第1章第1节性能PPT讲稿.ppt

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1、第第1章第章第1节性能节性能第1页，共29页，编辑于2022年，星期一电电厂厂金金属属材材料料MetalMaterialofPowerPlant上课班级：能源动力系统及自动上课班级：能源动力系统及自动 化化20072007级级 水质科学与技术水质科学与技术20072007级级主讲教师：于主讲教师：于 洋洋 洋洋 2009-20102009-2010学年第二学期学年第二学期 （3636学时，学时，2 2学分）学分）第2页，共29页，编辑于2022年，星期一绪绪论论1.课程性质：课程性质：技术基础课技术基础课2.材料科学的含义：材料科学的含义：材料:组成或制造器件的物质.材料科学:研究材料的成分、

2、组织结构、加工工艺与性能之间关系的科学。第3页，共29页，编辑于2022年，星期一绪绪论论3.材料的分类：材料的分类：（按成分分类）金属材料：金属材料：综合性能等。综合性能等。陶瓷材料：陶瓷材料：高温、稳定性能等高温、稳定性能等。高分子材料：高分子材料：耐腐蚀等特殊性能耐腐蚀等特殊性能。复合材料：复合材料：1 11 1大于大于2 2。金属材料分类：金属材料分类：黑色金属：黑色金属：铁、锰与铬铁、锰与铬 有色金属：有色金属：除铁、锰与铬以除铁、锰与铬以外的金属材料外的金属材料金属复合材料高分子陶瓷第4页，共29页，编辑于2022年，星期一绪绪论论4.电厂金属材料：电厂金属材料：Metal Mat

3、erial of Power Plant锅炉管道和联箱用钢：锅炉管道和联箱用钢：铁铁素素体体耐耐热热钢钢（管道内蒸汽温度较均匀，需要高蠕变强度）过热器和再热器用钢：过热器和再热器用钢：奥奥氏氏体体耐耐热热钢钢（蒸汽侧需要抗氧化能力，向火侧需要抗腐蚀能力）：水冷壁用钢：水冷壁用钢：马马氏氏体体耐耐热热钢钢（膜式水冷壁尺寸大，需要特殊的焊接工艺，保证接头的焊接质量）第5页，共29页，编辑于2022年，星期一教材教材与与参考书参考书教材教材 宋琳生宋琳生.电厂金属材料电厂金属材料.中国电力出版社中国电力出版社.2006.2006年年参考书参考书1.1.刘智恩刘智恩.材料科学基础材料科学基础.西北工业

4、大学出西北工业大学出版社版社.2003.2003年年2.2.石德柯石德柯.材料科学基础材料科学基础.机械工业出版社机械工业出版社.2005.2005年年3.3.孙茂才孙茂才.金属力学性能金属力学性能.哈尔滨工业大学哈尔滨工业大学出版社出版社.2005.2005年年4.4.崔忠圻崔忠圻.金属学与热处理原理金属学与热处理原理.哈尔滨工业哈尔滨工业大学出版社大学出版社.2007.2007年年相关学科相关学科材料科学基础材料科学基础材料学材料学力学性能力学性能物理性能物理性能金属学及热处理金属学及热处理材料成型材料成型 第6页，共29页，编辑于2022年，星期一绪绪论论成绩考核：成绩考核：平时成绩：课

5、堂提问平时成绩：课堂提问 +课堂讨论课堂讨论 +平时测验平时测验期末成绩：考期末成绩：考 试试课程总成绩课程总成绩平时成绩平时成绩*4040+期末考试成绩期末考试成绩*6060第7页，共29页，编辑于2022年，星期一发发电电厂厂工工程程材材料料第第1 1章：金属材料的基础知识章：金属材料的基础知识第第2 2章：铁碳相图及其合金章：铁碳相图及其合金第第3 3章：钢的热处理章：钢的热处理第第4 4章：合金钢章：合金钢第第5 5章：耐热钢章：耐热钢第第6 6章：有色金属及其合金章：有色金属及其合金第第7 7章：锅炉与汽轮机用钢及事故分析章：锅炉与汽轮机用钢及事故分析第8页，共29页，编辑于2022

