金属材料有关术语和定义

金属材料有关术语和定义1．术语和定义钢材标准术语1.1.1交货状态交货状态是指交货产品的最终塑性变形加工或最终热处理的状态。最终塑性变形加工状态也可理解为不经过热处理交货的状态，如热轧（锻）及冷拉（轧）状态。经正火、退火、高温回火、调质及固溶等处理的统称为热处理状态交货，或根据热处理类别分别称正火、退火、高温回火、调质及固溶等状态交货。1.1.2热轧状态钢材在热轧或锻造后不再对其进行专门热处理，冷却后直接交货，称为热轧或热锻状态。热轧（锻）的终止温度一般为800〜900°C，然后一般在空气中自然冷却，因而热轧（锻）状态相当于正火处理。所不同的是因为热轧（锻）终止温度有高有低，不像正火加热温度控制严格，因而钢材组织与性能的波动比正火大。目前不少钢铁企业采用控制终轧温度轧制，由于终轧温度控制很严格，并在终轧后采取强制冷却措施，因而钢的晶粒细化，交货钢材有较高的综合力学性能。无扭控冷热轧盘条比普通热轧盘条性能优越就是这个道理。热轧（锻）状态交货的钢材，由于表面覆盖有一层氧化铁皮，因而具有一定的耐蚀性，储运保管的要求不像冷（拉）轧状态交货的钢材那样严格，大中型型钢，中厚钢板可以在露天货场或经苫盖后存放。1.1.3冷拉（轧）状态经冷拉、冷轧等冷加工成型的钢材，不经任何热处理而直接交货的状态，称为冷拉或冷轧状态。与热轧（锻）状态相比，冷拉（轧）状态的钢材尺寸精度高，表面质量好，表面粗糙度低，并有较高的力学性能。由于冷拉（轧）状态交货的钢材表面没有氧化铁皮覆盖，并且存在很大的内应力，极易遭受腐蚀或生锈，因而冷拉（轧）状态的钢材，其包装、储运均有较严格的要求，一般均需在库房内保管，并应注意库房内的温湿度控制。1.1.4正火状态钢材出厂前经正火热处理，这种交货状态称正火状态。由于正火加热温度（亚共析钢为Ac3+30〜50°C,过共析钢为Accm+30〜50°C）比热轧终止温度控制严格，因而钢材的组织、性能均匀。与退火状态的钢材相比，由于正火冷却速度较快，钢的组织中珠光体数量增多，珠光体层片及钢的晶粒细化，因而有较高的综合力学性能，并有利于改善低碳钢的魏氏组织和过共析钢的渗碳体网状，可为成品的进一步热处理做好组织准备。碳结钢、合结钢钢材常采用正火状态交货。某些低合金高强度钢如14MnMoVBRE、14CrMnMoVB钢为了获得贝氏体组织，也要求正火状态交货。1.1.5固溶处理状态钢材出厂前经固溶处理，这种交货状态称为固溶处理状态。这种状态主要适用于奥氏体不锈钢材出厂前的处理。通过固溶处理，得到单相奥氏体组织，以提高钢的韧性和塑性，为进一步冷加工（冷轧或冷拉）创造条件，也可为进一步沉淀硬化做好组织准备。钢材交货状态还有许多种，例如调质状态、时效处理状态等。此外，还有酸洗、剥皮、磨光、抛光等表面加工状态。同一钢材可以有多种不同的交货状态，以满足使用单位各种不同的需要。正确地选择钢材交货状态，对使用单位的进一步加工、处理、确保产品质量，降低生产成本都有十分重要的意义，必须引起足够的重视。订购钢材时，在货单、合同等单据上，必须注明是何种交货状态。当选定热处理状态交货时，还应注明是指钢材本身还是试棒，以免发生错误。金属材料使用性能1.2.1抗蚀性抗蚀性又叫耐蚀性，是指金属材料抵抗周围介质腐蚀作用的能力。金属的抗蚀性好，就不易受到周围介质的作用而发生质量上的变化，表现出稳定的化学性能，因此又叫做化学稳定性。根据腐蚀的种类不同，抗蚀性可分为抗氧化性，耐酸性等。一般来说，钢铁的抗蚀性不如有色金属。但是，不同有色金属的抗蚀性不同，同一种有色金属的抗蚀性的好坏，也因周围腐蚀介质的种类不同而异。抗蚀性，是在不同介质作用下的零件和构件选用金属材料的重要依据。