特种设备无损检测人员培训26486.docx

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1、Evaluation Warning: The document was created with Spire.Doc for .NET.特种设备备无损检检测人员员培训（20113年007月）授课教师师：田学学军 113011468830776（管道检检验三所所 所所长） 河南省锅锅炉压力力容器安安全检测测研究院院第一章金金属材料料及热处处理基本本知识金属材料料（金属属及合金金）的性性能包括括：力学学性能（也也称为机机械性能能）、物物理性能能、化学学性能和和工艺性性能。合金：是是由两种种或者两两种以上上的金属属或者金金属与非非金属元元素相互互熔合而而成的。1.1金金属材料料力学基基本知识识一、

2、金属属材料力力学性能能概述金属材料料的力学学性能指指标表征征金属抵抵抗各种种损伤作作用的能能力大小小，是金金属材料料在外力力作用下下表现出出来的特特性。它它是判定定金属材材料力学学性能的的依据，评评定金属属材料质质量的判判据，同同时也是是设计选选材和进进行强度度计算的的主要依依据。金属材料料的力学学性能包包括：1. 常温下的的强度、硬度、弹性、塑性、韧性等，例如屈服点或屈服强度S（0.2）、抗拉强度b、伸长率、断面收缩率、冲击韧性Ak等；2. 特定条件件下的力力学性能能，例如如高温强强度、低低温冲击击韧性、疲疲劳极限限、断裂裂力学性性能等。应当注意意新的力力学性能能指标表表示方法法：抗拉强度度

3、Rm上屈服强强度（RReH）下屈服强强度（ReLL）规定非比比例延伸伸强度RRp0.2断后伸长长率A断面收缩缩率Z冲击吸收收功（AAK）时效冲击击功室温夏比比冲击吸吸收功AAkv脆性转变变温度FFATTT（500脆性性断口）二、钢材材的性能能（一）、钢材的物理性能钢材的物物理性能能一般包括括：密度度，比热热容Cpp，热导导率，线膨膨胀系数数a，弹性性模量EE，电阻阻率R等。（二）、钢材的化学性能耐腐蚀性性：钢材材抵抗周周围介质质腐蚀作作用的能能力。不不锈钢具具有相对对优良的的耐腐蚀蚀性能。抗氧化性性：钢材材在一定定温度条条件和外外力作用用下抵抗抗氧化的的能力。耐热钢具有相对良好的抗氧化性，不锈

4、钢的抗氧化性更好。（三）、钢材的力学性能钢材在一一定的温温度条件件和外力力作用下下抵抗变变形和断断裂的能能力，称称为力学学性能。1.常规规力学性性能，如如强度、塑塑性、硬硬度和韧韧性等。2.高温温性能，如如抗蠕变变性能、持持久强度度、瞬时时强度和和热疲劳劳性等。3.低温温性能，如如低温冲冲击韧性性、脆性性转变温温度等。（四）、钢钢材的工工艺性能能1.铸造造性能2.切削削加工性性能3.压力力加工性性能4.焊接接性能1.1.1应力力与应变变应力：单单位面积积上的作作用力。= FF/S0(单位: N/m2 orr Paascaal (Pa)应变：单单位长度度上的变变化量，用用来描述述塑性变变形和弹弹

5、性变形形程度。=LL / L0（无单位位）图1.11.1-1 退退火低碳碳钢的拉拉伸曲线线通过拉伸伸试验可可以测得得材料的的弹性、强强度、延延伸率、加加工硬化化和韧性性等重要要的力学学性能指指标，它它是材料料的基本本力学性性能。1.1.2强度度金属材料料强度指指标：（1）屈屈服强度度屈服强度度（GBB/T2228-20002金金属材料料室温拉拉伸试验验方法）定义：当金属材料呈现屈服现象时，在试验期间达到塑性变形发生而力不增加的应力点。又区分为上屈服强度和下屈服强度。（1）上上屈服强强度（RReH），试试样发生生屈服而而力首次次下降前前的最高高应力；（2）下下屈服强强度（RReL），在在屈服期期

6、间，不不计初始始瞬间效效应时的的最低应应力。材料在拉拉伸过程程中，当当载荷达达到某一一值时，载载荷不变变而试样样仍继续续伸长的的现象，称称为屈服服。材料料开始发发生屈服服时所对对应的应应力，称称为屈服服点（又又称屈服服强度或或屈服极极限），用Ree （RReH 、ReeL）表表示。我我国标准准规定RRe取钢钢材的下下屈服点点值（RReL）。（2）抗抗拉强度度抗拉强度度（GB/T2228-220022金属属材料室室温拉伸伸试验方方法）定义：相应最最大力的的应力为为抗拉强强度（RRm）。而最最大力(Fm)是指试试样在屈屈服阶段段之后所所能抵抗抗的最大大力；对对于无明明显屈服服（连续续屈服）的的金属

