汽的温度，对热水锅炉指进、出口热水的温度。
4，锅炉的分类
（1）按用途分：电站锅炉、工业锅炉、生活锅炉、船泊锅炉、机车锅炉等。（2）按载热介质分：蒸汽锅炉、热水锅炉、汽水两用锅炉、有机热载体锅炉等（3）按压力等级分：低压锅炉，P≤2.45MPa
中压锅炉，P=3.82Mpa
次压锅炉，3.82Mpa＜P＜9.81 Mpa
高压锅炉，P≥9.81 Mpa
超高压锅炉，P＞13.73 Mpa
亚临界锅炉P=15.7---17.66 Mpa
超临界锅炉P=23.5---26.5Mpa
（4）按制造管理分：A级锅炉：额定压力≥9.81MPa
B级锅炉：额定压力＜9.81Mpa
C级锅炉：额定压力≤2.45Mpa
D级锅炉：额定压力≤1.27Mpa
E1级锅炉：额定压力≤0.4Mpa的固定式蒸汽锅炉和水温度低于120度的热水锅炉
E2级锅炉：额定压力＜0.1Mpa的蒸汽锅炉和水温度≤95度的热水锅炉
3，锅炉的结构
锅炉的结构有很多，但是主要由以下部分组成
（1）锅筒（2）锅壳（3）联箱（4）下降管（5）省煤器（6）过热器（7）减温器（8）再热器（9）炉胆（10）下脚圈（11）炉门、圈喉管、冲天管等组成
6，无损检测的基本要求
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二压力容器基本知识
1，压力容器的定义---凡承受流体介质压力的密闭壳体都可称为压力容器。
按GB150—1998《钢制压力容器》的规定，设计压力低于0.1Mpa的容器属于常压容器，设计压力高于0.1MPa的容器压力容器。
《容规》将同时具备下列三个条件的容器称为压力容器：
（1）最高工作压力Pw≥0.1MPa（不含液体静压力）
（2）内直径≥0.15m，且容积≥0.025立方米
（3）盛装介质为气体，液化气体或最高温度≥标准沸点的液体。
《特种设备安全监察条例》附则中规定，压力容器的含义是：盛装气体或液体。承受一定压力的密闭设备，其范围规定为最高工作压力Pw≥0.1Mpa，且压力与容积的乘积≥2.5 Mpa×L的气体，液化气体或最高温度≥标准沸点的液体的固定式容器和移动式容器；盛装公称工作压力≥0.2Mpa，且压力与容积的乘积≥1.0Mpa×L的气体，液化气体和标准沸点≤60度的液体的气瓶，医用氧舱等，可以认为这个规定是对压力容器作出的最权威的定义。
2，压力容器的主要工艺参数
压力容器的工艺参数是进行压力容器强度计算和结构设计的主要依据，工艺
参数是由生产的工艺要求确定的。影响压力容器设计的主要工艺参数有压力，温度，直径等。
（1）压力容器的压力参数
压力容器的压力参数有工作压力，最高工作压力和设计压力（2）压力容器的温度参数
压力容器的温度参数有工作温度和设计温度。
（3）直径：一般所说的容器直径系指其内直径，单位多用mm表示
3，压力容器的分类
从安全的角度出发目前广泛采用比较重要的分类方法有以下几种：
（1）按压力容器的安全重要程度分类
《容规》根据容器在使用中的重要作用，设计压力以及介质的危害程度，将压力容器分为第一类压力容器，第二类压力容器，第三类压力容器。
下列情况之一属于第三类压力容器：
A高压容器
B中压容器（仅限毒性程度为极度和高度危害介质）
C中压储存器（仅限易燃或毒性程度为中度危害介质，且PV乘积≥10.0Mpa ×L）
D中压反应器（仅限易燃或毒性程度为中度危害介质，且PV乘积≥0.5Mpa ×L）
E低压容器（仅限毒性程度为极度和高度危害介质，且PV乘积≥0.2Mpa×L）F高压，中压管壳式余热锅炉
G球形容器（容积≥50立方米）
H低温液体储存容器
下列情况之一属于第二类压力容器：
A中压容器
B低压容器（仅限毒性程度为极度和高度危害介质）
C低压储存器和低压反应器（仅限易燃或毒性程度为中度危害介质）
D低压管壳式余热锅炉
F低压搪玻璃压力容器
下列情况之一属于第一类压力容器
介质为无毒，非易燃低压容器和易燃或毒性程度为中度危害介质的低压换热器，分离器等
（2）按用途分类
A反应器B储存器C换热器D分离器
（3）按压力分类
A低压容器（L）0.1MPa≤P＜1.6 MPa
B中压容器（M） 1.6MPa≤P＜10MPa
C高压容器（H）10MPa≤P＜100MPa
D超高压容器（U）100MPa≤P＜1000MPa
4，压力容器的典型结构和特点
压力容器的类型很多，但是基本构造都可以分解为筒体、端盖（封头）、法兰、开孔、接管和支座等。
石油化工生产中大量采用低，中压容器，一般属于薄壁容器，它的外形结构形式大都是球形和圆筒形，在个别情况才使用矩形，椭圆形，扁圆形等。
5，压力容器的焊接接头分类
GB150《钢制压力容器》将压力容器主要受压部分的焊接接头分为A、B、C、D四类
A类焊接接头：圆筒部分的纵向接头，球形封头与圆筒连接的环向接头，各类形封头的所有拼焊接头。
B类焊接接头：圆筒部分的环向接头，锥形封头小端与接管连接的接头，长颈法兰与接管连接的接头，但是已经规定为ACD类的除外。
C类焊接接头：平盖，管板与圆筒连接的接头，法兰与壳体，接管连接的接头。
D类焊接接头：接管，人孔，补强圈等与壳体圆筒连接的接头。
4，压力容器制造的无损检测
无损检测在压力容器制造过程中十分重要。压力容器制造时使用的无损检测方法包括射线检测，超声波检测，磁粉检测和渗透检测及涡流检测。无损检测工艺以及检测结果评级执行JB/T4730—2005《承压设备无损检测》的规定，但是采用什么无损检测方法，检测的部位，比例，合格级别需要《容规》和GB150《钢制压力容器》等来回答，也就是说它们是验收标准。
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三压力管道基本知识
1,压力管道的定义：
压力管道是生产和生活中广泛使用的，可能引起燃烧和爆炸或中等危险性较大的特种设备。国务院于20XX年3月以373号令公布的《特种设备安全监察条例》中关于压力管道定义为：压力管道是指利用一定的压力，用于输送气体或液体的管状设备，其范围规定为最高工作压力大于或等于0.1Mpa（表压）的气体，液化气体，蒸汽介质或可燃，易燃，有毒，有腐蚀性，最高工作温度高于或等于标准沸点的液体介质，且公称直径大于25mm的管道。
2，压力管道的分类
2.1按用途分类：
分为：工业管道，公用管道和长输管道。
工业管道是指企业，事业单位所属的用于输送工艺介质的管道。公用工程管道及其辅助管道。包括延伸出工作边界线，但是归属企业，事业单位所管辖的工艺管道。
公用管道是指城市或乡镇范围内用于公用事业或民用的燃气管道和热力管道。
长输管道是指生产地，储存库，使用单位间用于输送商品介质的管道。
2.2从安全管理和监察角度按操作工况和用途分类：
（1）长输管道（GA类）
符号下列条件之一的长输管道为GA1级
a，输送有毒、可燃、易燃气体介质，设计压力＞1.6Mpa的管道。
b，输送有毒、可燃、易燃液体介质，输送距离≧200Km且公称直径DN≧300mm 的管道。
c，输送液体介质、输送距离≧50Km且公称直径DN≧150mm的管道。
符号下列条件之一的长输管道为GA2级
a，输送有毒、可燃、易燃气体介质，设计压力≦1.6Mpa的管道
b，GA1管道b条范围以外的长输管道。
c，GA1管道c条范围以外的长输管道。
（2）公用管道（GB类）
燃气管道为GB1。热力管道为GB2
（3）工业管道（GC类）
符号下列条件之一的工业管道为GC1级
A，输送毒性程度为极度危害介质的管道。
B，输送可燃流体介质、有毒流体介质，设计压力≧4.0Mpa且设计温度≧400度的管道。
C，输送流体介质且设计压力≧10.0Mp的管道。
符号下列条件之一的工业管道为GC2级
A，输送可燃流体介质、有毒流体介质，设计压力＜4.0Mpa且设计温度≧400度的管道。
B，输送非可燃流体介质、有毒流体介质，设计压力＜10.0Mpa且设计温度≧400度的管道。
C，输送流体介质且设计压力＜10.0Mp且设计温度＜400度的管道。
3，压力管道的用途及特点