6、年，星期一第第1 1章章 金属材料的基础知识金属材料的基础知识使用性能：使用性能：力学性能力学性能物理性能物理性能化学性能化学性能工艺性能：工艺性能：铸造性能铸造性能锻压性能锻压性能焊接性能焊接性能切削性能切削性能第第1 1节节 金属材料的性能金属材料的性能第第2 2节节 金属的晶体结构与结晶金属的晶体结构与结晶第第3 3节节 金属的塑性变形及再结晶金属的塑性变形及再结晶第第4 4节节 合金的相结构及二元合金相图合金的相结构及二元合金相图第9页，共29页，编辑于2022年，星期一铸造性能：铸造性能：液体金属浇铸成型液体金属浇铸成型的能力，称为金属的铸造性能。的能力，称为金属的铸造性能。包括流动

7、性、收缩率和偏析倾包括流动性、收缩率和偏析倾向。向。1.工艺性能：工艺性能：铸造性能铸造性能锻造性能锻造性能焊接性能焊接性能切削性能切削性能缩缩缩缩 孔孔孔孔 及及及及 缩缩缩缩 松松松松 的的的的 形形形形 成成成成a.碳钢的可锻性比较好，随着碳碳钢的可锻性比较好，随着碳含量的增加，可锻性变差。含量的增加，可锻性变差。b.合金钢的可锻性低于碳钢，合金合金钢的可锻性低于碳钢，合金组分越多，可锻性越差。组分越多，可锻性越差。c.铸铁不可锻。铸铁不可锻。锻造性能：锻造性能：由由塑性塑性和和强度强度衡量衡量；取决于材料的取决于材料的成分成分、组织组织和和加工条件加工条件，如锻造，如锻造温度、变形速度

8、、应力状温度、变形速度、应力状态等加工条件。态等加工条件。第10页，共29页，编辑于2022年，星期一1.工艺性能：工艺性能：铸造性能铸造性能锻造性能锻造性能焊接性能焊接性能切削性能切削性能T91T91钢管化学成分（钢管化学成分（w%w%）碳当量碳当量(Ce)(Ce)计算公式计算公式：焊接性能：焊接性能：取决于材料的取决于材料的化化学成分学成分、焊接方法焊接方法、焊接材、焊接材料、工艺参数和结构形式等。料、工艺参数和结构形式等。Ce0.4Ce0.6%Ce0.6%时，焊接性很差，焊接时需采用较高预热温度和严格的工艺措施。时，焊接性很差，焊接时需采用较高预热温度和严格的工艺措施。组组分分CMnPS

9、SiCrMoVNbNAlNi含量含量0.100.530.0190.0050.409.190.880.180.0860.0280.0120.09第11页，共29页，编辑于2022年，星期一切削性能切削性能1.工艺性能：工艺性能：铸造性能铸造性能锻造性能锻造性能焊接性能焊接性能切削性能切削性能 金属材料承受切削加工的难易程度，金属材料承受切削加工的难易程度，称为称为切削性能切削性能；切削性能与；切削性能与材料及切材料及切削条件有关。通常，材料硬度低时切削条件有关。通常，材料硬度低时切削性能较好，一般情况下金属承受切削性能较好，一般情况下金属承受切削加工时的硬度在削加工时的硬度在HB170HB170

10、一一230230之间为之间为宜。宜。1.1.碳钢碳钢来说，硬度太低时，出现来说，硬度太低时，出现“粘刀粘刀”现象，光现象，光洁度差。洁度差。2.2.纯铁纯铁容易切削，难以获得较高的光洁度；容易切削，难以获得较高的光洁度；（硬度太低）（硬度太低）3.3.不锈钢不锈钢可在普通车床上加工，但在自动车床上，却可在普通车床上加工，但在自动车床上，却难以断屑，属于难加工材料难以断屑，属于难加工材料。第12页，共29页，编辑于2022年，星期一物理性能物理性能2.使用使用性能：性能：物理性能物理性能化学性能化学性能力学性能力学性能（一）密度（一）密度（二）热学性能（二）热学性能 熔点熔点 热容热容 热膨胀热

