电厂金属材料与实训教学课件作者洪景娥冯刚主编第1章节金属材料的性能课件幻灯片.pptVIP

多次冲击试验是在连续冲击试验机上进行的。试验时将多次冲击缺口试样放在试验机支座上，使之受到试验机锤头的小能量多次冲击。测定材料在一定冲击能量下，开始出现裂纹和最后破断的冲击次数，作为多次冲击抗力指标，用N表示，称为多冲抗力。 材料的冲击抗力取决于材料强度和塑性的综合性能指标，随着条件的不同，强度和塑性的作用是不同的。大能量一次冲击时，其冲击抗力主要取决于塑性；而小能量多次冲击时，其多冲抗力则主要取决于强度，但需具有一定的塑性。随着冲击能量的提高，塑性也需相应提高。 四、疲劳强度 金属材料在远低于其屈服极限的交变应力长期作用下发生的断裂现象，称为金属的疲劳。 1．疲劳失效的特点 叶片疲劳断口的宏观形貌如图1-10所示。 疲劳失效的断口有明显的特征，一般由两个明显的部分组成，见图1-8所示。图中A为疲劳源；D区为疲劳裂纹发展区；G区为瞬时断裂区。疲劳裂纹发展区的特征表面较光滑，另外，裂纹向前扩展时，表面形成类似年轮的贝壳纹。瞬时脆性破断区特征是断口较粗糙。 汽轮机的轴和叶片等零部件的损坏，多以金属疲劳损坏的方式失效。 图1-10 材料疲劳断口宏观形貌 2．疲劳失效的测定 金属材料可经无限次应力循环而不破坏的最大应力值称为材料的疲劳极限（强度）。它反映材料抗疲劳断裂的能力在一定条件下，当应力的最大值低于某一定值时，材料可能经受无限次循环仍然不会发生疲劳断裂。这个最大应力值，就叫金属材料的疲劳强度。当交变应力循环对称时，疲劳强度用符号σ-1表示。 通常规定，钢经过107次应力循环仍不破坏，就认为它可以经受无限次循环，此时的最大应力值就定为其疲劳极限；有色金属则规定应力循环数为108次或更多次才能确定其疲劳强度。 3．影响金属材料疲劳强度的因素 材料本身的强度、塑性、组织和材质等影响材料的疲劳强度，另外，疲劳强度还与零部件的几何形状、加工光洁度和工作环境等有关。 由于疲劳失效的微裂纹绝大多数是先从表面产生和发展的，因而采用表面强化的处理，可以提高疲劳强度。 五、断裂韧度 断裂韧度是指材料抵抗裂纹扩展即抵抗低应力脆断的能力。 低应力脆断一般是由材料中微观裂纹的扩展引起的。裂纹可能起源于气孔、缩松、夹杂物等冶金缺陷，也可能是在加工和使用过程中形成的，因而是难以避免的。当材料受外力作用时这些裂纹的尖端附近便出现应力集中，导致裂纹逐渐扩展。当裂纹长度达到某一临界尺寸时，发生突然的失稳扩展，使零件发生脆断。断裂韧度反映材料抵抗裂纹扩展的能力，是度量材料韧性好坏的一个定量指标，通常用KIC表示。 2.断裂韧性的评定 金属材料的断裂韧性是材料固有的性能，也是通过一定的实验方法测定出来的。由于验的方法不同，裂纹在外力作用下失稳扩展、脆性断裂的形式也不同，目前常用的断裂韧性计算公式为： 材料断裂韧度指标KIC在工程上的实际意义在于为安全设计提供了一个重要的力学性能指标。若材料的KIC已知，一方面根据材料的工作应力，可确定材料中允许存在的、不会失稳扩展的最大裂纹长度；另一方面根据材料已存在的裂纹长度，可确定材料能够承受的不致脆断的最大应力。如果已知材料的工作应力和最大裂纹尺寸，就可以算出应力强度因子K1,将其与材料的断裂韧度值KIC比较，便可判断在使用期内发生低应力脆断的可能性。当K1KIC时，裂纹扩展很慢或不扩展；当K1≥KIC时，则材料发生失稳脆断。这是一项重要的性能判据，为构件安全使用寿命评估提供重要依据 脆断应力也和裂纹形状及加力方式有关，即： 构件中的裂纹越长（a越大），则裂纹前端应力集中越大，使裂纹扩展的外加应力，即脆断应力 越小，即： 当a和Y已知时，可根据一定的实验方法测出脆断应力 代入上式，即可计算出k1C值显然，材料的k1C值越高，则材料阻止裂纹扩展的能力越强。因此，k1C是材料抵抗裂纹失稳扩展能力的指标，是材料抵抗低应力脆断的韧性参数。 断裂韧性在电厂金属材料中有相当重要的作用。由于电厂的大型、重要构件，如锅炉汽包，气轮机转子、主轴、叶片等，是在高温及复杂的应力状态下运行的，对于这些在特殊状态下工作的金属材料断裂韧性的研究，就显的更加必要。 * 第一章 金属材料的性能 材料的性能 材料的成分 材料的工艺 材料的组织 金属材料性能 1.金属材料的力学性能 2.物理性能 3.化学性能 4.工艺性能 第一节 金属材料的工艺性能 金属材料适应冷热加工的能力，称为加工工艺性能，简称工艺性能。工艺性能好的材料易于承受加工，生产成本低；工艺性能差的材科在承受加工时工艺复杂、困难，不易达到预期的效果，加工成本也高。 一、金属材料的工艺性能 (一)铸造性能 金属材料的生产，多数是通过冶炼、铸造而得到的，如各种机械设备的底座，汽轮机、发电机的机壳、阀门、磨煤机的耐磨