压力管道的主要用途是输送介质。此外，对长输管道而言，压力管道还有储存功能，对工业管道而言，压力管道还有热交换功能。
对单条压力管道而言，压力管道的工作原理就是依靠外界的动力或介质本身的驱动力将该条压力管道源头的介质输送到终点。
压力管道的主要特点是：
（1）种类多，数量大，标准多，设计、制造、安装、应用、管理环节多。
（2）长细比大，跨越空间大，边界条件复杂。
（3）布置方式多样。现场安装条件差，工作量大。
（4）材料应用种类多，选用复杂。
（5）失效的摸式多样，失效慨率大。
（6）实施检验的难度大。
4，压力管道的组成及结构
（1）压力管道元件
压力管道由多种元件组成，主要有：
管子---无缝钢管，焊接钢管，有色金属管，铸铁管等。
管件---弯头，三通，四通，大小头等
法兰和紧固件----锻造法兰，焊接法兰，非金属材料法兰等。
阀门----安全阀，调压阀，球阀，截止阀等
膨胀节及波纹管
密封元件及特种元件---防腐管道元件，阻火器等。
压力管道是由压力管道组成件和支承件组成的装配总成，管道组成件是指用于连接或装配管道的元件。它包括管子、管件、法兰、垫片、紧固件、阀门、过滤器和分离器等。
（2）压力管道的附属设施
压力管道的附属设施一般包括支吊架，防腐绝缘层，阴极保护装置，加热站，计量站，标志，斜拉杆，平衡锤等等。
5，压力管道的检验
压力管道的检验按性质分类，可分为原材料检验、管道元件制作质量检验、
安装质量检验、在用检验等。
压力管道检验的一般内容包括外观检验、焊接接头表面质量检验、焊接接头内部缺陷检测、耐压试验等。其中的焊接接头内部缺陷检测属于无损检测项目。6，压力管道检验标准
目前主要的压力管道检验标准有：SH3501-1997《石油化工剧毒、可燃介质管道工程施工及验收规范》，GB50236—98《现场设备、工业管道焊接工程施工及验收规范》，GB50235—97《工业金属管道工程施工及验收规范》和《在用工业管道定期检验规程》等。
5，无损检测的基本内容
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第四部分无损检测基础知识
一无损检测慨论
1，无损检测的定义和分类
在不损坏工件的前提下，以物理或化学方法为手段，借助先进的技术和设备器材，对工件的内部及表面的结构，性质，状态进行检查和测试的方法称为无损检测。
无损检测是现代科学技术发展的基础上产生的。工业X射线检测是在德国物理学家伦琴发现X射线后才产生的，超声波检测是在两次大战中发展的声纳技术和雷达技术的基础上开发出来的，磁粉检测是建立在电磁学理论的基础上，而渗透检测的益于物理化学的进展。
无损检测技术的发展过程出现过三个名称，即：无损探伤，无损检测，无损评价。无损探伤是早期的阶段的名称，其含义是探测和发现缺陷。无损检测是目前的名称，其含义不仅仅是探测缺陷，还包括探测工件的其它信息，例如结构，性质，状态等。无损评价是我们即将进入或正在进入的新的发展阶段，它在无损检测基础上还要求获得更全面，更准确的内容。
目前，无损检测（Non—distructive Testing）有6大常规方法：射线检测（Radiography Testing即RT），超声波检测（Ultrasonic Testing即UT），磁粉检测（Magnetic Testing即MT），渗透检测（Penetrant Testing即PT），涡流检测（Eddy current Testing即ET），声发射检测（Acoustic Emission即AT）
2，无损检测的目的
（1）保证产品质量
（2）保障使用安全
（3）改进制造工艺
（4）降低生产成本
3．无损检测的应用特点
（1）无损检测要与破坏性检测相结合
无损检测的最大特点是能在不伤材料，工件和结构的前提下来进行检测，所以在实施无损检测后，产品的检查率可以达到100%。但是，不是所有的项目和指标都能够进行无损检测，无损检测技术自身还有局限性。某些试验只能采用破坏性检测。因此，在目前无损检测还不能完全代替破坏性检测。应该二者相结合。比如，液化石油气钢瓶除了进行100%无损检测以为，还要进行爆破试验。（2）正确选用实施无损检测的时机
在进行无损检测时，必须根据无损检测的目的，正确选择无损检测实施的时机。例如，有冷裂纹倾向的材料，就应该安排在焊接完成24小时以后进行无损
检测。只有正确的选用实施无损检测的时机，才能顺利的完成检测。正确评价产品质量。
（3）选用最恰当的无损检测方法
每种检测方法本身都有局限性，不可能适宜所有的工件和所有的缺陷。为了提高检测结果的可靠性，必须在检测前，根据被检物体的材料，结构，形状，尺寸可能产生的缺陷种类，在什么部位，什么方向等种种情况进行分析，然后根据无损检测方法各自的特点选择最适合的检测方法。只有这样，无损检测方法的选择和应用才会正确和合理。
（4）综合应用各种无损检测方法
在无损检测应用中，必须认识到任何一种无损检测方法都不是万能的，都有各自的优缺点，因此，在无损检测应用中，如果可能，不要只采用一种无损检测方法，而应尽可能多的同时采用几种方法，以便保证各种方法互补，保证产品的质量。
二承压类特种设备制造过程中无损检测方法的选择
1，原材料检验
（1）钢板UT。
（2）锻件和棒材UT，MT（PT）。
（3）管材UT（RT），MT（PT）。
（4）螺栓UT，MT（PT）。
2，焊接检验
（1）坡口部位UT，PT（MT）。
（2）清根部位PT（MT）。
（3）对接焊缝RT（UT），MT（PT）。
（4）角焊缝和T形焊缝UT（RT），PT（MT）。
3，其他检验
（1）工卡具焊疤MT（PT）。
（2）复合材料复合层检测，爆炸复合层UT。
（3）复合材料复合层检测，堆焊复合层，堆焊前MT（PT）。
（4）复合材料复合层检测，堆焊复合层，堆焊后UT（PT）。
（5）水压试验后MT（PT）。
4检测方法对检测对象的适应性（见下表）
表中：●：表示很适用：⊙：表示适用△表示有附加条件的适用×：表示不
第五部分缺陷的种类及产生原因
无损检测最主要的用途是探测缺陷。了解材料和焊逢中的缺陷种类和产生原因，有助于正确的选择无损检测方法，正确判断和分析检测结果。
一，钢焊缝中常见缺陷及产生原因
1，外观缺陷
外观缺陷指肉眼可以发现的工件表面的缺陷
（1）咬边：沿着焊趾，在母材部分形成的凹馅或沟槽。
因为电弧热量太高，电流太大，运条速度太小，焊条与工件角度不正确，产生的电弧将焊逢边缘的母材熔化没有得到熔轷金属的充分补充所留下的缺口。（2）焊瘤：焊逢中的液态金属流到加热不足未熔化的母材上或从焊缝根部溢出，冷却后形成未与母材熔合的金属瘤。
产生原因是焊接规范过强，焊条熔化过快，焊接电源不稳定以及操作姿态正确形成的，在横，立，仰焊位置更容易形成焊瘤。
（3）凹坑：焊缝表面或背面局部的低于母材的部分。
产生原因是由于收弧时焊条未作短时间停留造成的。横，立，仰焊位置常常在焊缝背面根部产生内凹。
（4）未填瞒：焊缝表面上连续的或断续的沟槽。
填充金属不足是产生未填瞒的根本原因。规范太弱，焊条过细，运条不当等均会容易产生未填瞒。
（5）烧穿：焊接过程中，熔深超过工件厚度，熔化金属从焊缝背面流出，形成穿孔性缺陷。
焊接电流过大，速度太慢，电弧在焊缝处停留过久产生烧穿。另外工件间隙太大，钝边太小也容易产生烧穿。
（6）其他表面缺陷：成形不良，错边，塌陷，表面气孔及弧坑缩孔，各种焊接变形等等。
2，气孔：指焊接时，熔池中的气体在金属凝固前溢出，残留于焊缝中形成的空穴。
产生原因：母材或填充金属表面有锈，油污等，焊条及焊剂未烘干，焊接线能量过小，熔池冷却速度大等。
3，夹渣：指焊后熔渣残留于焊缝中的现象。夹渣又分金属夹渣和非金属夹渣两种。
产生原因：（1）坡口尺寸不合理。（2）坡口有污物。（3）焊接线能量过小。（4）多层焊时，层间清渣不彻底。（5）焊缝散热太快，液态金属凝固过快。（6）
药皮，焊剂化学成分不合理，熔点过高，冶金反应不完全，脱渣性不好等。
4，裂纹：金属原子的结合遭到破坏，形成新的界面而产生的缝隙。