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。弹性金属材料受外力作用发生了变形，当去掉外力后，恢复原来形状和尺寸的能力，称为弹性金属材料弹性的好坏，是通过弹性极限、比例极限来反映的。金属的弹性，对制造弹性零部件具有重要意义。塑性金属材料在外力作用下产生永久变形（指去掉外力后不能恢复原状的变形），但不会被破坏的能力，叫做塑性。塑性用伸长率、断面收缩率表示。金属的塑性与变形方式有关。例如，有些金属在受拉伸变形时要发生破坏，但受挤压或模锻时可不发生破裂。金属的塑性是进行压力加工、冷弯工艺等必须考虑的重要因素。另外，适当的塑性对提高金属结构的安全可靠性十分必要。强度金属材料在外力作用下抵抗变形和断裂的能力称为强度。金属材料的强度是通过比例极限、弹性极限、屈服强度、抗拉强度等许多强度指标来反映的。在外力作用下工作的零件或构件，其强度是选用金属材料的重要依据。比例极限在弹性变形阶段，金属材料所承受的和应变能力保持正比的最大应力，称为比例极限。由于比例极限很难测定，所以常常采用发生很微小的塑性变形量的应力值来表示，称为规定比例极限。用Op表示，单位为MPa（兆帕）。计算公式为：a=〔P（规定比例极限负荷）/F（试样原横截面面积）〕（Mpa）。p p o弹性极限金属能保持弹性变形的最大应力，称为弹性极限。由于弹性极限很难测定，所以常常采用很微小的塑性变形量的应力值来表示。弹性极限为a表示，单位为MPa（兆帕）。e屈服点金属试样在拉伸过程中，负荷不再增加，而试样仍继续发生变形的现象，称为“屈服”。发生屈服现象时的应力，即开始出现塑性变形时的应力，称为屈服点或屈服极限，用a表示，单s位为MPa。计算公式为：a=〔P（材料屈服时的负荷）/F（试样原横截面面积）〕（Mpa）。sso屈服强度对于某些屈服现象不明显的金属材料，测定屈服点比较困难，常把产生0.2%永久变形的应力定为屈服点，称为屈服强度或条件屈服极限。用a表示，单位为MPa。其计算公式为：0.2a=〔P（相应于所求应力的负荷）/F（试样原横截面面积）〕（Mpa）。0.20.2o抗拉强度金属试样拉伸时，在拉断前所承受的最大应力，称为抗拉强度。它表示金属材料在拉力作用下抵抗大量塑性变形和破坏的能力，抗拉强度以a表示，单位为Mpa。计算公式为：ba=〔P（试样拉断前的最大负荷）/F（试样原横截面面积）〕（Mpa）。bbo抗弯强度试样在位于两支承中间的集中负荷作用下折断时，折断横截面（危险截面）所承受的最大正应力，称为抗弯强度。抗弯强度以a表示，单位为MPa。bb抗压强度材料在压力作用下不发生碎裂的所能承受的最大正应力，称为抗压强度。抗压强度以原面积除负荷，单位为MPa。伸长率金属在拉伸试验时，试样拉断后，其标距部分所增加的长度与原标距长度的百分比，称为伸长率。以6表示，单位为％，计算公式为：6=〔L（拉断后试样标距长度，mm）-L（试样原标距长度，mm）〕/L（试样原标距长度，mm）100X100%标距长度对伸长率影响很大，所以伸长率必须注明标距。如对长试样（L=11.3VF，圆试00样可简化为L=10d），伸长率6或6表示；对短试样（L=5.65VF，圆试样可简化为L=5d），00100000伸长率用6表示。F为试样原横截面面积，d为试样之原直径。凡L与F满足上面括号内关系5 0 0 0 0的试样，称为比例试样。非比例试样的L与F之间无上述一定关系。对特薄板、线材及部分小00型材，其试样通常采用非比例试样（按有关标准规定）。断面收缩率金属拉伸试验中，在断裂处试样截面面积减小的百分率，称为断面收缩率。