最新金属材料基础知识汇总

1、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

2、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cb和屈服强度cs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cs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S=(L1L0)/L0100%L0-试

3、件原来的长度L1-试件拉断后的长度断面收缩率=(A1A0)/A0100%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HL4，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

4、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/Sn0.6%按质量分为：(1)普通碳素钢，SW0.050%,PW0.045%优质碳素钢，S0.040%，P0.040%高级优质碳素钢，S0.030%，P9.81Mpa超高压锅炉，P13.73Mpa亚临界锅炉超临界锅炉按制造管理分：A级锅炉：额定压力9.81MPaB级锅炉：额定压力v9.81MpaC级锅炉：额定压力W2.45MpaD级锅炉：额定压力W1.27MpaE1级锅炉：额定压力W0.4Mpa的固定式蒸汽锅炉和水温度低于120度的热水锅炉E2

5、级锅炉：额定压力v0.1Mpa的蒸汽锅炉和水温度W95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第82页83页压力容器基本知识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GB1501998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：最高工作压力Pw0.1MPa(不含液体静压力

6、)内直径0.15m,且容积0.025立方米盛装介质为气体，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Pw0.1Mpa，且压力与容积的乘积2.5MpaxL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1.0MpaXL的气体，液化气体和标准沸点W60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工艺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，参数是由生产

7、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

8、器（仅限易燃或毒性程度为中度危害介质，且PV乘积lO.OMpaXL）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0.5MpaXL）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0.2MpaXL）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

9、类A反应器B储存器C换热器D分离器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。（3）按压力分类A低压容器（L）B中压容器（M）C高压容器（H）D超高压容器（U）O.IMPaWPv1.6MPa1.6MPaWPv10MPa10MPaPv100MPa100MPaPv1000MPa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

10、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/T47302005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

11、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。第98页102页压力管道基本知识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2003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

12、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。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级输送有毒、可燃、易燃气体介质，设计压力1.6Mpa的管道。输送有毒、可燃、易燃液体介质，输送距离三200Km且公称直径DN三300mm的管道。输送液体介质、输送距离三50Km且公称直径DN三150mm的管道。符号下列条件之一的长输管道为G

13、A2级a,输送有毒、可燃、易燃气体介质，设计压力三1.6Mpa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。输送可燃流体介质、有毒流体介质，设计压力三4.0Mpa且设计温度三400度的管道。输送流体介质且设计压力三10.0Mp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v4.0Mpa且设计温度三400度的管道。B，输送非可燃流体介质、有毒流体介质，设计压力v10

14、.0Mpa且设计温度三400度的管道。C，输送流体介质且设计压力v10.0Mp且设计温度v400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

15、）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

16、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，GB5023698现场设备、工业管道焊接工程施工及验收规范，GB5023597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第116118页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

17、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

18、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(NondistructiveTesting)有6大常规方法：射线检测(RadiographyTesting即RT)，超声波检测(UltrasonicTesting即UT)，磁粉检测(MagneticTesting即MT)，渗透检测(PenetrantTesting即PT)，涡流检测(EddycurrentTesting即ET)，声发射检测(AcousticEmission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(

19、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

20、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

21、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)o(2)清根部位PT(MT)o(3)对接焊缝RT(UT)，MT(PT)o(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UT0（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）o4检测方法对检测对象的适应性（见

22、下表）表中：表示很适用：。：表示适用表示有附加条件的适用X：表示不适用；一：表示不相关检测对象内部缺陷检测方法表面近表面陷检测方法RTUTMTPTET试件分类锻件X铸件OO压延件（管板型材）XO焊缝X缺内分层X疏松XO陷分类部缺陷气孔O缩孔O未焊透未熔合夹渣O裂纹OO缺陷分类表面陷检白点XO表面裂纹表面针孔OX折叠OOO断口白点XX三，各种无损检测的基础知识(分管专业课讲)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，外观缺陷夕卜观缺陷指肉眼可以发现的工件

23、表面的缺陷咬边：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。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。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。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

24、。规范太弱，焊条过细，运条不当等均会容易产生未填瞒。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。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

25、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

26、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