（1）分类：按尺寸大小分：宏观裂纹（肉眼可见），微观裂纹（显微镜下才能
发现），超显微裂纹（高倍显微镜下才能发现）。
按延伸方向分：纵向裂纹，横向裂纹，辐射状裂纹。
按发生部位分：焊缝裂纹，热影响区裂纹，熔合区裂纹，焊趾裂纹，焊道下
裂纹，弧坑裂纹等。
按发生条件和时机：热裂纹，冷裂纹，再热裂纹，层状撕裂等。
（2）裂纹的危害：裂纹是焊接缺陷中危害最大的一种，它是面积型缺陷，（具
有三维尺寸的缺陷称为体积型缺陷，如气孔，夹渣等），具有二维尺寸的缺陷称为面积型缺陷。如裂纹，未熔合等）它的出
现将显著减少承载面积，特别是在端部形成尖锐缺口，应力高度集
中很容易扩展导致破坏。尤其是冷裂纹，由于其延迟性和快速脆断
性，带来的危害是灾难性的。世界上的承压类特种设备事故绝大部
分是由于裂纹引起的脆性破坏。
5，未焊透：母材金属未熔化，焊缝金属没有进入接头根部的现象。
产生原因：（1）焊接电流小，熔深浅。
（2）坡口和间隙尺寸不合理，钝边太大。
（3）磁偏吹影响。
（4）焊条偏芯度太大。
（5）层间及焊根清理不良。
危害：未焊透减少了焊缝的有效截面积，使接头强度下降。未焊透引起的应力集中严重降低焊缝的疲劳强度。未焊透可能成为裂纹源，是造成焊缝破坏的重要原因。
6，未熔合：焊缝金属与母材金属或母材金属之间未熔化结合在一起的缺陷。
分类：坡口未熔合，层间未熔合，根部未熔合三种。
产生原因：（1）焊接电流过小。
（2）焊接速度过快。
（3）焊条角度不对。
（4）产生了弧偏吹现象。
（5）焊接处于下坡位置，母材未熔化时已经被铁水覆盖。
（6）母材表面有污物或氧化物影响熔敷金属与母材间的熔化结合等。
危害：未熔合是一种面积型缺陷，坡口未熔合和根部未熔合会使
承载面积明显减少，使应力集中变得比较严重，其危害仅次于裂纹。
二，铸件中常见缺陷
铸件是承压类特种设备中较少的工件，所以对常见缺陷在这里只是简单介绍：其常见缺陷有；气孔，夹渣，夹砂，密集气孔，冷隔，缩孔，疏松和裂纹。
三，锻件中常见缺陷
锻件是承压类特种设备中较重要的工件，但是也是较少见的材料，其常见缺陷有：缩孔，疏松，非金属夹杂物，夹砂，折叠，龟裂，锻造裂纹，白点等。
四，扎材中常见缺陷
扎材的种类包括管，棒，板，丝，钢轨和其它型材。
钢管其常见缺陷有：纵向裂纹，横向裂纹，表面划伤和直道，翘皮和折叠，分层。
钢棒和型材其常见缺陷有：内部缺陷（未压合，芯部裂纹，偏析，白点，非金属夹杂物）。
表面缺陷（发纹，小裂纹，翘皮，折叠等）
钢板其常见缺陷有：分层，裂纹，线状缺陷，非金属夹杂物，夹渣，翘皮和折叠等。五，使用中常见缺陷
1，疲劳裂纹2，应力腐蚀裂纹3，氢损伤4，晶间腐蚀，5，各种局部腐蚀。
它们的解释见（134页）
第六部分承压类特种设备有关规范无损检测要求
一，《压力容器安全技术监察规程》有关无损检测的规定
第193页—195页的81条---93条
二，GB150--1998《钢制压力容器》有关无损检测的规定
第199页—202页的10部分
三，GB151--1998《钢壳式换热器》有关无损检测的规定
第204页—205页的4部分
四，GB12337--1998《钢制球形储罐》有关无损检测的规定
第212页—216页的内容
五，SH3501—1997《石油化工剧毒，可燃介质管道工程施工及验收规范》有关无损检测的规定
第239页—243页的内容
六，GB50236-1998《现场设备，工业管道焊接工程施工及验收规范》有关无损检测的规定
第244页—249页的内容
金属材料性能知识大汇总(超全)
金属材料性能知识大汇总 1、关于拉伸力-伸长曲线和应力-应变曲线的问题 低碳钢的应力－应变曲线 a、拉伸过程的变形：弹性变形，屈服变形，加工硬化（均匀塑性变形），不均匀集中塑性变形。 b、相关公式：工程应力σ=F/A0；工程应变ε=ΔL/L0；比例极限σP；弹性极限σ ε；屈服点σS；抗拉强度σb；断裂强度σk。 真应变e=ln(L/L0)=ln(1+ε) ；真应力s=σ(1+ε)= σ*eε指数e为真应变。 c、相关理论：真应变总是小于工程应变，且变形量越大，二者差距越大；真应力大于工程应力。弹性变形阶段，真应力—真应变曲线和应力—应变曲线基本吻合；塑性变形阶段两者出线显著差异。
2、关于弹性变形的问题 a、相关概念 弹性：表征材料弹性变形的能力 刚度：表征材料弹性变形的抗力 弹性模量：反映弹性变形应力和应变关系的常数，E=σ/ε；工程上也称刚度，表征材料对弹性变形的抗力。 弹性比功：称弹性比能或应变比能，是材料在弹性变形过程中吸收变形功的能力，评价材料弹性的好坏。 包申格效应：金属材料经预先加载产生少量塑性变形，再同向加载，规定残余伸长应力增加；反向加载，规定残余伸长应力降低的现象。 滞弹性：（弹性后效）是指材料在快速加载或卸载后，随时间的延长而产生的附加弹性应变的性能。 弹性滞后环：非理想弹性的情况下，由于应力和应变不同步，使加载线与卸载线不重合而形成一封闭回线。 金属材料在交变载荷作用下吸收不可逆变形功的能力，称为金属的循环韧性，也叫内耗 b、相关理论： 弹性变形都是可逆的。 理想弹性变形具有单值性、可逆性，瞬时性。但由于实际金属为多晶体并存在各种缺陷，弹性变形时，并不是完整的。 弹性变形本质是构成材料的原子或离子或分子自平衡位置产生可逆变形的反映
金属材料学基础试题及答案
金属材料的基本知识综合测试 一、判断题（正确的填√，错误的填×） 1、导热性好的金属散热也好，可用来制造散热器等零件。（） 2、一般，金属材料导热性比非金属材料差。（） 3、精密测量工具要选用膨胀系数较大的金属材料来制造。（） 4、易熔金属广泛用于火箭、导弹、飞机等。（） 5、铁磁性材料可用于变压器、测量仪表等。（） 6、δ、ψ值越大，表示材料的塑性越好。（） 7、维氏硬度测试手续较繁，不宜用于成批生产的常规检验。（） 8、布氏硬度不能测试很硬的工件。（） 9、布氏硬度与洛氏硬度实验条件不同，两种硬度没有换算关系。（） 10、布氏硬度试验常用于成品件和较薄工件的硬度。 11、在F、D一定时，布氏硬度值仅与压痕直径的大小有关，直径愈小，硬度值愈大。（） 12、材料硬度越高，耐磨性越好，抵抗局部变形的能力也越强。（） 13、疲劳强度是考虑交变载荷作用下材料表现出来的性能。（） 14、20钢比T12钢的含碳量高。（） 15、金属材料的工艺性能有铸造性、锻压性，焊接性、热处理性能、切削加工性能、硬度、强度等。（） 16、金属材料愈硬愈好切削加工。（） 17、含碳量大于%的钢为高碳钢，合金元素总含量大于10%的钢为高合金钢。（） 18、T10钢的平均含碳量比60Si2Mn的高。（） 19、一般来说低碳钢的锻压性最好，中碳钢次之，高碳钢最差。（） 20、布氏硬度的代号为HV，而洛氏硬度的代号为HR。（） 21、疲劳强度是考虑交变载荷作用下材料表现出来的性能。（） 22、某工人加工时，测量金属工件合格，交检验员后发现尺寸变动，其原因可能是金属材料有弹性变形。（） 二、选择题 1、下列性能不属于金属材料物理性能的是（）。 A、熔点 B、热膨胀性 C、耐腐蚀性 D、磁性 2、下列材料导电性最好的是（）。 A、铜 B、铝 C、铁烙合金 D、银 3、下列材料导热性最好的是（）。 A、银 B、塑料 C、铜 D、铝 4、铸造性能最好的是（）。
金属材料基础知识汇总