7、材材料，为为试验期期间的最最大力。应应力是指指试验期期间任一一时刻的的力除以以试样原原始横截截面积之之商。试样拉伸伸时，在在拉断前前所承受受的最大大载荷与与试样原原始截面面之比，称称为强度度极限或或抗拉强强度，用用Rm（）表示。（3）持持久极限限持久极限限又称为为持久强强度，是是指材料料在规定定温度下下，达到到规定时时间而不不断裂的的最大应应力。常常用符号号为带有有一个或或两个指指数来表表示。例例如，表表示在试试验温度度为7000时，持持久时间间为10000hh的应力力，即所所谓高温温持久极极限。（4）蠕蠕变极限限蠕变极限限又称蠕蠕变强度度，是指指在规定温温度下，引引起试样样在一定定时间内内蠕

8、变总总伸长率率或恒定定蠕变速速率不超超过规定定值的最最大应力力。1.1.3塑性性金属材料料塑性指指标（1）断断后伸长长率（延延伸率） 断后后伸长率率（GB/T2228-220022金属属材料室室温拉伸伸试验方方法）定义：试样拉拉断后标标距的残残余伸长长（LuuLo）与与原始标标距（LLo）之之比的百百分率为为断后伸伸长率（A）。其中，（Lu）为断后标距。A（LLuLo）/ Loo (1.1.33-1)（2）断断面收缩缩率 断面收收缩率（GB/T228-2002金属材料室温拉伸试验方法）定义：断裂后试样横截面积的最大缩减量（SoSu）与原始横截面积（So）之比的百分率为断面收缩率（Z）。其中，（

9、Su）为断后最小横截面积。Z（SSoSu）/ Soo (1.11.3-3) （3）冷冷弯性能能金属材料料在常温温下承受受弯曲而而不破裂裂的能力力，称为为冷弯性性能。冷冷弯试验验用以考考核材料料弯曲变变形的能能力并且且能使存存在的缺缺陷显示示出来，在在一定程程度上模模拟了压压力容器器制造时时卷板机机的工艺艺情况，是锅炉压力容器用钢材与焊接接头力学性能考核的重要指标。出现裂纹纹前能承承受的弯弯曲程度度愈大，则则材料的的冷弯性性能愈好好。弯曲曲程度一一般用弯弯曲角度度或弯芯芯直径dd对材料料厚度aa的比值值来表示示。1.1.4硬度度硬度是材材料抵抗抗局部塑塑性变形形或表面面损伤的的能力。硬硬度与强强

10、度有一一定的关关系。一一般情况况下，硬硬度较高高的材料料其强度度也较高高，所以以可以通通过测试试材料的的硬度值值来估算算材料的的强度。此此外，硬硬度较高高的材料料，其耐耐磨性也也较好。工程上常常用的硬硬度试验验方法有有：布氏氏硬度 HB、洛洛氏硬度度 HRR、维氏氏硬度HHV、肖肖氏硬度度HS和里里氏硬度度HL。检验中硬硬度检测测的应用用材料硬度度值与其其强度存存在着一一定的比比例关系系，对钢钢铁材料料来说，其其抗拉强强度近似似等于33.555倍的布氏氏硬度值值；材料料化学成成分中，大大多数合合金元素素都会使使材料的的硬度升升高，其其中碳对对材料硬硬度的影影响最直直接，材材料中的的碳含量量越大

11、，其其硬度越越高，因因此硬度度试验有有时用来来判断材材料强度度等级或或鉴别材材质；材材料中不不同金相相组织具具有不同同硬度，一一般来说说，马氏氏体硬度度高于珠珠光体，珠珠光体的的硬度高高于铁素素体，铁铁素体的的硬度高高于奥氏氏体，故故通过硬硬度值可可大致了了解材料料的金相相组织、以以及材料料在加工工过程中中的组织织变化和和热处理理效果。加工残余应力与焊接残应力的存在对材料的硬度也会产生影响，加工残余应力与焊接残余应力值越大，硬度越高。正因为影影响材料料硬度的的因素较较多，工工程上硬硬度检测测的应用用也较多多，锅炉炉、压力力容器、压压力管道道检验中中硬度检检测的应应用概括括如下：（1）对对于一般

12、般的碳素素钢、低低合金钢钢制压力力容器，当当材质不不清或有有疑问时时，可通通过测定定硬度，并并根据硬硬度与强强度的关关系，近近似求出出材料的的强度值值。常用用的一个个换算公公式：RRe=33.288HV-2211（适用用于母材材）；另一公公式为RRm3.555HBB（适用用于HBB1755的材料料）（2）锅锅炉、压压力容器器、压力力管道焊焊接性试试验中检检测焊接接接头断断面的母母材、焊焊缝和热热影响区区的硬度度，据此此判断材材料的焊焊接性和和工艺的的适用性性的方法法称最高高硬度试试验法。例例如用最最高硬度度法评价价材料的的焊接性性和工艺艺的适用用性时，要要求166MnRR的HVV3900；15