以屮表示，单位为％。计算公式为：屮二〔F（试样原横截面面积，mm2）-F（试样断裂处的最小横截面面积，mm2））/Fo（试样原横截o1面面积，m2）X100%持久极限（持久强度）持久极限指金属材料在给定温度下，经过一定时间破坏时所能承受的恒定应力，单位为Mpa。常用符号o带有一个或两个指数表示，女2/100,表示在常温下持久时间为100h的应力；abb400/100，表示在试验温度400°C时，持久时间为100h的应力，就是所谓高温持久强度。b蠕变极限金属材料在一定温度和长时间受力状态下，即使所受应力小于其屈服强度，但随着时间的增长，也会慢慢地产生塑性变形，这种现象称为蠕变。蠕变极限，是指金属材料在一定温度和恒定压力下，在规定的时间内的蠕变变形量或蠕变速度不超过某一规定值时所能承受的最大应力。单位为Mpa,以伸长率测定蠕变极限时，符号为o带有三个指数。如o700/100，即表示试验温度为700°C时，经100h试验后，允许伸长率0.20.2为0.2％时的蠕变极限。此时还必须注明，蠕变极限是按总伸长率或残余伸长率测得的，在以给定的蠕变速度测定的蠕变极限时，符号o带有两个指数。如o600一5,即表示在试验温度为1.10600C时，蠕变速度为1X10-5%/h的蠕变极限。此时必须注明测得规定蠕变速度的试验时间。疲劳极限金属材料在受重复或交变应力作用时，虽其所受应力远小于抗拉强度，甚至小于弹性极限经多次循环后，在无显著外观变形情况下而会发生断裂，这种现象称为疲劳。金属材料在重复或交变应力作用下，经过周次N的应力循环仍不发生断裂时所能承受最大应力称为疲劳极限，以o表示，单位为MPa。-1疲劳强度金属材料在重复或交变应力作用下，循环一定周次N后断裂时所能承受的最大应力，叫作疲劳强度，以o表示，单位为MPa，此时，N称为材料的疲劳寿命，某些金属材料在重复或交N变应力作用下没有明显的疲劳极限，常采用疲劳强度表示。冲击吸收功或冲击韧性值金属材料对冲击负荷的抵抗能力称为韧性，通常用冲击吸收功或冲击韧性值来度量。用一定尺寸和形状的试样，在规定类型的试验机上受一次冲击负荷折断时所吸收的功，称冲击吸收功，以符号A表示，单位为J;试样刻槽处单位面积上所消耗的功：称为冲击韧性值，以a表Kk示，单位为KJ/m2。计算公式为：a=A（冲击吸收功，KJ）/F（试验前试样刻槽处的横截面面积，m2）kk在动负荷下工作的金属零部件，实际上很少受一次超载冲击被破坏，而是受小能量的多次重复冲击才被破坏，因此仅用一次冲击吸收功A或冲击韧性值a来衡量其抗力是不够准确的，Kk而应以多次重复冲击试验来度量。据研究表明，在能量不太大的情况下，材料承受多次重复冲击的能力，主要决定于强度。低温冲击韧性和高温冲击韧性金属材料在常温、低温及高温下所测得的冲击吸收功或冲击韧性值是不一样的。低温条件下测得的冲击韧性，称为低温冲击韧性；高温条件下测得的冲击韧性，称为高温冲击韧性。低温或高温下测得的冲击吸收功或冲击韧性值都要注明试验温度。金属材料的脆性转变温度钢材在较低温度时发生的脆性断裂，通常称为冷脆。材料发生脆裂时的临界温度称为韧性-脆裂转变温度，简称脆性转变温度。硬度材料抵抗更硬物体压人其表面的能力，称为硬度，根据试验方法和适用范围的不同，硬度可分为布氏硬度、洛氏硬度、维氏硬度、肖氏硬度等许多种。硬度不是一个单纯的物理量，而是反映弹性、强度与塑性等综合性能指标。它是金属材料的重要性能指标之一。一般来说，硬度越高耐磨性愈好。布氏硬度用一定直径D的淬硬钢球，以规定负荷P压入试验金属表面并保持一定时间，除去负荷后，测量金属表面的压痕直径，以直径算出压痕球面积F再以负荷P除以压痕球面积F所得之商，为该金属的布氏硬度值。