《金属材料基础知识》 第一部分金属材料及热处理基本知识 一，材料性能：通常所指的金属材料性能包括两个方面： 1，使用性能即为了保证机械零件、设备、结构件等能够正常工作，材料所应具备的性能，主要有力学性能（强度、硬度、刚度、塑性、韧性等），物理性能（密度、熔点、导热性、热膨胀性等）。使用性能决定了材料的应用范围，使用安全可靠性和寿命。 2，工艺性能即材料被制造成为零件、设备、结构件的过程中适应的各种冷、热加工的性能，如铸造、焊接、热处理、压力加工、切削加工等方面的性能。 工艺性能对制造成本、生产效率、产品质量有重要影响。 二，材料力学基本知识 金属材料在加工和使用过程中都要承受不同形式外力的作用，当达到或超过某一限度时，材料就会发生变形以至于断裂。材料在外力作用下所表现的一些性能称为材料的力学性能。 承压类特种设备材料的力学性能指标主要有强度、硬度、塑性、韧性等。这些指标可以通过力学性能试验测定。 1，强度金属的强度是指金属抵抗永久变形和断裂的能力。材料强度指标可以通过拉伸试验测出。抗拉强度σb和屈服强度σs是评价材料强度性能的两个主要指标。一般金属材料构件都是在弹性状态下工作的。是不允许发生塑性变形，所以机械设计中一般采用屈服强度σs作为强度指标，并加安全系数。2，塑性材料在载荷作用下断裂前发生不可逆永久变形的能力。评定材料塑性的指标通常用伸长率和断面收缩率。 伸长率δ=[（L1—L0）/L0]100% L0---试件原来的长度L1---试件拉断后的长度 断面收缩率φ=[（A1—A0）/A0]100% A0----试件原来的截面积A1---试件拉断后颈缩处的截面积 断面收缩率不受试件标距长度的影响，因此能够更可靠的反映材料的塑性。 对必须承受 强烈变形的材料，塑性优良的材料冷压成型的性能好。 3，硬度金属的硬度是材料抵抗局部塑性变形或表面损伤的能力。硬度与强度有一定的关系，一般情况下，硬度较高的材料其强度也较高，所以可以通过测试硬度来估算材料强度。另外，硬度较高的材料耐磨性也较好。 工程中常用的硬度测试方法有以下四种 （1）布氏硬度HB （2）洛氏硬度HRc（3）维氏硬度HV （4）里氏硬度HL 4，冲击韧性指材料在外加冲击载荷作用下断裂时消耗的能量大小的特性。 材料的冲击韧性通常是在摆锤式冲击试验机是测定的，摆锤冲断试样所作的功称为冲击吸收功。以Ak表示，Sn为断口处的截面积，则冲击韧性ak=Ak/Sn。 在承压类特种设备材料的冲击试验中应用较多。 三金属学与热处理的基本知识 1，金属的晶体结构--物质是由原子构成的。根据原子在物质内部的排列方式不同，可将物质分为晶体和非晶体两大类。凡内部原子呈现规则排列的物质称为晶体，凡内部原子呈现不规则排列的物质称为非晶体，所有固态金属都是晶体。 晶体内部原子的排列方式称为晶体结构。常见的晶体结构有：
金属材料基础知识
金属材料及处理工艺基础知识 一、金属材料分类: 金属材料的分类有多种方式，有按照密度分的，价格分的…常用的是分类是把金属材料分成黑色金属和有色金属两大类。 1.黑色金属：通常指铁，锰、铬及它们的合金。常用的黑色材料为钢铁。其又分为三类：纯铁，钢，铸铁。 纯铁：其主要由Fe组成的，含C量在0.0218％以下，工业中很少用； 钢：含C量在0.0218%-2.3%之间的铁碳合金（不加其他元素的称碳素钢，加入其他合金元素的称合金钢）。其又可以按照成分分类（碳素钢，合金钢），用途分类（轴承钢，不锈钢，工具钢，模具钢，弹簧钢，渗碳用钢，耐磨钢，耐热钢…），品质分类（普通钢，优质钢，高级优质钢），成形方式分类（锻钢，铸钢，热轧钢，冷拉钢），形式分类（板材，棒材，管材，异形钢等）等等。 铸铁：含C量在2.3％-6.69％之间的铁碳合金成为铸铁。按石墨的形态其又可以分为灰铸铁，球墨铸铁，蠕墨铸铁等，石墨的不同形态和基体的配合而具有不同的性能。 2.有色金属：又称非铁金属，指除黑色金属外的金属和合金，如铜、锡、铅、锌、铝、镍锰以及黄铜、青铜、铝合金和轴承合金等。 二、金属材料的使用性能及指标 金属材料常用的性能指标有力学性能和物理性能。 1.力学性能：金属材料在外力作用下表现出来的各种特性，如弹性、塑性、韧性、强度、硬度等。 强度:金属材料在外力作用下抵抗变形和断裂的能力。屈服强度、抗拉强度是极为重要的强度指标，是金属材料选用的重要依据。强度的大小用应力来表示，即用单位面积所能承受的载荷(外力)来表示，常用单位为MPa。 屈服强度：金属试样在拉力试验过程中，载荷不再增加，而试样仍继续发生变形的现象，称为“屈服”。产生屈服现象时的应力，即开始产生塑性变形时的应力，称为屈服点，用符号σs表示，单位为MPa。一般的，材料达到屈服强度，就开始伴随着永久的塑性变形，因此其是非常重要的指标。 抗拉强度：金属试样在拉力试验时，拉断前所能承受的最大应力，用符号σb表示，单位为MPa。 塑性：金属材料在外力作用下产生永久变形(去掉外力后不能恢复原状的变形)，但不会被破坏的能力。 弹性：金属材料在外力作用下抵抗塑性变形的能力(去掉外力后能恢复原状的变形)。 伸长率：金属在拉力试验时，试样拉断后，其标距部分所增加的长度与原始
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金属材料是指金属元素或以金属元素为主构成的具有金属特性的材料的统称。包括纯金属、合金、金属材料金属间化合物和特种金属材料等。（注：金 属氧化物（如氧化铝）不属于金属材料） 1.意义 人类文明的发展和社会的进步同金属材料关系十分密切。继石器时代之后 出现的铜器时代、铁器时代，均以金属材料的应用为其时代的显著标志。现代，种类繁多的金属材料已成为人类社会发展的重要物质基础。 2.种类 金属材料通常分为黑色金属、有色金属和特种金属材料。 （1）黑色金属又称钢铁材料，包括含铁90%以上的工业纯铁，含碳2%～4%的铸铁，含碳小于 2%的碳钢，以及各种用途的结构钢、不锈钢、耐热钢、高温合金、不锈钢、精密合金等。广义的黑色金属还包括铬、锰及其合金。 （2）有色金属是指除铁、铬、锰以外的所有金属及其合金，通常分为轻金属、重金属、贵金属、半金属、稀有金属和稀土金属等。有色合金的强度和硬 度一般比纯金属高，并且电阻大、电阻温度系数小。 （3）特种金属材料包括不同用途的结构金属材料和功能金属材料。其中有通过快速冷凝工艺获得的非晶态金属材料，以及准晶、微晶、纳米晶金属材料等；还有隐身、抗氢、超导、形状记忆、耐磨、减振阻尼等特殊功能合金以及 金属基复合材料等。 3.性能 一般分为工艺性能和使用性能两类。所谓工艺性能是指机械零件在加工制 造过程中，金属材料在所定的冷、热加工条件下表现出来的性能。金属材料工 艺性能的好坏，决定了它在制造过程中加工成形的适应能力。由于加工条件不同，要求的工艺性能也就不同，如铸造性能、可焊性、可锻性、热处理性能、 切削加工性等。 所谓使用性能是指机械零件在使用条件下，金属材料表现出来的性能，它 包括力学性能、物理性能、化学性能等。金属材料使用性能的好坏，决定了它 的使用范围与使用寿命。在机械制造业中，一般机械零件都是在常温、常压和 非常强烈腐蚀性介质中使用的，且在使用过程中各机械零件都将承受不同载荷 的作用。金属材料在载荷作用下抵抗破坏的性能，称为力学性能（过去也称为 机械性能）。金属材料的力学性能是零件的设计和选材时的主要依据。外加载 荷性质不同（例如拉伸、压缩、扭转、冲击、循环载荷等），对金属材料要求 的力学性能也将不同。常用的力学性能包括：强度、塑性、硬度、冲击韧性、 多次冲击抗力和疲劳极限等。 金属材料特质
金属材料名称通用基础学习知识术语
