第一章金属材料及热处理
1-1金属的机械性能
金属材料在一定的温度条件和受外力(载荷)作
用下，抵抗变形和断裂的能力称材料的机械性能
金属材料的常规机械性能指标包括：强度、塑性、
硬度、韧性等。
对锅炉压力容器压力管道的用材，最关心的
是材料的强度指标、塑性指标和韧性指标。
强度和塑性指标，可通过拉伸试验得知。
韧性指标，可通过冲击试验得知。
载荷P
d=10mm
强度与塑性.
1.拉伸试验
b
S
P.
伸长量△
2.强度—金属材料在外力作用下抵抗变形和破坏的能力。
?σ=P/F(N/mm2)
?①弹性极限σe=Pe/Fo(N/mm2)
?②屈服极限(σs)—材料承受的载荷不再增加，而仍继续发生塑性变形时的应力。σs=Ps/Fo(N/mm2)
?有许多金属或合金材料，并没有明显的屈服现象发生，为表明这些材料的屈服极限。规定的试样产生的伸长量为试样长度的0.2%时的应力作为材料“条件屈服极限”,用σ。2表示。
?③强度极限(ob)一材料抵抗拉力破坏作用的最大能力。
?σb=P?/Fo(N/mm2)
?在锅炉压力容器选材上，不仅希望材料具有高的σ,而且具有一定的屈强比(σ?/Ob),屈强比越小，结构零件的可靠性越高，由于塑性变形不致立即破坏。
3.塑性—金属材料在外力作用下，
产生最大塑性变形(永久变形)而不坏的能力。以试样断裂后残留塑性
)9Lo×100%
L?——试样拉断后的标准长度。
Lo——试样原始的标准长度。
?②断面收缩率(4)
ψ=(F?-F?)/F?×100%
?F?——试样断后细颈处最小截面积。
?F?——拉伸前试样原始截面积。
?例低碳钢δ=20～30%,在铸铁δ=1%。
锅炉压力容器的主要零部件都是承压的，无论从制造工艺要求，还是从安全使用的要求，都应选用塑性好的材料。一方面易于加工制造；另一方面。一旦超压爆炸时，不致产生碎片飞出，这样可降低破坏力。
4、硬度—金属材料抵抗硬物压入其表面的能力。
?布氏硬度，洛氏硬度，维氏硬度。?1)布氏硬度HB=P/F(N/mm2)
?根据经验，布氏硬度与抗拉强度之间有一定的比例关系
ob≈K.HB
对于低碳钢ob≈0.362HB
对于高碳钢σb≈0.345HB
对于合金钢σb≈0.325HB
?只能测量硬度不高(HB450)材料。
2)洛氏硬度—原理和布氏硬度相同
?金属体压头对金属表面加压，用一定的载荷P把压头压入被测金属表面，卸载后以压痕的深度来确定金属材料的硬度。压痕越深，硬度越低。
?可用于测定从极软到极硬的金属或合金。
?洛氏硬度与布氏硬度的关系大致如下：
HV≈HB(当HB400时)
HRC≈1/10HB(HB在200～600之间)
?硬度可确定焊接接头热影响组织的淬硬情况。
5、韧性—金属材料在冲击载荷的作用下，
抵抗破坏的能力。
?1)冲击韧性ak一单位面积上所承受的冲击功；J/cm2
?材料在外加冲击负荷作用下，断裂时吸收能量大小的特性。表示材料对冲击负荷的抗分。
?ak=Ak/F(N.m/cm2)Ak—冲击功，J
?F—试样缺口处的截面积，cm2
?冲击值ak与试样和缺口形式有关，与试验温度有
关。
材料在低温下会出现由塑性状态转变为脆性状态
使材料的冲击韧性盾趸剧卞降的温度叫做“脆性
转变温度”
6、疲劳一材料在无数次重复和交变
载荷下发生损坏的现象
大多数锅炉压力容器都是在交变载荷(大小、方向周期性变化)作用下工作，其断裂时的应力远低于该材料的抗拉强度，且低于基窟服强度，这种现象称为金属的
“疲劳”破坏。
GB4337《金属旋转弯曲疲劳实验方法》规定，低碳钢在5×10交变载荷作用，低合
金钢在10交变载荷作用下不会断裂时最大
应力值称疲劳强度，用σ表示。
?提高钢材的疲劳强度可采取改善结构、避
免应力集中、提高表面光洁度、进行表面
热处理等措施。
?σ1≈(0.40.6)ob
?
7、断裂韧度—用来反映材料抵抗裂纹失稳扩展，即抵抗脆性断裂的指标。
?
是强度和韧性的综合体现，与裂纹的大小、形状、外加应力等无关，主要取决于材料的成分，内部组织的结构。
常规设计中，都假设材料是均匀的、连续的、各向同性的。
实际上材料远非是均匀的、连续的、各向同性的，其组织中存在微裂纹、夹杂、气孔等各种缺陷。
1-2金属的结构及铁碳合金
一、铁碳合金的基本组织