布氏硬度以HB表示，单位为Kgf/mm2，但使用中一般不标注单位。计算公式为：HB=2P/nD(D-V(D2-d2))式中：P——所加的规定负荷，kgfD 钢球直径，mmd 压痕直径，mm布氏硬度测定较为准确可靠，但只适用于测定HB8〜HB480范围内的金属材料。对于硬度较高的金属或较薄的板、带材则不适用。洛氏硬度洛氏硬度和布氏硬度都是压痕试验法，所不同的是它不是测定压痕直径的大小，而是测定压痕的深度。洛氏硬度的测定是在先后两次施加负荷（初负荷P0及总负荷P）的作用下，将标准型压头（金刚石圆锥体或钢球）压入金属表面，当卸除主负荷P（P=P一P）后，可得到由110于主负荷P所引起的残余压入深度值e。e值越大，金属的硬度越低；反之则硬度越高。e值以1规定单位0.002mm表示，压头轴向位移一个单位（0.002mm）相当于洛氏硬度变化一个数，它是个无名数，洛氏硬度用符号HR表示。洛氏硬度分为HRC、HRA和HRB三种。其它硬度还有维氏硬度（HV）、肖氏硬度（HS）等。金属材料组织晶粒、晶界组成金属材料的小晶体，称为晶粒。晶粒与晶粒之间的分界面，称为晶界。相、相界在金属或合金中，凡成分相同，结构相同并有界面互相隔开的均匀组成部分，称为相，相与相之间的界面，称为相界。固溶体组成合金的一种金属元素的晶体中溶有另一种元素的原子形成的固态相，称为固溶体。固溶体一般有较高的强度、良好的塑性、耐蚀性以及高的电阻和磁性。1.3.4奥氏体（A）奥氏体（A），是碳在y—Fe中的固溶体，溶碳能力较大，在723°C为0.80%，在1147°C时达到最大值2.06％，它是碳钢在高温时的组织。1.3.5铁素体（F）铁素体（F）,是碳在a-Fe中的固溶体，其溶碳能力较差，室温下仅溶碳0.006%,在723°C时达到最大值0.02％，所以其强度、硬度较低，塑性及韧性很高，它是碳钢在常温时的主体相1.3.6渗碳体（FeC）3渗碳体（FeC）,是铁和碳的化合物，含碳量为6.69%，性能硬而脆，几乎没有塑性，它是3钢中的强化相。1.3.7珠光体（P）珠光体（P），是铁素体和渗碳体相间排列的片状层组织，是一种机械混合物，因此，其机械性能介于铁素体和渗碳体之间，强度较好。1.4金属热处理1.4.1热处理热处理，就是将金属成材或零件加热到低于溶点的一定温度，并将此温度保持一段时间，然后冷却至一定温度的工艺过程。热处理过程一般都要经过加热一保温一冷却三个阶段。热处理和其他加工处理不同，它不改变金属成材或零件的形状和大小，而是通过改变金属的内部组织，来改善金属的性能，提高材料的使用价值，满足各种使用要求，并提高质量、节省材料及延长使用寿命。临界点钢加热和冷却时发生相转变的温度叫临界点或临界温度，在实际加热和冷却时，钢的相变与在极端缓慢加热（或冷却）的平衡状态不一样，往往是在一定的过热或者过冷的情况下进行。这样就使得实际加热或冷却时的临界点不在同一温度上。临界点用A表示；加热时的临界点在临界点A右下标字母C;冷却时的临界点在临界点A右下标字母r。对钢来说；常见的平衡状态和加热时的临界点有：A一是在平衡状态下，奥氏体、铁素体、渗碳体共存的温度，也就是一般说的下临界点。1A一是亚共析钢在平衡状态下，奥氏体和铁素体共存的最高温度，也就是一般所说的亚共3析钢的上临界点。A—是过共析钢在平衡状态下，奥氏体和渗碳体共存的最高温度，也就是过共析钢的上临cm界点。A一钢加热时，所有珠光体都转变为奥氏体的温度。c1A一亚共析钢加热时，所有铁素体都转变奥氏体的温度。c3Accm—过共析钢加热时，所有渗碳体都溶入奥氏体的温度。A—钢高温奥氏体化后冷却时，奥氏体转变为珠光体的温度。