金属材料名称常用基础术语 1．基础术语： 黑色金属：铁和铁的合金均称为黑色金属。如钢、生铁、铁合金、铸铁等。 纯铁：纯度很高的铁，化学纯铁含碳量几乎为零，工业纯铁含碳量<0.05%。纯铁是很软的，一般不应用到实际中。 铁碳合金：以铁为基础，以碳为主要添加元素的合金，统称为铁碳合金。如钢和生铁。 生铁：把铁矿石放到高炉中冶炼而成的，含碳量2％～4.3％（也有资料称3.5%—5.5%、2.11%-6.67%）的铁碳合金称为生铁。生铁质硬而脆，缺乏韧性，几乎没有塑性变形能力，因此不能通过锻造、轧制、拉拔等方法加工成形，主要用来炼钢和制造铸件，如白口铁、灰口铁和球墨铸铁。也有习惯上把炼钢生铁叫做生铁，把铸造生铁简称为铸铁。 白口铁：碳以Fe3C形态分布的生铁称为白口铁，其断口呈银白色，质硬而脆，不能进行机械加工，是炼钢的原料，故又称炼钢生铁。 灰口铁：碳以片状石墨形态分布的生铁称为灰口铁，其断口呈银灰色，由于石墨质软并有润滑作用，因而这种生铁具有良好的易切削、耐磨和铸造性能等优点。但是，由于有片状石墨的存在，降低了它的抗拉强度，使它不能锻轧，只能用于制造各种铸件，如铸造机床床座、铁管等。因此，通常把这种生铁叫做铸造生铁。 球墨铸铁：碳以球状石墨分布则称球墨铸铁，其机械性能、加工性能接近于钢。 钢：含碳量在0.04%-2.3%之间（也有资料称0.03%-1.2%）的铁碳合金称为钢。为了保证其韧性和塑性，含碳量一般不超过1.7%。钢的主要元素除铁、碳外，还有硅、锰、硫、磷等。 有色金属：又称非铁金属，指除黑色金属外的金属和合金，如铜、锡、铅、锌、铝等。第2章：钢的分类基础知识 1．按品质进行分类 ①普通钢：P≤0.045% S≤0.050%（如普通碳素结构钢Q195、Q235等） ②优质钢：P≤0.035% S≤0.035%（如优质碳素结构钢20号、45号钢等） ③高级优质钢：P≤0.035% S≤0.030%（比优质钢更优质，一般在钢号后加A以示区别，如08A等） 2．按化学成份进行分类 1）碳素钢： ①低碳钢：C≤0.25% ②中碳钢：C≤0.25~0.60% ③高碳钢：C≥0.60% 2）合金钢： ①低合金钢（合金元素总含量≤5%）； ②中合金钢（合金元素总含量＞5~10%）； ③高合金钢（合金元素总含量＞10%）。 3．按成形方法分类： ①锻钢 ②铸钢 ③热轧钢 ④冷拉钢。 4．按金相组织分类 1）退火状态的： ①亚共析钢（铁素体+珠光体）； ②共析钢（珠光体）；
金属材料基本知识
金属材料基本知识 1、什么是变形？变形有几种形式？ 构件在外力作用下，发生尺寸和形状改变的现象。变形的基本形式：有弹性变形、永久变形（塑性变形）和断裂变形三种。构件在外力作用下发生变形，外力去除后能恢复原来形状和尺寸，材料的这一特性称为弹性。这种在外力去除后能消失的变形称为弹性变形。若外力去除后，只能部分的恢复原状，还残留一部分不能消失的变形，材料的这一特性称为塑性。外力去除后不能消失而永远残留的变形，称为塑性变形或残余变形，也称永久变形。工程上，一般要求构件在正常工作时，只能发生少量弹性变形，而不能出现永久变形。但对材料进行某种加工（如弯曲、压延、锻打）时，则希望它产生永久变形。 3、什么是强度？什么是刚度？什么是韧性？ 材料或构件承受外力时，抵抗塑性变形或破坏的能力称强度。钢材在较大外力作用下可能不被破坏，木材在较小外力作用下而可能会断裂，我们说钢材的强度比木材高。材料或构件承受外力时抵抗变形的能力称为刚度。刚度不仅与材料种类有关，还与构件的结构形式、尺寸等有关。比如管式空气预热器管箱与钢管省煤器组件相比，前者抗变形能力要比后者好，我们称前者的刚度强（好），后者的刚度弱（差）。刚度好的构件，在外力作用下的稳定性也好。材料抵抗冲击载荷的能力称为韧性或冲击韧性，即材料承受冲击载荷时迅速产生塑性变形的性能。锅炉承压部件所使用的材料应具有较好的韧性。 4、什么是塑性材料？什么是脆性材料？ 在外力作用下，虽然产生较显著变形而不被破坏的材料，称为塑性材料。在外力作用下，发生微小变形即被破坏的材料，称为脆性材料。材料的塑性和韧性的重要性并不亚于强度。塑性和韧性差的材料，工艺性能往往很差，难以满足各种加工及安装的要求，运行中还可能发生突然的脆性破坏。这种破坏往往滑事故前兆，其危险性也就更大。脆性材料抵抗冲击载荷的能力更差。 5、什么是应力、应变和弹性模量？ 材料或构件在单位截面上所承受的垂直作用力称为应力。外力为拉力时，所产生的应力为拉应力；外力为压缩力时，产生的应力为压应力。在外力作用下，单位长度材料的伸长量或缩短量，称为应变量。在一定的应力范围（弹性形变）内，材料的应力与应变量成正比，它们的比例常数称为弹性模量或弹性系数。对于一定的材料，弹性模量是常数，弹性模量越大，在一定应力下，产生的弹性变形量越小。弹性模量随温度升高而降低。转动机械的轴与叶轮，要求在转动过程中产生较小的变形，就需要选用弹性模量较大的材料。 6、什么叫应力集中？ 应力集中：由于构件截面尺寸突然变化而引起应力局部增大的现象，称为应力集中。在等截面构件中，应力是均匀分布的。若构件上有孔、沟槽、凸肩、阶梯等，使截面尺寸发生突然变化时，在截面发生变化的部位，应力不再是均匀分布，在附近小范围内，应力将局部增大。应力集中的程度，可用应力集中系数来表示。应力集中系数的大小，只与构件形状和尺寸有关，与材料无关。工程上常用典型构件的应力集中系数，已通过试验确定。应力集中处的局部应力值，有时可能很大，会影响部件使用奉命，是部件损坏的重要原因之一。为防止和减小这种不利影响，应尽可能避免截面尺寸发生突然变化，构件的外形轮廓应平缓光滑，必要的孔、槽最好配置在低应力区。另外，金属材料内部或焊缝有气孔、夹渣、裂纹以及“焊不透”、“咬边”等缺陷，也会引起应力集中。 7、什么是强度极限（抗拉强度）与屈服极限？ 强度极限与屈服极限是通过试验确定的。在拉伸试验过程中，应力达到某一数值后，虽然不再增加甚至略有下降，试件的应变还在继续增加，并产生明显的塑性变形，好像材料暂
2020年最新金属材料知识大全
XX年最新金属材料知识大全 金属材料是指金属元素或以金属元素为主构成的具有金属特性的材料的统称。下面是为大家分享的xx年最新金属材料知识大全，欢迎大家阅读浏览。 【1】概述 金属材料是指金属元素或以金属元素为主构成的具有金属特性的材料的统称。包括纯金属、合金、金属材料金属间化合物和特种金属材料等。(注：金属氧化物(如氧化铝)不属于金属材料) 1.1意义: 人类文明的发展和社会的进步同金属材料关系十分密切。继石器时代之后出现的铜器时代、铁器时代，均以金属材料的应用为其时代的显著标志。现代，种类繁多的金属材料已成为人类社会发展的重要物质基础。 1.2种类: 金属材料通常分为黑色金属、有色金属和特种金属材料。 (1)黑色金属又称钢铁材料，包括含铁90%以上的工业纯铁，含碳2%～4%的铸铁，含碳小于2%的碳钢，以及各种用途的结构钢、不锈钢、耐热钢、高温合金、不锈钢、精密合金等。广义的黑色金属还包括铬、锰及其合金。 (2)有色金属是指除铁、铬、锰以外的所有金属及其合金，通常分为轻金属、重金属、贵金属、半金属、稀有金属和稀土金属等。有色合金的强度和硬度一般比纯金属高，并且电阻大、电阻温度系数小。
(3)特种金属材料包括不同用途的结构金属材料和功能金属材料。其中有通过快速冷凝工艺获得的非晶态金属材料，以及准晶、微晶、纳米晶金属材料等;还有隐身、抗氢、超导、形状记忆、耐磨、减振阻尼等特殊功能合金以及金属基复合材料等。 1.3性能: 一般分为工艺性能和使用性能两类。所谓工艺性能是指机械零件在加工制造过程中，金属材料在所定的冷、热加工条件下表现出来的性能。金属材料工艺性能的好坏，决定了它在制造过程中加工成形的适应能力。由于加工条件不同，要求的工艺性能也就不同，如铸造性能、可焊性、可锻性、热处理性能、切削加工性等。 所谓使用性能是指机械零件在使用条件下，金属材料表现出来的性能，它包括力学性能、物理性能、化学性能等。金属材料使用性能的好坏，决定了它的使用范围与使用寿命。在机械制造业中，一般机械零件都是在常温、常压和非常强烈腐蚀性介质中使用的，且在使用过程中各机械零件都将承受不同载荷的作用。金属材料在载荷作用下抵抗破坏的性能，称为力学性能(过去也称为机械性能)。金属材料的力学性能是零件的设计和选材时的主要依据。外加载荷性质不同(例如拉伸、压缩、扭转、冲击、循环载荷等)，对金属材料要求的力学性能也将不同。常用的力学性能包括：强度、塑性、硬度、冲击韧性、多次冲击抗力和疲劳极限等。 【2】金属材料特质 2.1疲劳
第四章 金属材料和热处理基本知识(答案)