13、5MnVVR的HHV4000（3）现现场经常常通过检检测母材材、焊缝缝和热影影响区的的硬度，判判断焊接接工艺执执行情况况和焊接接接头质质量。（4）锅锅炉、压压力容器器、压力力管道进进行局部部或整体体热处理理后，可可通过对对焊缝金金属、热热影响区区及母材材进行硬硬度测定定，检查查热处理理效果，判判断焊缝缝接头的的消除应应力情况况。例如如现场组组焊的压压力容器器，整体体热处理理后焊缝缝金属和和热影响响区的硬硬度值要要求不大大于母材材的1220%（碳碳素钢）或或1255%（合合金钢）。（5）低低合金钢钢制压力力容器焊焊接返修修时，对对返修部部位进行行硬度测测定，检检查返修修补焊工工艺的可可行性及及焊

14、接质质量。（6）压压力容器器使用过过程中，由由于压力力、温度度、介质质等工况况条件的的影响，会会出现脱脱碳现象象。在用用检验中中，当怀怀疑有脱脱碳时，应应对可疑疑部位进进行硬度度测定。（7）锅锅炉、压压力容器器、压力力管道在在高温下下长期使使用后，有有可能引引起渗碳碳、渗氮氮、硫化化、钒化化及石墨墨化等现现象。使使材料的的硬度改改变。在在用检验验时，应应选择适适当部位位进行硬硬度测定定。（8）高高强度钢钢压力容容器在用用检验中中，应进进行硬度度检测，了了解焊接接接头是是否有淬淬硬组织织。（9）在在应力腐腐蚀环境境中使用用的压力力容器，在在制造或或在用检检验中应应进行硬硬度检测测，以判判断应力力

15、腐蚀倾倾向。例例如，要要求湿硫硫化氢应应力腐蚀蚀环境中中的碳钢钢HB2000；合金金钢HBB2355；液氨氨储罐材材料临界界硬度为为HV2210。（10）锅炉、压力容器、压力管道的主要附件，例如螺栓、螺母等，当材质不清或热处理状态不明时，可通过测定硬度加以判断。1.1.5冲击击韧度(冲冲击韧性性)1.1.5.11冲击吸吸收功（AK）冲击吸收收功是指指材料在在受到外外加冲击击载荷的的作用下下，断裂裂时所消消耗能量量大小的的特性，即即冲击试试样所吸吸收的功功，其单单位为焦焦耳（JJ）。1.1.5.22冲击韧韧度（）冲击韧度度很大程程度上反反映钢的的冶金质质量和成成品热处处理的质质量，是是材料强强度

16、（RRe、RRm）与与塑性（AA、Z）的的综合反反映。冲击韧度度通常是是在摆锤锤式冲击击试验机机上测定定的。摆摆锤冲断断带有缺缺口的试试样所消消耗的功功（即试试样在冲冲击试验验力一次次作用下下折断时时所吸收收的功）称为冲击吸收功，用Ak表示；冲击试样缺口底部单位横截面上的冲击吸收功称为冲击韧度。若试样断口处横截面积为SN，则冲击韧度Ak/SN，单位为J/cm2。Ak或aak的值值越大，材材料的韧韧性越好好。冲击吸收收功与试试样的尺尺寸和缺缺口的形形状有关关。由于于不同的的冲击试试样在试试验时应应力状况况各不相相同，在在破坏时时所消耗耗的能量量也不一一样，因因此冲击击吸收功功值也不不同。试试样的

17、缺缺口形式式有夏比比U形和和夏比VV形两种种，其冲冲击韧度度分别用用Akuu和Akkv表示示。我国国锅炉压力力容器用用钢规定定采用夏夏比V型型缺口冲冲击试样样，其冲冲击吸收收功为AAkv。而以前前多用UU型缺口口，其冲冲击吸收收功为AAku。两者者的数值值不能换换算。对锅炉压压力容器器用钢来来说，冲冲击吸收收功是衡衡量其裂裂纹扩展展阻力的的重要指指标之一一。1.1.5.88锅炉压力力容器材材料的脆化用于制作作锅炉压力力容器受受压元件件所用的的钢材在在常温静静载条件件下一般般都有较较好的塑塑性和韧韧性，工工程上习习惯称之之为塑性性材料。但但实际上上，塑性性很好的的材料在在一些不不利的条条件或环环

18、境下使使用也会会出现塑塑性和韧韧性降低低的现象象，即发发生脆化化。不了了解和不不注意塑塑性材料料使用不不当时可可能会发发生脆性性破坏，这这对压力力容器的的安全是是极为不不利的。由于材料的脆化单靠外观检查和无损检测不能有效地发现，因此由脆性断裂引起的事故往往具有突发性。脆性断裂具有快速扩展特点，所以是最危险的失效形式。钢的冷脆脆性和低低温冲击击韧性钢的冷脆脆是锅炉炉压力容容器材料料脆化最最重要的的类型。所所谓冷脆脆性是指指金属材材料在低低温下呈呈现韧性性降低，脆脆性增大大的现象象。对于于在低温温条件下下工作的的受压元元件，考考虑钢材材冷脆性性是选用用钢材种种类的基基本要求求。对于于高温条条件下工