11、膨胀 热传导热传导（三）电学性能（三）电学性能 电阻率电阻率 电阻温度系数；电阻温度系数；介电性介电性（四）磁学性能（四）磁学性能 磁导率磁导率；饱和磁化强度饱和磁化强度Ms和磁矫顽力和磁矫顽力c 物理性能，不仅对工程材料的选用来说，有着重物理性能，不仅对工程材料的选用来说，有着重要的意义；而且也会对材料的加工工艺产生一定的影要的意义；而且也会对材料的加工工艺产生一定的影响。响。第13页，共29页，编辑于2022年，星期一化学性能化学性能2.使用使用性能：性能：物理性能物理性能化学性能化学性能力学性能力学性能研究内容研究内容a)a)化学腐蚀化学腐蚀b)b)电化学腐蚀电化学腐蚀c)c)提高零件耐

12、蚀性的主要措施提高零件耐蚀性的主要措施 材料在生产、加工和使用时，均会与环境介质发材料在生产、加工和使用时，均会与环境介质发生化学反应，从而使其性能恶化或功能丧失。生化学反应，从而使其性能恶化或功能丧失。第14页，共29页，编辑于2022年，星期一2.使用使用性能：性能：物理性能物理性能化学性能化学性能力学性能力学性能金属的力学性：金属的力学性：材料在外力作用材料在外力作用下表现出来的特性。下表现出来的特性。表征和判定金表征和判定金属力学性能所用的属力学性能所用的指标和依据称为金指标和依据称为金属力学性能的判据。属力学性能的判据。第15页，共29页，编辑于2022年，星期一强度：强度：即试样拉

13、断前承受的最大标称拉应力。即试样拉断前承受的最大标称拉应力。塑性：塑性：即断裂前材料发生不可逆永久变形的能力。即断裂前材料发生不可逆永久变形的能力。拉伸试验机拉伸试验机液压式万能电子材液压式万能电子材料试验机料试验机（一）强度和塑性（一）强度和塑性第16页，共29页，编辑于2022年，星期一*标准拉伸试样标准拉伸试样：长试样：长试样：L L0 0=10d=10d0 0短试样：短试样：L L0 0=5d=5d0 0拉伸试验拉伸试验（低碳钢应力（低碳钢应力-应变曲线）应变曲线）d0L0拉伸试样的颈缩现象拉伸试样的颈缩现象第17页，共29页，编辑于2022年，星期一屈服屈服强度强度力力伸长曲线伸长曲

14、线b屈服屈服弹性弹性变形变形断裂断裂塑性塑性变形变形 （F）LOaefc缩颈缩颈抗拉抗拉强度强度弹性弹性极限极限延伸率：延伸率：断面收缩率：断面收缩率：A A2-5%2-5%属脆性材科属脆性材科A5-10%A5-10%属韧性材料属韧性材料A10%A10%属塑性材料属塑性材料第18页，共29页，编辑于2022年，星期一即材料即材料抵抗局部变形抵抗局部变形的能力。的能力。硬度是材料抵抗硬度是材料抵抗塑性变形、压痕的能塑性变形、压痕的能力，是衡量金属软硬力，是衡量金属软硬的判据，也是表征力的判据，也是表征力学性能的一项综合指学性能的一项综合指标。标。（二）硬度（二）硬度第19页，共29页，编辑于20

15、22年，星期一 布氏硬度计布氏硬度计 洛氏硬度计洛氏硬度计 维氏硬度计维氏硬度计第20页，共29页，编辑于2022年，星期一布氏、洛氏、维氏硬度布氏、洛氏、维氏硬度 金金属属的的力力学学性性能能压头压头硬度硬度计计算算应应用范用范围围不可不可应应用用范范围围优优点点缺点缺点布布 氏氏洛洛 氏氏维维 氏氏球形球形硬质硬质合金合金较软材料、较软材料、灰铸铁、有灰铸铁、有色金属、退色金属、退火正火钢材火正火钢材等等计算球计算球形压痕形压痕面积面积成品检验、成品检验、薄件表面检薄件表面检验验误差小、误差小、稳定、重稳定、重复性强复性强压痕大，测压痕大，测量费时量费时圆锥圆锥形金形金刚石刚石四棱四棱锥体