第四章金属材料的基础知识和热处理的基本知识 第一部分：学习内容 1、钢的分类：|（1）-碳钢:含碳量低于2%的铁碳合金;-合金钢:在钢中特意加入一种或几种其它合金元素组成的钢;-生铁:含碳量高于2%的铁碳合金.,可通过铸造方法制造零件,所以又称铸铁. （2）按化学成分分类： 碳钢-低碳钢:含碳量小于0.25%;-中碳钢:含碳量为0.25~0.55%;-高碳钢:含碳量大于0.55%. 合金钢-低合金钢:合金元素总含量小于3.5%;-中合金钢:合金元素总含量3.5~10%;-高合金钢:合金元素总含量大于10%; 2、洛氏硬度与布氏硬度值近似关系： HRC≈1/10HB 3、热处理及其常用工艺方法 热处理的定义-利用钢在固态下的组织转变,通过加热和冷却获得不同组织结构,从而得到所需性能的工艺方法统称热处理. 常用热处理工艺方法：退火-将钢加热到一定温度,保温一段时间,然后随炉一起缓慢冷却下来,以期得到接近平衡状态组织的一种热处理方法. 4、完全退火:AC3以上30~50℃,用于消除钢的某些组织缺陷和应力,改善切削加工性能; 等温退火:加热到AC3,以上30~50℃,较快的冷却到略低于Ar1的温度,并在此温度下等温到奥氏体全部分解为止,然后出炉空冷.适用于亚共析钢、共析钢，尤其广泛用于合金钢的退火。优点是周期短，组织和硬度均匀。 5、正火-正火和退火加热方法相似，只是冷却速度比退火稍快（空冷），得到的是细片状珠光体（索氏体），强度、硬度比退火的高，与退火相比，工艺周期短，设备利用率高。主要用于低碳钢获得满意的机械性能和切削性能、过共析工具钢消除网状渗碳体、中碳钢代替退火或作为淬火前的预先热处理。 6、淬火-将钢加热到AC1以上30~50℃(共析钢、过共析钢）或AC3以上30~50℃（亚共析钢），保温一段时间，然后快冷得到高硬度的马氏体组织的工艺方法。用以提高工件的耐磨性。 7、回火-将淬火后的工件加热到A1以下某一温度，保温一段时间，然后以一定的方式冷却（炉冷、空冷、油冷、水冷等） -目的：1）降低淬火工件的脆性，消除内应力（热应力和组织应力），使淬火组织趋于稳定，同时也使工件尺寸趋于稳定；2）获得所需的硬度和综合机械性能。 8、焊后消除应力热处理(PWHT、ISR):目的是消除应力、降低硬度、改善组织、稳定尺寸,避免制造和使用过程产生裂纹; 9、试述T8A的含义：含碳量为8‰的高级优质碳素工具钢。 10、怎样区别无螺纹的黑铁管与直径相似的无缝钢管？ 答：无缝钢管是用优质碳钢、普通低合金钢、高强耐热钢、不锈钢等制成。不镀锌的瓦斯管习惯上称为黑铁管，从管子内壁有无焊缝和管子直径来判断。 11、何谓钢的热处理？ 答：所谓钢的热处理就是在规定范围内将钢加热到预定的温度，并在这个温度保持一定的时间，然后以预定的速度和方法冷下来的一种生产工艺。 12、试述T7的含义。 答：T7的含义为：含碳量为7‰的碳素工具钢。 13，退火：将钢加热到一定的温度，保温一段时间，随后由炉中缓慢冷却的一种热处理工序。其作用是：消除内应力，提高强度和韧性，降低硬度，改善切削加工性。应用：高碳钢
人教版化学金属和金属材料知识点总结
金属和金属材料 金属材料 一、金属材料的发展与利用 1、从化学成分上划分，材料可以分为金属材料、非金属材料、有机材料及复合材料等四大类。 2、金属材料包括纯金属和合金。 金属材料:纯金属(90多种）;合金(几千种) 黑色金属:通常指铁、锰、铬及它们的合金。 纯金属重金属:如铜、锌、铅等 有色金属 轻金属：如钠、镁、铝等; 有色金属：通常是指除黑色金属以外的其他金属。 (1）金属材料的发展 石器时代→青铜器时代→铁器时代→铝的应用→高分子时代 (２)金属材料的应用 ①最早应用的金属是铜，应用最广泛的金属是铁，公元一世纪最主要的金属是铁 ②现在世界上产量最大的金属依次为铁、铝和铜?③钛被称为21世纪重要的金属 二、金属的物理性质 １、金属共同的物理性质：常温下金属都是固体(汞除外)，有金属光泽，大多数金属是电和热的良导体,有延展性（又称可塑性→金属所具有的展性和延性:在外力的作用下能够变形，而且在外力停止作用以后仍能保持已经变成的形状和性质。各种金属的可塑性有差别;金属的可塑性一般是随着温度的升高而增大。)，密度较大,熔沸点较高等。 2、金属的特性:?①纯铁、铝等大多数金属都呈银白色,而铜呈紫红色，金呈黄色;?②常温下,大多数金属都是固体，汞却是液体； ③各种金属的导电性、导热性、密度、熔点、硬度等差异较大。 3、金属之最 地壳中含量最多的金属元素—铝（Al）人体中含量最多的金属元素—钙（Ca） 导电、导热性最好的金属——银（Ag) 目前世界年产量最高的金属—铁(Ｆe） 延展性最好的金属———金(Au）熔点最高的金属————钨(W) 熔点最低的金属————汞（Ｈg）硬度最大的金属————铬（Cr） 密度最小的金属————锂(Lｉ)密度最大的金属————锇(Os) 最贵的金属————锎ｋāi（Cf) 4、金属的用途：金属在生活、生产中有着非常广泛的应用，不同的用途需要选择不同的金属。 【练习】
常用金属材料的密度表 钢 材 基 本 常 识
常用金属材料的密度表
钢材基本常识 (一) 敬告：本刊自即日起将连续刊登钢材的基本常识，敬请关注！ 一、钢材的一般常识与管理 （一）普通结构钢普通结构钢简称普通钢。普通钢对硫、磷含量限制较宽，硫的含量不大于0.045%（≤0.045％）、磷的含量不大于0.045%（≤0.045％）；普通结构钢主要用于一般要求的建筑和工程结构；普通结构钢主要包括碳素结构钢、低合金结构钢及由他们派生出来的专门用途的普通结构钢。 普通结构钢又可分为以下两类： （1）碳素结构钢（简称普碳钢），其中按屈服点分为Q195、Q215、Q235、Q255、Q275五种牌号；按硫、磷的含量分为A、B、C、D四个质量等级。A级含硫、磷量高，D级含硫、磷量低；按脱氧程度分为沸腾钢、半镇静钢、镇静钢和特殊镇静钢（见GB700-88标准）。（2）低合金结构钢按钢的组织分为三类：铁素体珠光体钢，通常在热轧状态下交货；低
碳贝氏体钢，通常在热轧或正火状态下交货；低碳马氏体钢，通常在淬火—回火状态下交货。以上三类组织的钢最常用的是铁素体珠光体钢。选用时，可在屈服点相同的钢号级别中选用。（二）合金结构钢合金结构钢是在优质碳素结构钢的基础上加入一种或数种合金元素组成的钢种。常加入的合金元素有Mn、Si、Cr、Ni、W、Mo、V、Ti、B、Nb等。合金结构钢含碳量小于0.55％；与碳素结构钢比较，具有高的淬透性，用于制造性能要求高、尺寸大、形状复杂的机构设备结构零件。 合金结构钢有以下四种分类： （1）按硫、磷含量不同分为三类：优质合金结构钢。钢中含S≤0.035％，P≤0.035％；高级优质合金结构钢，牌号后加“A”，钢中含S≤0.025％，P≤0.025％；特级优质合金结构钢，牌号后加“E”钢中含S≤0.015％，P≤0.025％。 （2）按合金元素含量分为三类：低合金钢（合金元素总含量﹤5％）；中合金钢（合金元素总含量5％-10％）；高合金钢（合金元素总含量﹙﹥10％）。 （3）按使用加工方法不同分为两类：压力加工用钢——热压力加工或冷拔坯料；切削加工用钢。钢材的使用加工方法应在合同中注明，未注明者，按切削加工用钢交货。 （4）按热处理方法不同分为调质钢和渗碳钢两类. 二、钢材的分类与相关概念钢材品种繁多，根据截面积形状的特点，可归纳为型材、板材、管材和金属制品四大类。 （一）分类 1、型钢特别是异型型钢，其截面形状与所要制成的构件或机构零件较适应或基本相同，不必加工或稍经加工即可使用，而且具有较高的抗弯、抗扭能力。大量用作各种建筑结构和工程结构，也大量用作各种机械零件和工具。 2、钢板钢板具有很大的表面积，有很大的覆盖和包容能力，可按使用要求进行剪裁和组合（焊接、铆接和咬接），可进行弯曲和冲压成型，不仅广泛用于制造各种结构件、容器、车辆和各种工业炉、反应塔器的壳体、机械零部件及日常生活用器皿、器具、而且大量用作生产冷弯型钢、焊接型钢和焊接钢管的坯料。 3、钢管钢管具有中空截面，大量用作输送流体的管道。钢管同圆钢、方钢等实心钢材相比，在抗弯、抗扭强度相同时，重量较轻，还广泛用于制造机械零件和结构件，如石油钻杆、汽车传动轴、自行车架等。为了提高材料利用率,有些钢管还用于制造各种环形零件的坯料、如螺母、滚动轴承套圈、千斤顶套等。在军事工业上，还用于制造某些常规武器，如枪管、炮筒等。
金属材料基本知识