19、工作的受受压设备备，例如如锅筒、集集箱、高高温反应应容器、换换热器、超超高压反反应釜等等，所用用的材料料虽然在在运行状状态下塑塑性性能能较好，但但在室温温下进行行水压试试验时仍仍有可能能引起脆脆性破坏坏，这也也属于冷冷脆问题题。为了了避免发发生破坏坏，在水水压试验验时对不不同材料料规定了了不同的的最低水水温值。可通过断断口形貌貌法来确确定材料料韧脆转转变温度度：由于于温度下下降时，试试样断口口上结晶晶区面积积增大，纤纤维区面面积减小小，根据据两者相相对面积积的变化化来确定定韧脆转转变温度度。通常常在脆性性断面率率-温度度曲线中中规定脆脆性断面面率（nn）所对对应的温温度即为为韧脆转转变温度度，

20、用FFATTTn表示。例例如脆性性断面率率为500所对对应的温温度记为为FATTT500。脆性转变变温度FFATTT（500脆性性断口）：在整个断口面积中，呈韧性断口和脆性断口特征面积各占50%所对应的温度，即材料在低于该温度以下时会发生脆裂。蠕变金属材材料在一一定的高高温环境境下，即即使应力力低于屈屈服极限限，材料料也能发发生缓慢慢的塑性性变形。即：金属材料长期处在一定的高温环境下，随着时间的增加，虽然力不增加但变形不断增加的现象。这种塑性性变形经经过长时时间的积积累，最最终会导导致材料料破坏蠕变变破坏。碳素钢和和普通低低合金钢钢的蠕变变温度界界限为3350-4500。蠕变破坏坏一般都都有明

21、显显的塑性性变形，其其变形量量的大小小取决于于材料的的塑性。图1.2.1-1 三种典型晶胞示意图a)体心立方晶胞 (b)面心立方晶胞 (c)密排六方晶胞1.2金金属学与与热处理理基本知知识1.2.1金属属的晶体体结构物质是由由原子构构成的。根根据原子子在物质质内部的的排列方方式不同同，可将将物质分分为晶体体和非晶晶体两大大类。由由基本单单元按一一定间隔隔重复，按按规则的的排列方方式构成成的材料料称为晶晶体。而而内部原原子呈不不规则排排列的物物质称为为非晶体体，所有固固态金属属都是晶晶体。在固态金金属中，晶晶体内部部原子的的排列方方式称为为晶体结结构。常见的晶晶体结构构有：1. 体体心立方方晶格

22、，其晶胞胞是一个个立方体体，原子子排列于于立方体体的各节节点上和和立方体体的中心心。属于于此类的的金属有有铁（纯铁在温度度降至9910以下时时），铁（纯铁铁从液态态开始凝凝固，在在温度降降至1553413990时），CCr，MMo、WW、V，Ti（型钛钛合金）等。2. 面面心立方方晶格，其晶胞胞也是一一个立方方体，除除各节点点处排列列着原子子外，在在立方体体每个面面的中心心也排列列着原子子。属于于此类的的金属有有铁（铁在在910013390时），AAl，CCu，NNi、铅铅、金、银银等。3. 密密排六方方晶格，属属于此类类的金属属有Mgg，Znn，Ti等等。不同晶体体结构的的材料具具有不同同特

23、性:(1) 体心立方方晶格的的金属均均具有较较低的强度度、硬度度、熔点点，而塑塑性、韧韧性很好好，且具具有冷脆脆性；(2) 面心立方方晶格的的金属具具有较好好的塑性性、韧性性，没有有冷脆性性。(3) 密排六方方晶格强强度低且且塑性韧韧性差，一一般不用用作结构构材料。实际晶体体的原子子排列并并非完美美无缺，由由于种种种原因使使晶体的的许多部部位的原原子排列列受到破破坏，从从而产生生各种各各样的缺缺陷。金金属主体体原子中中存在的的另类原原子称为为杂质，杂杂质和晶晶体中的的原子排排列错误误统称为为“缺陷”，包括括点缺陷陷、线缺缺陷、面面缺陷、体体缺陷四四类。常见的晶晶格缺陷陷有空位位、间隙原原子、置

24、代原原子、位错等等。1.2.2金属属强度的的本质与与金属材材料的强强化机制制金属的强强度指标标Re（）、Rmm（）是代表表金属在在一定变变形过程程中对塑塑性变形形的抵抗抗能力。金金属对塑塑性变形形的抗力力越大，表表明金属属的强度度越高。因因此，一一切提高高金属变变形抗力力的因素素均能提提高金属属的强度度。金属及合合金的基基本强化化方式：（1）固固溶强化化（2）应应变强化化（3）晶晶粒细化化（4）沉沉淀强化化1.2.3金属结结晶高温的液液态金属属冷却转转变为固固态金属属的过程程是一个个结晶过过程，即即原子由由不规则则状态（液液态）过过渡到规规则状态态（固态态）的过过程。图1.2.3-1 金属的结