16、锥体金刚金刚石石直接直接读数读数较硬材料、较硬材料、成品检验、成品检验、薄件表面检薄件表面检验验组织不均组织不均匀材料匀材料操作简单、快操作简单、快捷，适用范围捷，适用范围广，能侧薄件广，能侧薄件测量精度低、可比测量精度低、可比性差、不同标尺的性差、不同标尺的硬度值不能比较硬度值不能比较计算四面计算四面体压痕面体压痕面积积适用于大适用于大部分材料部分材料大批生产时大批生产时的组织不均的组织不均匀材料匀材料适用范围广、适用范围广、可比性强、可可比性强、可测量薄件测量薄件操作麻烦，效操作麻烦，效率低率低第21页，共29页，编辑于2022年，星期一（三）冲击韧性（三）冲击韧性材料抵抗冲击性材料抵抗冲

17、击性外力而不破坏的能力。外力而不破坏的能力。具体指：试样缺口处单位具体指：试样缺口处单位截面积上所消耗的冲击截面积上所消耗的冲击吸收功。吸收功。冲击韧性冲击韧性演示演示T(c)-40-20020204060ak韧脆转变温度韧脆转变温度TT，a ak k急剧急剧韧性韧性脆性脆性金属材料的韧脆转变温度越低，材金属材料的韧脆转变温度越低，材料的低温冲击韧性愈好。料的低温冲击韧性愈好。第22页，共29页，编辑于2022年，星期一（四）（四）疲劳强度疲劳强度 零件在循环应力的作用，零件在循环应力的作用，即使工作时承受的应力低于材即使工作时承受的应力低于材料的屈服点或规定残余伸长应料的屈服点或规定残余伸长

18、应力，在经受一定的力，在经受一定的交变应力交变应力后后也会发生突然断裂，这种现象称也会发生突然断裂，这种现象称为为疲劳疲劳。疲劳极限疲劳极限-1-1:表示金属材料在表示金属材料在无数次交变载荷作用而不破坏的无数次交变载荷作用而不破坏的最大应力。最大应力。循环次数（N）应力(Mpa)N-1有限寿命有限寿命无限寿命无限寿命钢材的循环次数钢材的循环次数 N=10N=107 7有色金属的循环次数有色金属的循环次数 N=10N=108 8第23页，共29页，编辑于2022年，星期一夹杂物放射棱线和疲劳弧线夹杂物放射棱线和疲劳弧线疲劳源疲劳源瞬断区瞬断区扩展区扩展区高周疲劳断口高周疲劳断口 航空涡喷航空涡

19、喷6 6发动机叶片疲劳断口发动机叶片疲劳断口 （歼击机）（歼击机）叶片疲劳条带叶片疲劳条带第24页，共29页，编辑于2022年，星期一汽轮机机组第汽轮机机组第10级动叶片断裂失效级动叶片断裂失效A裂源区裂源区B疲劳裂纹扩展区疲劳裂纹扩展区C瞬时断裂区瞬时断裂区第25页，共29页，编辑于2022年，星期一提高疲劳极限途径：提高疲劳极限途径：改善零件结构形状改善零件结构形状降低表面粗糙度降低表面粗糙度采取表面强化采取表面强化第26页，共29页，编辑于2022年，星期一（五）断裂韧性（五）断裂韧性低应力脆断低应力脆断有些零件在工作应力有些零件在工作应力远远低于屈服点远远低于屈服点时就会发生脆性断时就

20、会发生脆性断裂。这种现象称为低应力脆断。裂。这种现象称为低应力脆断。韧性脆断的评定韧性脆断的评定式中：式中：K K1c1c-断裂韧性断裂韧性 c c-断裂时的应力值（断裂时的应力值（N/mm2N/mm2）；）；Y Y-裂纹的几何形状因子裂纹的几何形状因子;a a-裂纹长度（裂纹长度（mmmm）；）；a图图1具有张开型裂纹的试样具有张开型裂纹的试样当当K K1 1达到临界值达到临界值K K1C1C时时，零件内裂纹将发生失稳扩展，零件内裂纹将发生失稳扩展而出现低应力脆性断裂，而而出现低应力脆性断裂，而K K1 1K K1C1C时时，零件安全，零件安全可靠。可靠。第27页，共29页，编辑于2022年，星期一第28页，共29页，编辑于2022年，星期一第一节结束第一节结束第29页，共29页，编辑于2022年，星期一