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第二章金属材料和热处理第一节金属材料的物理机械性能1。常用金属材料的物理性质1。金属密度是每单位体积的金属质量。通常，密度小于5103千克/立方米的金属称为轻金属，密度大于5103千克/立方米的金属称为重金属。2.熔点纯金属和合金从固态变成液态的温度称为熔点。纯金属有固定的熔点，合金的熔点取决于它的成分。3.金属材料的导热性称为导热性。合金的导热性比纯金属差。导热性是金属材料的重要特性之一。当进行焊接和热处理工艺时，必须考虑材料的导热性，以防止金属材料在加热或冷却过程中形成过大的内应力，从而避免金属材料的变形或损坏。热膨胀金属材料随温度变化而膨胀和收缩的特性称为热膨胀。热膨胀的大小由线性膨胀系数和体积膨胀系数表示，体积膨胀系数大约是线性膨胀系数的3倍。在实际工作中有许多地方需要考虑热膨胀。例如，当焊接不同的金属时，应该考虑它们的热膨胀系数是否接近。5.导电金属材料在传导电流时的性能称为导电性。测量金属材料导电性的指标是电阻率。电阻率越小，金属的导电性越好。合金的导电性比纯金属差。6.在磁场中磁化的磁性金属材料的性能称为磁性。磁性与材料的成分和温度有关，不是固定的。当温度升高时，一些铁磁材料将失去磁性。常用金属材料的力学性能金属材料的力学性能是指材料在力或能量作用下的一系列力学性能，如强度、塑性、硬度、韧性、疲劳强度等力学性能，反映了金属材料在各种形式的外力作用下抵抗变形或损伤的一些能力。它们是选择金属材料的重要依据。1.强度是指材料在外力作用下抵抗塑性变形和开裂的能力。电阻越大，金属材料的强度越高。力量通常用压力来表示。根据不同的荷载性质，强度可分为抗拉强度、抗压强度、抗剪强度、抗扭强度和抗弯强度。抗拉强度通常被用作金属材料性能的主要指标。1)屈服强度钢在拉伸过程中当载荷不再增加甚至减小时，仍继续出现明显的塑性变形现象，这种现象称为“屈服”，材料开始屈服时相应的应力，称为屈服强度。用符号表示，单位为兆帕(N/mm2)。一些金属材料(如高碳钢、铸钢等。)没有明显的屈服现象。在这种情况下，当试样在长度方向上发生0.2%的塑性变形时，应力被定义为材料的“条件屈服强度”，即屈服极限。表示为0.2。在拉伸强度拉伸试验过程中，材料在拉伸失效前所承受的最大应力称为拉伸强度，用符号b表示。计算公式如下：b=Fb/So(N/mm2)，其中Fb-拉伸失效前的最大载荷 So-原始横截面积(mm2)b-拉伸强度 0.6%的高碳钢，合金钢的常见合金元素：锰、铬、镍、钼、铜、硅、钨、钒、铌、锆、钴、钛、硼、氮等。根据合金钢含量：I低合金钢合金含量 10% (304系列，316系列)根据主要合金元素：铬钢，铬镍钢，锰钢，硅锰钢，铬钼钢等。(2)按冶炼方法和脱氧程度分类(1)按炼钢炉类型分类：平炉钢、转炉钢(吹氧和吹气转炉钢)和电炉钢(电炉钢、电渣炉钢、感应炉钢和电子束炉钢等)。)。(2)根据冶炼过程中脱氧程度的不同，可分为沸腾钢、镇静钢和半镇静钢。沸腾钢是不完全脱氧钢。在冶炼的后期，钢水只被弱脱氧剂(锰铁)脱氧，所以钢水中含有大量的氧化铁。在铸造和凝固过程中，由于碳和氧化铁的反应，一氧化碳不断地从钢水中沉淀出来，导致沸腾现象。因此，它被称为镶边钢，用符号“F”表示。耐腐蚀性和机械性能较差，因此不适用于重要结构。镇静钢是完全脱氧的钢。浇注和凝固时，钢水是平静的，不沸腾，所以它被称为镇静钢。这种钢凝结后缩孔集中，产量低，成本高。然而，它由于气体含量低、偏析少、老化倾向低和质量好而被广泛使用。优质钢、合金钢以及锅炉和压力容器用钢大多是镇静钢。镇静钢用符号“Z”表示，但通常是被保存的。半镇静钢是半脱氧钢。