25、晶过程示意图过冷是金金属结晶晶的必要要条件。每每一种金金属都有有一定的的结晶温温度，例例如铁的的结晶温温度为115355，铜的的结晶温温度为110833，这种种结晶温温度称为为理论结结晶温度度或平衡衡结晶温温度，用用表示，但但实际上上液态金金属只有有冷却到到低于以以下才开开始结晶晶，也就就是说，实实际结晶晶温度总总是低于于理论结结晶温度度，两者者之差称称为过冷冷度，用用表示，即即。过冷度的的大小与与冷却速速度有关关，冷却却速度愈愈快，过过冷度愈愈大。当当冷却加加快时，实实际结晶晶温度下下降，过过冷度增增大，并并使晶粒粒细化。由由于细晶晶粒组织织具有良良好的机机械性能能，通常常总是希希望得到到细

26、晶粒粒组织，这这可以通通过热处处理的方方法来达达到。结晶过程程总是从从晶核开开始，晶晶核通常常依附于于液态金金属中的的固态微微粒杂质质而形成成。液体体中的原原子不断断产生新新的晶核核，并不不断长大大，直到到所有的的晶粒长长大到相相互接触触，结晶晶即告结结束（图图1.22.3-1）。同素异晶晶转变某些金属属，例如如铁、锰锰、锡等等，凝固固后在不不同的温温度下，有有着不同同的晶格格形式，这这种由于于由于温温度改变变而晶格格也改变变的现象象称为同同素异晶晶转变。金金属的同同素异晶晶转变与与液态金金属的结结晶很相相似。例例如，转转变过程程也包含含晶核的的生成与与长大；转变时时也放出出潜热，因因而也是是

27、这恒温温下进行行的，也也有过冷冷现象等等。根据纯铁铁冷却曲曲线，纯纯铁液体体从15534开始凝凝固后所所得到的的是体心心立方晶晶格的铁铁，称为为Fe（11534413390）。在在13990时发生生同素异异晶转变变，Fe转转变成面面心立方方晶格的的Fe（铁铁在133909100时）。当当温度降降至9110时，面心心立方晶晶格的Fe又又转变成成体心立立方晶格格的Fe（9910以下时时）。需要注意意的是，Fe在768发生磁性转变：768以下的铁具有磁性，768以上的铁无磁性。1.2.4铁碳合合金的基基本组织织铁碳合金金状态图图：通常把钢钢和铸铁铁统称为为铁碳合合金，这这是因为为钢和铸铸铁的成成份虽

28、然然复杂 ，但都都是由铁铁和碳两两种元素素组成的的。一般把含含碳量为为0.002%2.111%的铁碳碳合金称称为钢；含碳量大大于2.11%的称为铸铁铁；含碳量为为0.0021880.04%的称为为工业纯纯铁；含碳量小小于0.02118%的的称为纯纯铁。纯铁是很很软的金金属，有有银白色色金属光光泽。但但当纯铁铁中含有有一定量量的碳后后，就变变成了钢钢。一般纯铁铁中含碳碳在0.02%至0.25%称为低碳碳钢，硬硬度较低低，塑性性很好；含碳量量0.225%至至0.66%的钢钢叫中碳碳钢，其其硬度中中等；含碳量量0.66%至22.111%的称为为高碳钢钢，硬度很很高，可制刀刀枪、模模具等。低低、中、高

29、高碳钢合合在一起起就叫“碳素钢”。铁中碳含量超过2.11%称为铸铁（生铁）。图1.22.4-1 （aa） 铁铁碳合金金状态图图碳含量对对钢铁的的性质有有决定性性的影响响。例如如，钢的的含碳量量低，其其性质是是“强而韧韧”，而普普通铸铁铁的含碳碳量高，其其性质是是“脆而弱弱”。钢的熔熔点高，铸铁的的熔点低低，等等等。FeFFe3C合金中中的基本本相结构构有：铁铁素体、奥奥氏体、渗渗碳体。1. 铁素体铁素体是是碳溶于于铁或者者铁中的的固溶体体，用符符号“F”表示。铁或者者铁都是是体心立立方晶格格，前者者是指温温度低于于9100的铁，后后者是温温度在11390015534之间的的铁。所谓“固固溶体”