金属材料基本知识 1 钢铁材料及其生产 在人们生活中所用的、遇到的材料分为金属材料和非金属材料。 金属材料是现代工业、农业、国防以及科学技术各个领域应用最广泛的工程材料。这不仅是由于其来源丰富、生产工艺简单、成熟，而且还具有优良的性能。 金属材料又有钢铁（黑色金属）和有色金属等，如碳钢、合金钢、有色金属、铸铁及其合金等。钢与生铁由于碳含量不同，性能和用途也不同。 生铁的含碳量一般有2.5-4.5%，按其用途分为炼钢生铁（含碳4%左右，是炼钢的主要原料）和铸造生铁（铸铁）。最终炼出来的钢碳含量一般都小于1.3%，除少数直接铸成各种形状的铸件外，绝大多数先铸成钢锭，再经轧制或锻压成各种钢件和锻件，然后供进一步加工使用。 其中应用最为广泛的是碳钢和合金钢。如将钢按用途来划分，有结构钢（建筑及工程用钢或结构用钢，如锅炉中的钢结构等）、工具钢（各种量具、刃具、模具钢等）和特殊性能钢（耐热钢、不锈耐酸钢及电工用钢）；按质量来划分则有普通钢、优质钢和高级优质钢三类；按冶炼方法、钢液脱氧程度和铸锭工艺的不同来划分则有沸腾钢、镇静钢（脱氧完全的钢，化学成分和力学性能均匀、焊接性能和抗腐蚀性好，一般用来做较重要的部件；受压元件用钢即是）和半镇静钢三类；此外还有其余种类的如按金相组织分类方法。 电站锅炉所耗用的金属材料数量大、品种规格多，除少量有色金属和铸铁外，绝大多数为钢材。其中有钢管、钢板、棒材、工字钢、槽钢、角钢以及铸锻件等。一部分钢材为普通钢，用来制作锅炉的普通结构件，性能要求并不高(主要是一些普通钢结构，是从国家标准中所引用的一些钢号)。另一部分则用来制作高温、高压（或承受高应力）条件下或处于腐蚀性介质中长期工作的元件。这些锅炉钢是综合性能要求很高的材料。 从20世纪50年代起，我国冶金部门、锅炉制造行业和电力部门的科研、生产单位在锅炉钢合金化、冶金生产、焊接和热处理工艺、性能测试、寿命分析诸方面开展了大量的应用研究，形成了我国独特的锅炉用钢体系，有利地保证了火电设备向大容量、高参数的不断发展。从80年代以来，随着我国锅炉制造业与国外的不断交流，也引进了不少国外的优质锅炉钢种进入我国的标准体系。 1.1钢铁的冶炼 1.1.1铁的冶炼 炼铁的主要设备是高炉，高炉炼铁的原料主要是铁矿石、焦炭和熔剂（如石灰石等）。铁的冶炼过程，实质就是将铁矿石中的氧化铁还原成铁的过程。高炉中焦炭本身的碳及其燃烧反应的产物一氧化碳都对氧化铁起还原作用。 1.1.2钢的冶炼 钢与生铁的最主要区别就是碳含量不同，将生铁进行精炼以大幅度降低碳量（和各种杂质）就得到符合要求的钢。精炼所依托的原理主要含有脱碳反应（FeO+C=Fe+CO）、硅锰的氧化反应（2Fe0+Si=2Fe+ SiO2，Fe0+Mn=Fe+MnO）、去磷硫过程（去磷反应2Fe2P+5FeO=P2O5+9Fe，P2O5+4CaO=4 CaO.P2O5,去硫反应FeS+CaO=CaS+FeO）、脱氧反应（沉淀脱氧：将含有Si、Mn、Al等元素的脱氧剂直接加入钢液中，使在钢中的FeO还原，生成不溶于钢液的氧化物，然后
电厂金属材料基础知识
金属材料的基础知识 一、金属材料的分类方法：金属材料分为两大类：即黑色金属与有色金属 1、黑色金属元素：铁、锰、铬 2、有色金属元素：除上述三种元素外，其余称为有色金属元素。 通常将以铁、锰、铬为基的合金称为黑色金属，以铁为基的合金称为钢，以其余金属元素为基的合金称为有色金属。 二、金属材料的表示方法。 钢的编号方法：根据国标GB/T221-2000《钢铁产品牌号表示方法》的规定，一般采用汉语拼音字母、化学元素符号和阿拉伯数字相结合的方法表示。世界各国的钢号表示方法不一致，主要因为习惯上各自采用本国的国家标准，某部门标准或协会团体标准中的钢号表示方法，这给技术交流等带来很大的不便。 有色金属的编号方法：有色金属及其合金编号方法与钢的编号方法大致相同，都是采用汉语拼音字母，化学元素符号和阿拉伯数字相结合的方法表示。因为铝合金与钛合金分类方法相对简单，放在铝合金和钛合金的材料牌号中一般不出现化学元素符号。 三、合金元素在钢中的作用 铝 常用金属材料基础知识教材 第1章：金属材料名称常用基础术语 1．基础术语： 黑色金属：铁和铁的合金均称为黑色金属。如钢、生铁、铁合金、铸铁等。 纯铁：纯度很高的铁，化学纯铁含碳量几乎为零，工业纯铁含碳量<0.05%。纯铁是很软的，一般不应用到实际中。铁碳合金：以铁为基础，以碳为主要添加元素的合金，统称为铁碳合金。如钢和生铁。 生铁：把铁矿石放到高炉中冶炼而成的，含碳量2％～4.3％（也有资料称 3.5%—5.5%、2.11%-6.67%）的铁碳合金称为生铁。生铁质硬而脆，缺乏韧性，几乎没有塑性变形能力，因此不能通过锻造、轧制、拉拔等方法加工成形， 主要用来炼钢和制造铸件，如白口铁、灰口铁和球墨铸铁。也有习惯上把炼钢生铁叫做生铁，把铸造生铁简称为铸 铁。 白口铁：碳以Fe3C形态分布的生铁称为白口铁，其断口呈银白色，质硬而脆，不能进行机械加工，是炼钢的原料，故又称炼钢生铁。 灰口铁：碳以片状石墨形态分布的生铁称为灰口铁，其断口呈银灰色，由于石墨质软并有润滑作用，因而这种生 铁具有良好的易切削、耐磨和铸造性能等优点。但是，由于有片状石墨的存在，降低了它的抗拉强度，使它不能锻 轧，只能用于制造各种铸件，如铸造机床床座、铁管等。因此，通常把这种生铁叫做铸造生铁。 球墨铸铁：碳以球状石墨分布则称球墨铸铁，其机械性能、加工性能接近于钢。 钢：含碳量在0.04%-2.3%之间（也有资料称0.03%-1.2%）的铁碳合金称为钢。为了保证其韧性和塑性，含碳量一 般不超过 1.7%。钢的主要元素除铁、碳外，还有硅、锰、硫、磷等。 有色金属：又称非铁金属，指除黑色金属外的金属和合金，如铜、锡、铅、锌、铝等。 第2章：金属材料的分类 1．按品质进行分类 ①普通钢：P≤0.045% S≤0.050%（如普通碳素结构钢Q195、Q235等） ②优质钢：P≤0.035% S≤0.035%（如优质碳素结构钢20号、45号钢等） ③高级优质钢：P≤0.035% S≤0.030%（比优质钢更优质，一般在钢号后加A以示区别，如08A等） 2．按化学成份进行分类 1）碳素钢： ①低碳钢：C≤0.25% ②中碳钢：C≤0.25~0.60% ③高碳钢：C≥0.60% 2）合金钢： ①低合金钢（合金元素总含量≤5%）； ②中合金钢（合金元素总含量＞5~10%）； ③高合金钢（合金元素总含量＞10%）。 3．按成形方法分类： ①锻钢 ②铸钢 ③热轧钢 ④冷拉钢。 4．按金相组织分类 1）退火状态的： ①亚共析钢（铁素体+珠光体）； ②共析钢（珠光体）； ③过共析钢（珠光体+渗碳体）； ④莱氏体钢（珠光体+渗碳体）。 2）正火状态的： ①珠光体钢 ②贝氏体钢 金属和金属材料 【单元分析】 本单元知识中金属活动性顺序表的应用，以及金属的保护和利用是中考的热点，其中金属活动性顺序也是本单元复习的难点 【复习目标】 1．了解一些常见的金属的性质和用途 2．理解，并会应用金属活动性顺序表 3．了解和掌握金属的保护和利用 4.知道金属材料及合金的特性 5.知道金属锈蚀的条件及防护方法。 【重点】：金属活动性顺序表；知道金属锈蚀的条件及防护方法。 【难点】：金属活动性顺序表的应用。 【考点透视】 命题落点 根据金属的性质推断其应用， 根据金属活动性顺序判断金属的化学性质。 由金属锈蚀的条件对金属进行保护和利用。 【考点清单】 一、基本考点 考点 1．几种重要的金属及合金 （1）金属的物理特性：常温下除汞（液体）外都是固体，有金属光泽，大多数为电和热的优良 导体，有延展性、密度较大、熔点较高。 （2）合金：①概念：在一种金属中加热熔合其他金属或非金属，而形成的具有金属特性的物质 称为合金。②合金的性质能：合金的很多性能与组成它们的纯金属不同，使合金更易适合不同的用途，日常生活中使用的金属材料，大多数为合金。③重要的铁合金：生铁和钢都是铁的合金，其区别是含碳量不同。④生铁的含铁量为 2%~%，钢的含碳量为 %~2%。考点 2．金属与氧气的反应 大多数金属都能与氧气反应，但反应的难易和剧烈程度不同，越活泼的金属，越容易与氧气发生 化学反应，反应越剧烈。 考点 3．