r1A--亚共析钢高温奥氏体化后冷却时，铁素体开始析出的温度。r3Ar—过共析钢高温完全奥氏体化后冷却时，渗碳体开始析出的温度。cmM—钢高温奥氏体化后，在大于临界冷却速度冷却时，其中奥氏体开始转变为马氏体的温度。s符号中右下角小“S”是“始”字汉语拼音的第一个字母，在英文书籍中用“Ms”表示。在俄文书籍中用“Mh”表示Mz—奥氏体转变为马氏体的终了温度。符号中右下角“z”是“终”字汉语拼音的第一个字母，在英文书籍中用“Mf”表示。在俄文书籍中用“Mk"表示。A、A、Accm随加热速度而定。加热速度越快，它们越高；而Ar、Ar、和Ar则随冷却c1c3 1 3 cm速度的加快而降低，当冷却速度超过一定值（临界冷却速度）时，它们将完全消失，一般A>c1A>Ar、A>A>Ar、A>A>Ar。对碳钢来说，这些临界点在铁碳平衡图上可查到。1 1C33 3ccmcm cm1.4.3退火常用的退火又可分为完全退火、再结晶退火和消除应力退火。完全退火是将铁碳合金完全奥氏体化（加热到Ac以上20-30°C）然后缓慢冷却，以获得接近平衡组织的工艺过程。完全退3火适用于处理亚共析钢、中合金钢，目的是改善钢铸件或热轧型材的机械性能。由于加热温度超过上临界点，使组织完全重结晶，可达到细化晶粒、均匀组织、降低硬度、充分消除内应力等目的。再结晶退火是将变形后的金属加热到再结晶温度以上（600°C—A之间），保持适当时间，c3使被冷加工拉长了的和破碎了的晶粒重新成核和长大成正常晶粒，成为没有内应力的新的稳定组织，使钢的物理机械性能基本上都能得到恢复。对于连续多次冷加工的钢材，因随加工道次的增加、硬度不断升高，塑性不断下降，必须在两次加工中间安排一次再结晶退火、使其软化以便钢材能进一步加工。这种退火又称为软化退火或中间退火。消除应力退火是为了除去由于塑性变形加工，焊接等原因造成的以及铸件内存在的残余应力而进行的热处理工艺，消除应力退火的加热温度低于钢的再结晶温度。正火将钢加热到A（或Acm）以上3O-50C，保温后在空气中冷却，得到珠光体型组织的热处c3理工艺叫正火。正火主要用于碳钢和低合金钢，提高其机械性能，细化晶粒，改善组织。正火与退火的区别是正火的冷却速度稍快，所获得的组织比退火细，机械性能也有所提高淬火将钢加热到A（亚共析钢）或A（过共析钢）以上30〜50C，保温后以大于临界冷却速度c3 c1的速度快速冷却的热处理工艺叫淬火。淬火一般是为了得到马氏体组织，使钢得到强化；淬火马氏体是碳在a—Fe中的过饱和固溶体。回火钢淬火后为了消除残余应力及获得所需要的组织和性能、把已淬火的钢重新加热到A以下c1某一温度，保温后进行冷却的热处理工艺叫回火。按回火温度的不同，回火可分为低温、中温和高温回火。调质通常将淬火加高温回火的热处理工艺叫调质。调质后获得回火索氏体组织，可使钢件得到强度与韧性相配合的良好的综合机械性能；固溶处理将合金加热至高温单相区，并经过充分的保温，使过剩相充分溶解到固溶体中后快速冷却以得到过饱和的固溶体，这样的热处理工艺称为固溶处理。其目的是为了改善金属的塑性和韧性，并为进一步进行沉淀硬化处理准备条件。对于非超低碳型的奥氏体不锈钢，通过固溶处理可使过剩的碳被固溶在奥氏体中，从而可消除其晶间腐蚀的敏感性。一般情况下，对不锈钢多加热到1000-1120°C，并按每毫米1〜2min进行保温，然后进行急冷，使得过剩的碳来不及向晶界间迁移，从而达到消除晶界贫铬的目的经固溶处理过的奥氏体不锈钢仍要防止在敏化温度加热，否则碳化铬会重新沿晶界析出。稳定化处理稳定化处理就是对含Ti或Nb的稳定化不锈钢进行热处理。一般情况下，将此类不锈钢加