30、是指组组成合金金的两种种或两种种以上元元素，相相互溶解解形成单单一均匀匀的物质质。铁素素体的溶溶碳能力极极差（00.0008-00.0222%），在727溶碳量最大时也仅有0.022%。铁素体的强度、硬度不高，具有良好的塑性和韧性，在770（磁性转变温度）以下具有铁磁性，超过770则丧失铁磁性。2.奥氏氏体奥氏体是是碳溶于于铁中的的固溶体体，用符符号“A”表示。铁是面面心立方方晶格，奥奥氏体溶溶碳能力力较大，最最大可达达2.111%（1148），在727时溶碳量为0.77%。在铁碳合金系中，奥氏体仅存在于727以上的高温范围内。奥氏体不具有铁磁性。3.渗碳碳体渗碳体是是铁和碳碳的金属属化合物物

31、，又称称碳化铁铁，其含含碳量为为6.667%，符号是“Fe3C”。 常温下铁碳合金中的碳大部分以渗碳体存在。渗碳体的硬度很高（约为700HB），而塑性和韧性几乎为零，脆性极大。渗碳体的熔化温度约为1600，渗碳体在217以下具有弱铁磁性，高于217磁性消失。珠光体是是层片状状铁素体体与渗碳碳体组成成的机械混混合物，珠珠光体的的硬度和和强度较较高，塑塑性也较较好。共析钢:含碳量量为0.77%的铁碳碳合金只只发生共共析转变变，其组组织是1100%珠光体体，称为为共析钢钢。过共析钢钢:含碳碳量大于于0.777%的的铁碳合合金称为为过共析析钢，其其常温组织织是珠光光体P+渗碳体体Fe33C；过共析钢钢

32、的碳含含量增加加，组织织中的渗渗碳体增增多，珠珠光体含含量减少少，塑性性和韧性性下降，但但硬度却却随之增增加。亚共析钢钢:含碳碳量小于于0.777%的的铁碳合合金称为为亚共析析钢，其其常温组织织是铁素素体F+珠光体体P。1.2.5热处理理一般过过程热处理是是将固态态金属及及合金按按预定的的要求进进行加热热，保温温和冷却却，以改改变其内内部组织织，从而而获得所所要求性性能的一一种工艺艺过程。由由于钢是是承压类类特种设设备制造造中使用最最广泛的的金属材材料，因因此本节节只介绍绍钢的热热处理。在实际生生产过程程中，热热处理过过程是比比较复杂杂的，可可以由多多次加热热和冷却却过程组组成，但但其基本本工

33、艺是是由加热热、保温温和冷却却三个阶阶段构成成的，温度和和时间是是热处理理的主要要因素。任何热处理过程都可以用温度时间曲线来说明，图1.2.5-1即为基本热处理工艺曲线图。由铁碳合合金状态态图可知知，随着着温度的的变化，钢钢在固体体状态下下能够发发生相变变，图11.2.5-2为为铁碳合合金状态态图中钢钢的固态态部分，与与低碳钢钢相关的的固态相相变温度度为GS线和和PSK线，分分别称为为A3 线和和A1线。在在实际加加热和冷冷却时，由由于存在在过热和和过冷现现象，加加热时钢钢的相变变温度将将高于AA3线和A1线，所以以在加热热时相变变临界点点用Acc3线和和Ac11线表示示；冷却却时钢的的相变温

34、温度将低低于A33线和AA1线，所所以在冷冷却时的的相变临临界点用用Ar33线和AAr1线表示。钢在热处处理过程程中的组组织变化化，由两两个过程程组成：一是加热热时，钢钢的常温温组织转转变为奥奥氏体；二是冷却却时奥氏氏体分解解，随着着冷却速速度的不不同，得得到不同同形态和和组织的的珠光体体、铁素素体或马马氏体等等转变产产物。1.2.6承压类类特种设设备用钢钢常见金金相组织织和性能能（1）奥奥氏体AA FFe r（C）奥氏体是是碳在Fe中的的间隙固溶溶体，在在合金钢钢中是碳碳和合金金元素溶溶解在Fe中的固固溶体。奥氏体塑塑性很高高，具有有韧性，耐耐磨性及及加工硬硬化能力力。其硬硬度和屈屈服点较较

35、低，布布氏硬度度值一般般为17702220HHB。奥奥氏体溶溶碳能力力较大，在在11447时最大大可溶解解碳为22.111%。在在7277时可溶溶解碳为为0.777%。是钢中中比容最最小的组组织。（2）铁铁素体FF Fe（C）铁素体是是碳与合合金元素素溶解在在Fe中中的固溶溶体。铁素体性性能接近近纯铁，硬硬度低（约约为8001000HBB），强强度比较较低（抗抗拉强度度一般为为2455MPaa左右）；塑性好好（伸长长率可达达50%，断面面收缩率率可达880%）。固固溶有合合金元素素的铁素素体能提提高钢的的强度和和硬度。在在7277时，碳碳在铁素素体中溶溶解量为0.0022%，在常常温下含含碳量