金属活动性顺序及置换反应 （1）金属活动性顺序： K Ca Na Mg Al Zn Fe Sn Pb(H) Cu Hg Ag Pt Au （2）金属活动性顺序的作用：①判断金属与酸的反应： a.一般说来，排在氢前面的金属能置换 出酸中的氢，排在氢后面的金属不能置换出酸中的氢； b.酸不包括浓硫酸和硝酸，因为它们有 很强的氧化性，与金属反应不能生成氢气，而生成水。②判断金属与盐溶液反应。在金属活动性 顺序里，只有排在前面的金属，才能把排在后面的金属从它们的盐溶液中置换出来。③判断金属 活动性强弱：在金属活动性顺序里，金属的位置越靠前，它的活动性就越强。 考点 4．金属矿物及铁的冶炼 （1）金属矿物（矿石）：①概念：工业上把能用来提炼金属的矿物叫做矿石。②常见的矿石： 赤铁矿（ Fe2O3）、黄铁矿（F eS2）、菱铁矿（FeCO3）、铝土矿（Al 2O3）、黄铜矿（CuFeS2）、辉铜矿（ Cu2S）。 （2）铁的冶炼：①原理：利用高温条件下，焦炭与氧气反应生成的一氧化碳把铁从铁矿石中还 高温 Fe2O3+CO====2Fe+3CO 原出来。如用赤铁矿石炼铁的化学方程式为：。②原料：铁矿石、焦炭、 石灰石及空气。③设备：高炉。④炼铁时选择铁矿石的标准： a. 铁矿石中铁元素的质量分数大（即 含铁量高）；b. 炼铁过程中产物对空气不能造成污染；满足以上两个条件的矿石是理想的绿色矿 石。 考点 5．金属的腐蚀和防护 （1）铁生锈的条件：铁生锈的主要条件是与空气和水蒸气直接接触。铁制品锈蚀的过程，实际 上是铁与空气中的氧气、水蒸气等发生复杂的化学反应，铁锈的主要成分是Fe2O3· xH2O。 （2）铁的防锈：原理是隔绝空气或水，使铁失去生锈的条件。防锈措施：防止铁制品生锈，一 是保持铁制品表面的洁净和干燥，二是在铁制品表面涂上一层保护膜，防止铁与氧气和水的反应，例如： ①刷一层油漆；②涂上一层机油；③电镀一层不易生锈的金属，如镀锌等；④经加工使金 属表面生成一层致密的氧化膜，如烤蓝；⑤在金属表面覆盖搪瓷、塑料等。 考点 6．金属资源的保护 （1）矿物的储量有限，而且不能再生。（ 2）废旧金属的回收和利用可以减少对环境的污染，还可 以节约金属资源。（ 3）保护金属资源的有效途径：①防止金属腐蚀；②回收利用废旧金属；③合理 有效地开采矿物；④寻找金属的替代品。 二、能力与综合考点 资料收集于网络，如有侵权请联系网站删除 金属材料的基础知识 第一章：金属与晶体 一．晶体、晶格和晶胞 在物质的结构中，原子、离子或分子按一定空间次序排列而形成的固体称为晶体。它具有规则外型、固定的熔点和各向异性，例如：雪花、食盐、石墨、金刚石等，所有的固体金属都属于晶体。相反，在物质结构中，原子呈无序状态排列的物质称为非晶体，例如：普通玻璃、树枝、松香、沥青等。 晶体内部原子的排列是有规律的，当外界温度改变时，原子排列的方式往往也会发生变化。为了更好的说明晶体中原子的排列规律，可把原子看成一个点，假想这些点通过线连接在一起，构成了空间格子，把这排列有序的空间格架成为晶格。 二．晶格的类型(如图所示) 1.体心立方晶格 2.面心立方晶格 3.密排立方晶格 只供学习与交流． 资料收集于网络，如有侵权请联系网站删除 三.金属的结晶过程 金属结晶过程是指原子从无序排列转变到有序排列的过程，也就是由原子不规则排列的液体逐步过渡到原子有序排列的晶体过程。 1．冷却曲线 过冷度2. T实际生产中，由于液态金属的冷却速度不是很慢，液态金属不在0处开始结晶，而是低于这一温度结晶，这种现象称为过冷现象。过冷度不是一个恒定理论结晶温度与实际结晶温度之差称为过冷度，的值，它是与冷却速度的快慢有关系。结晶过程3. 反之，原子间的物理引力作用也越弱，温度越高。原子运动速度越快，原子间物理引力作用也越强。 4. 晶粒的细化晶粒的大小影响着金属的力学性能增大过冷度孕育时处理附加振动只供学习与交流． 资料收集于网络，如有侵权请联系网站删除 金属晶体的结构与金属的性能4.与理论中的晶体结构金属晶体的结构受结晶及其他加工条件的影响，有很大差别，它对金属各方面的性能影响很大，尤其是塑形、强度、扩散等方面有着决定性作用。属的晶体结构 1）金（晶体一般分为单晶体和多晶体，晶粒呈相同位相的晶体为单晶体，由许多晶粒组成的晶体为多晶体。常见的金属大多数为多晶体，只有一些特殊的用途才制造单晶体。四．金属材料的工艺性能 1.铸造性能焊接性能2. 3.锻压性能切削加工性能4.只 供学习与交流． 资料收集于网络，如有侵权请联系网站删除 第二章．铁碳和金相图及应用 一．铁碳和金的基本组织 1.铁素体 2.奥氏体 3.渗碳体 第一篇金属材料的基本知识 第一章金属材料的主要性能 1 力学性能又称机械性能，金属材料在里的作用下所表现出来的性能 2零件的受力情况：静载荷动载荷交变载荷 3力学性能指标：强度塑性强度冲击韧度疲劳强度 第二章铁碳合金 1过冷：理论结晶温度与实际结晶温度差的现象 2过冷度：理论结晶温度与实际结晶之差 3细化铸态金属粒的主要途径：提高冷却速度，以增加外来晶核采用热处理或塑性加工方法，使固态金属晶粒细化 4金属晶体结构的主要差别：晶格类型晶格常数不同 5铁碳合金组织分为：固溶体金属化合物机械混合物 6纯铁的晶格：体心立方面心立方 7合金：两种或者两种以上金属元素，金属与非金属融合在一起，构成具有金属特性的物质 8元：组成金属的元素成为组元 第三章钢的热处理 1热处理：普通:退火回火淬火正火 表面：表面淬火化学热处理（渗氮渗碳） 2热处理过程：Ar-650°珠光体粗片层珠光体 650-600 索氏体细片层珠光体 600-550 托氏体极细片状珠光体 550-Ms 贝氏体中温区 3加热，保温实现奥氏体化，进行冷却 第二篇铸造 1铸造：将液态金属浇筑到铸型中待其冷却凝固，以获得一定尺寸，形状和性能的毛坯或零件的成形方法 2铸造的特点：可形成形状复杂，有复杂内腔的毛坯试用范围广可直接利用成本低的废机件来切削，费用低3充型：液态合金填充铸型的过程 4充型能力：液态合金充满铸型行腔，获得形状准确，轮廓清晰的铸件能力 5影响充型能力的主要因素:合金的流动性浇注条件铸型填充条件 6铸件断面的三个区域：固相区凝固区液相区 7铸件的实际收缩率与其化学成分浇注温度铸件结构铸型条件有关 8液态合金的流动性的衡量标准：螺旋形式样 9凝固方式：逐层凝固糊状凝固中间凝固 10内应力产生的原因：固态收缩收到阻碍 11内应力分为：热应力机械应力 12冷裂：在低温下形成的裂纹在应力集中拉伸处易产生 13特点：裂纹细小呈连续直线状缝内略微氧化 14热烈：在高温下形成的裂纹 15特点：缝隙宽形状曲折缝内氧化 16石墨形状不同可使铸件获得不同的性能 17优点：优良的减震性耐磨性好缺口敏感性好铸造性能优良切削加工性好 18孕育处理：粗大的石墨片严重的割裂金属基体，使铸铁强度降低，向铁液中加入孕育剂（硅75%的铁轨合剂） 19原理：铁液中均匀悬浮着外来弥散质点，增加石墨结晶核心，使石墨化作用提高，处理后，铸铁石墨细小，分布均匀得到珠光体基体，强度硬度提高 20铜铝合金的熔化特点：金属料不与燃料直接接触，以减少金属的损耗，保证金属纯洁 21以焦炭为原料的坩埚炉或电阻炉来融化 22熔点低，用细沙来造型，凝固收缩率比灰铸铁高，需要安置冒口使其顺序凝固，以便补缩 23手工造型特点：操作灵活大小铸件都可以 24机器造型特点：极大的提高劳动的生产率改善劳动条件铸件尺寸精确表面光滑加工余量小 25机器造芯特点：射沙将填沙和紧沙一起完成 26浇注位置选择原则：重要加工面朝下上表面易产生砂眼，气孔组织不如下表面细致 大平面朝下上表面热辐射强，型砂急剧热膨胀和因强度下降拱起或开裂致上表面开裂 面积大的薄壁部分置于下部或使其垂直或倾斜防止薄壁处洗不到或冷隔缺陷 圆周件应立铸，便于补缩原部分放于铸型上方，顺序凝固 27分型面：应使其平直，数量少避免不必要的型芯和活块，简化造型工艺使其铸件全部或部分位于下箱常用金属材料基础知识教材
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