脱氧程度介于上述两者之间，用符号“b”表示。3)按质量分类，按钢中有害杂质硫(S)和磷(P)的含量，可分为普通钢、优质钢和优质钢。(1)普通钢含硫0.050%，磷0.045%；(2)优质钢含硫0.035%，磷0.035%；(3)优质钢含硫0.030%，磷0.035%；(4)根据用途对钢进行分类。钢可分为结构钢、工具钢、特殊用途钢等。5)沉积相结构：钢的沉积相结构可分为铁素体钢、珠光体钢、马氏体钢、奥氏体钢等。2。我国的钢号表示方法，根据国家标准钢铁产品牌号表示方法 (GB221-79)的规定，采用国际化学元素符号、汉语拼音字母和阿拉伯数字的原则，即钢号中的化学元素用国际化学符号表示；钢材的名称、用途、冶炼和浇注方法一般用汉语拼音的首字母来表示。钢中主要化学元素的含量(百分比)由下式表示事实上，碳钢除了以碳为主要合金元素外，还含有少量的有益元素锰和硅，锰含量一般小于1%，有些碳钢达到1.2%，硅低于0.5%，此外，还含有少量的杂质元素硫和磷。(2)普通碳素结构钢。普通碳素结构钢的牌号依次由四部分组成，即表示屈服点的拼音字母“Q”、屈服点值、质量等级符号和脱氧方法符号。表达方法如下：QXXX-XX，表示屈服强度的“屈”一词，如该钢的牌号和力学性能见表2-2。(3)优质碳素结构钢优质碳素结构钢主要用于制造重要的机械零件和结构，其钢种用两位数表示。两位数表示钢种平均碳含量的万分之一，如20钢和45钢，分别表示平均碳含量为0.2%和0.45%的优质碳素结构钢。优质碳钢在钢号后应标有“高”或“a”。高锰含量的优质碳钢应标有锰元素，如15Mn、60Mn等。优质碳素结构钢的力学性能见表2-3。(4)其他专业钢材在普通碳素结构钢的基础上发展了一些专业钢材，以满足某些专业用途的特殊需要。下列特殊用途碳素结构钢与焊接密切相关，其力学性能见表2-4。(5)碳铸钢碳铸钢与焊接密切相关：一、焊接结构用碳钢铸件(GB7659-87)此类铸件有3个等级，具有良好的焊接性能，常用作一般工程的铸焊结构件。一般工程用铸造碳钢(GB11352-89)有五个等级。一般来说，这种铸钢很少考虑焊接性能，所以在焊接修复时要小心。(2)低合金强度钢本节所述的低合金强度钢是一种屈服强度为295 460兆帕的低合金高强度结构钢，焊接后用于热轧、控制轧制、控制冷却和正火(或正火和回火)。GB/T1591-1994规定了低合金高强度结构钢的化学成分和力学性能。机械性能如表2-5所示。标准中对钢的分类是基于钢的机械性能。钢的等级按代表屈服点、屈服点值和质量等级符号的汉语拼音字母Q顺序排列。根据钢的屈服强度，低合金高强度钢分为5个强度等级，分别为295兆帕、345兆帕、390兆帕、420兆帕和460兆帕。根据冲击吸收功的要求，每个强度等级又进一步分为五个质量等级，分别代表不同的冲击韧性要求。GB/T1591-1994和GB1591-88低合金结构钢标准牌号对比见表2-6。低合金高强度钢中的钨含量一般控制在0.20%以下。为了保证钢的强度和韧性，加入适量的锰、钼等合金元素和钒、铌、钛、铝等微合金元素，结合适当的轧制工艺或热处理工艺，保证钢具有优异的综合力学性能。低合金高强度钢具有良好的可焊性、良好的成形性和较低的制造成本，已广泛应用于压力容器、车辆、桥梁、建筑、机械、海洋结构、船舶等的制造，并已成为大型焊接结构中最重要的结构材料之一。低合金高强度钢也可根据其用途分为锅炉钢、管线钢、集装箱钢、造船钢和桥梁钢。表2-7列出了一些中国生产的低合金高强度钢的机械性能。例如：07MnCrMoVR表107MnCrMoVR钢板化学成分(wt。%)表207MnCrMoVR钢板力学性能，3)低温钢低温钢主要用于低温工作的容器、管道和结构，如液化石油气储罐、制冷设备和石化低温设备。低温