36、为为0.0008%。铁素体仍仍然保持持Fe的体体心立方方晶格，在在金相组组织中具具有典型型纯金属属的多面面体金相相特征。（3）渗渗碳体 Fee3C渗碳体是是铁和碳碳的化合合物，又又称碳化化铁，常常温下铁铁碳合金金中的碳碳大部分分以渗碳碳体存在在。渗碳体在在低温下下有弱磁磁性，高高于2117磁性消消失。渗渗碳体的的熔化温温度约为为16000，含碳碳量为66.677%，硬硬度很高高（约为为7000HBB），脆脆性很大大，塑性性近乎于于零。（4）珠珠光体 P 珠光体是是铁素体体和渗碳碳体的机机械混合合物，是是含碳量量为0.77%的碳钢钢共析转转变的产产物，由由铁素体体和渗碳碳体相间间排列的的片层状状

37、组织。珠光体的的片间距距取决于于奥氏体体分解时时的过冷冷度，过过冷度越越大形成成的珠光光体片间间距越小小，强度度越高。按按片间距距的大小小，又可可分为珠珠光体、索索氏体和和屈氏体体。由于于它们没没有本质质上区别别，统称称为珠光光体。粗片状球球光体P：是奥氏氏体在66507000高温分分解的产产物，硬硬度约为为19002330HBB，用一一般金相相显微镜镜（5000倍以以下）能能分辨FFe3C片。索氏体S：是奥氏氏体在66006500高温分分解的产产物，硬硬度约为为24003220HBB，用高高倍显微微镜放大大10000倍才才能分辨辨Fe3C片。屈氏体T：是奥氏氏体在55506000高温分分解的

38、产产物，硬硬度约为为33004000HBB，用电电子显微微镜放大大100000倍才才能分辨辨Fe3C片。珠光体在在金相组组织中，多多为铁素素体和渗渗碳体相相间排列列的层片片状组织织，片层层一般稍稍弯曲。在在一定热热处理条条件下（球球化退火火或高温温回火），渗渗碳体以以颗粒状状分布于于铁素体体基底之之上，即即球化组组织，亦亦叫粒状状珠光体体。（5）马马氏体 M 马氏体是是碳在Fe中的的过饱和和固溶体体。当钢钢被高温温奥氏体体化之后后，若快快速冷却却至马氏氏体点以以下时，由由于Fe在低低温下结结构不稳稳定，便便转变为为Fee。但因因冷却速速度快，钢钢中碳原原子来不不及扩散散，便保保留了高高温时母母

39、相奥氏氏体的成成分，因因此马氏氏体是钢钢在奥氏氏体化后后快速冷冷却到马马氏体点点之下发发生无扩扩散性相相变的产产物。马氏体处处于亚稳稳定状态态，由于于碳在Fee中过饱饱和，使使Fee的体心心立方晶晶格发生生了畸变变，形成成了体心心正方晶晶格。马马氏体具具有很高高的硬度度（约为为64007660HBB），很很脆，冲冲击韧性性低，断断面收缩缩率和延延伸率几几乎近等等于零。由由于过饱饱和的碳碳使晶格格发生畸畸变，因因此马氏氏体的比比容较奥奥氏体大大，钢中中马氏体体形成时时产生很很大相变变应力。（6）贝贝氏体 B 贝氏体是是过冷奥奥氏体在在中温区区间（约约25004550）相变变产生的的过饱和和的铁素

40、素体和渗渗碳体混混合物。贝氏体形形成的温温度不同同，组织织特征也也不相同同。在接接近珠光光体形成成温度所所生成的的组织叫叫“上贝氏氏体”，其特特征为由由晶粒边边界开始始向晶内内同一方方向平行行排列的的Fee片，处处理片间间夹着渗渗碳体颗颗粒，在在金相组组织中呈呈羽毛可可对称或或不对称称。在3300附近形形成的组组织叫“下贝氏氏体”，在金金相组织织中呈黑黑针状。上上、下贝贝氏体只只是形状状和碳化化物分布布不同，没没有质的的区别。上上贝氏体体的强度度小于同同一温度度形成的的细片状状珠光体体，脆性性也较大大。下贝贝氏体与与相同温温度的回回火马氏氏体强度度相近，下下贝氏体体的性能能优于上上贝氏体体，有

41、时时甚至优优于回火火马氏体体。（7）魏魏氏组织织亚共析钢钢因为过过热而形形成的粗粗晶奥氏氏体，在在较慢的的冷却速速度下，除除了在原原来奥氏氏体晶粒粒边界上上析出块块状Fe外，还还有从晶晶界向晶晶粒内部部生长的的片状Fee。这些些在晶粒粒中出现现的互成成一定角角度或彼彼此平行行的片状状Fee，即为为通常所所称的亚亚共析钢钢的魏氏氏组织。魏氏组织织的产生生与以下下因素有有关：奥奥氏体晶晶粒大小小（取决决于过热热程度）、钢钢的含碳碳量、冷冷却速度度。魏氏组织织严重时时会使钢钢的冲击击韧性、断断面收缩缩率下降降，使钢钢变脆。可可用完全全退火使使之消除除。1.2.7承压压类特种种设备常常用热处处理工艺艺

42、1.2.7.11承压类类特种设设备热处处理名词词1.临界界点临界点又又称为临临界温度度，是指指钢加热热或冷却却时发生生相变的的温度。对对钢来说说，常用用的临界界点有：A1表表示钢加加热时珠珠光体向向奥氏体体转变，冷冷却时奥奥氏体向向珠光体体转变的的温度。A3表表示亚共共析钢加加热时，先先共析铁铁素体完完全溶入入奥氏体体的温度度，或冷冷却时先先共析铁铁素体开开始从奥奥氏体中中析出的的温度。Acm表示过过共析钢钢加热时时，先共共析渗碳碳体完全全溶入奥奥氏体的的温度，或或冷却时时先共析析渗碳体体开始从从奥氏体体中析出出的温度度。Ac1为与平平衡条件件下的临临界点相相区别，将将在加热热时实际际的A1温

43、度称称为Ac1。Ar1冷却时时实际的的A1温度称称为Ar1。Ac3为与平平衡条件件下的临临界点相相区别，将将在加热热时实际际的A3温度称称为Ac3。Ar3冷却时时实际的的A3温度称称为Ar3。2.重结结晶固态的金金属及合合金，在在加热（或或冷却）通通过临界界点时，从从一种晶晶体结构构转变为为另一种种晶体结结构的现现象，称称为重结结晶。3. 再再结晶经过冷塑塑性变形形的金属属或合金金，加热热到再结结晶温度度以上时时，严重重畸变的的晶格通通过形核核及长大大成新的的无畸变变的晶格格完整的的等轴晶晶粒的过过程，称称为再结结晶。再再结晶时时，金属属或合金金没有晶晶体结构构类型的的变化。4. 过过热金属或

44、合合金在热热加工时时，由于于温度过过高，晶晶粒长得得很大，致致使性能能显著降降低的现现象，称称为过热热。过热热的材料料可以通通过热处处理的方方法使其其恢复。5. 过过烧金属或合合金加热热温度达达到固相相线附近近时，发发生晶界界开始部部分溶化化或氧化化的现象象，称为为过烧。过过烧的金金属或合合金不能能用热处处理及塑塑性变形形加工的的方法使使其恢复复。6. 时时效合金经固固溶处理理或冷变变形后，性性能随时时间而变变化的现现象，称称为时效效。由固固溶处理理所引起起的时效效称为热热时效或或淬火时时效，而而由冷变变形所引引起的时时效则称称为应变变时效或或机械时时效。7. 沉沉淀硬化化处理采用物理理方法使

45、使过饱和和固溶体体中析出出弥散的的碳化物物或金属属间化合合物等第第二相而而引起的的硬化现现象，称称为沉淀淀硬化处处理。8. 固固溶处理理将合金加加热至高高温单相相区，并并经过充充分的保保温，使使过剩相相充分溶溶解到固固溶体中中后快速速冷却，以以得到过过饱和固固溶体的的工艺，称称为固溶溶处理。固固溶处理理的目的的，是为为了改善善金属的的塑性和和韧性，并并为进一一步进行行沉淀硬硬化处理理准备条条件。9. 退退火把钢加热热到临界界点（AAc1或Ac3）或或再结晶晶温度以以上，保保温适当当时间，然然后缓慢慢冷却，使使组织达达到接近近平衡状状态的热热处理工工艺。可可分为：（1）完完全退火火（又称重重结晶

46、退退火，一一般简称称退火），是加加热至AAc3以上上2040保温后后缓冷的的一种热热处理操操作。作用：退退火可以以细化晶晶粒，消消除内应应力，改改善钢的的性能，主主要用于于亚共析析成分的的各种钢钢材和热热轧型材材。（2）消消除应力力退火（又称低低温退火火或高温温回火）是将钢钢加热到到50006000（Ac1以下下），然然后保温温、缓冷冷的热处处理操作作。作用：主主要用来来消除铸铸件、锻锻件、焊焊接件、热热轧件、冷冷拉件等等的残余余应力。（3）再再结晶退退火是将将经过冷冷塑性变变形的金金属，加加热到再再结晶温温度以上上的适当当温度，保保温后以以适应方方式冷却却的热处处理操作作。作用：主主要用来来消除形形变硬化化和残余余应力，以以降低硬硬度，提提高塑性性。 10. 淬火将钢加热热到Ac3（亚亚共析钢钢）或AAc1（过过共析钢钢）以上上3050，保温温后以大大于临界界冷却速速度的速速度快速速冷却，这这种热处处理操作作称为淬淬火。作用：一一般说来来，淬火火是为了了得到马马氏体组组织，使使钢得到到强化。淬透性和和淬硬性性：钢在在淬火后后能获得得淬硬层层深度的的性质叫叫做淬透透性，又又叫可淬淬性。钢钢在正常常淬火条条件下所所能达到到的最高高硬度，称称为淬硬硬性。11. 正火将钢加热热到Ac3（或或Acm）以以上30050，保温温一定时时间