CWI培训金属的特性和破坏性试验第六单元课件.ppt
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1、1,CWI培训金属的特性和破坏性试验第六单元,第六单元金属的特性和破坏性试验美国焊接学会(AWS)认可CWI培训机构联系电话:029-85407368网址:AWS官网信息:,2,CWI培训金属的特性和破坏性试验第六单元,一、金属的机械性能 2 二、金属的化学性能 7 三、破坏性试验 12 四、概述 27,3,CWI培训金属的特性和破坏性试验第六单元,一、金属的机械性能,我们将讨论金属的一些重要的机械性能;这里的讨论限于以下五种性能: 强度 延展性 硬度 韧性 疲劳强度1.强度强度 :“材料能够承受所加载荷的能力”。,4,CWI培训金属的特性和破坏性试验第六单元,有很多种强度,每一种都取决于这一
2、载荷是如何施加到材料上的,如:拉伸强度,剪切强度,抗扭强度,冲击强度和疲劳强度。拉伸强度被描述为当金属承受张力或拉力载荷而不失效的能力。拉伸强度通常以两种不同方式描述。所用的术语是最大的拉伸强度和屈服强度。,5,CWI培训金属的特性和破坏性试验第六单元,4of29图6.2一些金属的机械性能,6,CWI培训金属的特性和破坏性试验第六单元,延展性,延展性是材料在承受载荷而没有失效情况下变形或伸长的能力。它可能影响到金属在受载下是慢慢失效还是突然失效。如果金属有高的延展性,它通常会慢慢地断裂。金属的延展性直接与其温度有关。当温度上升时,金属的延展性会增加。当温度下降时,延展性会减小。具有高延展性的金
3、属可以称为韧性材料,低延展性金属可称为脆性材料。轧制金属,在材料的横向,相对于轧制方向的性能,强度要降低30%,延伸性要减少50%。在厚度方向,其强度和延伸性甚至更低。上述所涉及的三个方向的每一个都分配了一个识别字母。轧制方向是X,横向是Y,厚度方向是Z。,7,CWI培训金属的特性和破坏性试验第六单元,硬度,它被定义为一材料抵抗压痕或侵入的能力。对于碳钢,硬度和强度是直接相关的。当强度增加,也硬度随之增加,反之亦然。,8,CWI培训金属的特性和破坏性试验第六单元,P5of29图6.4所示是通常使用的硬度试验的压头以及产生的压痕形状,9,CWI培训金属的特性和破坏性试验第六单元,韧性,韧性是材料
4、光滑无缺口时吸收能量的能力。金属的韧性是在某温度下确定的。没有试验温度的韧性值几乎是无意义的。 金属韧性是可以用应力应变曲线下的面积的计算来确定,如P5of29图6.5所示。在测定金属韧性的试验中,通常要确定的是金属从韧性转为脆性的温度。该温度被称为金属的脆性转变温度。 大部分试验是将金属在某一温度时施加冲击载荷。常用的缺口韧性或冲击试验包括夏比试验,落锤无延性转变温度试验,爆破试验,动态撕裂以及裂纹尖端张开位移试验(CTOD)。,10,CWI培训金属的特性和破坏性试验第六单元,疲劳强度,金属的疲劳强度定义为金属在重复载荷下抵御失效的必要强度。通常疲劳试验是以拉伸施加应力,然后再在以同样的量压
5、缩,如此循环反复。这种试验称为反向弯曲试验。当所施加的最大的应力增加,所需的产生失效的循环次数减少。如果试验是在各种应力下进行的,那么就可以作出S-N曲线,如P6of29图6.7所示。S-N曲线是用图来描述在各种应力下产生疲劳失效所需要的循环次数。,11,CWI培训金属的特性和破坏性试验第六单元,P6of29图6.7钢和铝典型S-N曲线,12,CWI培训金属的特性和破坏性试验第六单元,这些曲线显示了钢有明确的疲劳极限,但铝的曲线并没有明确的疲劳极限。疲劳极限是指无论载荷施加了多少个循环次数,金属不出现失效的最大应力。对于钢,只要应力保持在疲劳极限下,可以无限地维持。碳钢的疲劳强度常常大约等于其
6、拉伸强度的一半。,13,CWI培训金属的特性和破坏性试验第六单元,焊缝表面的不连续,如咬边,焊瘤,加强高过大或凸面都对焊件的疲劳强度有影响。焊缝内部的不连续也能造成疲劳失效,那些在表面上的不连续更让人忧虑。因为表面的不连续比内部的不连续更快地导致疲劳失效。,14,CWI培训金属的特性和破坏性试验第六单元,二、金属的化学性能,1.合金 钢的合金划分为三个分类:普通碳钢,低合金钢和高合金钢。普通碳钢它的基本元素为铁,但还含有少量的碳,锰,磷,硫和硅。含碳量对钢的性能有最大的影响。P8of29图6.11(参见下页)所示的是含碳量和普通碳钢的一些特性。,15,CWI培训金属的特性和破坏性试验第六单元,
7、P8of29图6.11 普通碳钢的种类,普通名字 碳含量 应用 可焊性 工业纯铁 最大0.03% 镀锌和深度引长薄板 非常好 和板条 低碳钢 最大0.15% 焊条,各种形状的板, 非常好 薄板和板条 低碳钢 0.15%-0.30% 各种结构形状的板和条 好 中碳钢 0.30%-0.50% 机器零部件 中等(预热 和经常要求 后热) 高碳钢 0.50%-1.00% 弹簧,模具,铁轨 低(没有适 当的预热和 后热很难接),16,CWI培训金属的特性和破坏性试验第六单元,低合金钢它包含非常少量的另一些元素,如镍,铬,锰,硅,钒,钶,钼和硼。这些元素的不同含量能够引起在机械性能上的显著不同。这些低合金
8、钢一般分为高强度低合金结构钢,低温用钢或高温用钢。低合金钢也能根据它们的化学成份进行分类。如p8of29图6.12所示。这种分类是由美国钢铁研究所(AISI)和汽车工程师学会(SAE)编制的,并经常地在钢生产中应用。,17,CWI培训金属的特性和破坏性试验第六单元,P8of29图6.12 AISI-SAE碳钢和低合金钢的命名(1),系列命名 型式和类别 10 xx 无再硫化碳钢等级 11xx 再硫化碳钢等级 13xx 1.75%锰 23xx 3.50%镍 25xx 5.00%镍 31xx 1.25%镍 0.65%或0.80%的铬 33xx 3.50%镍 1.55%铬 40 xx 0.25%钼
9、41xx 0.50-0.95% 铬 0.12%或0.20%钼 43xx 1.80%镍 0.50%或0.80%铬 0.25%钼 46xx 1.55%或1.80%镍 0.20%或0.25%钼,18,CWI培训金属的特性和破坏性试验第六单元,P8of29图6.12 AISI-SAE碳钢和低合金钢的命名(2),47xx 1.05%镍 0.45%铬 0.25%钼 48xx 3.50%镍 0.25%钼 50 xx 0.28%或0.40%铬 51xx 0.80%, 0.90%, 0.95%, 1.00%, 或1.45%铬 5xxxx 1.00%碳 0.50%, 1.00%, 或1.05%铬 61xx 0.8
10、0%或0.95%铬 最小0.10%或0.15%的钒 86xx 0.55%镍 0.50%或0.65%铬 0.20%钼 87xx 0.55%镍 0.50%铬 0.25%钼 92xx 0.85%锰 2.00%硅 93xx 3.25%镍 1.20%铬 0.12%钼 94xx 1.00%锰 0.45%镍 0.40%铬 0.12%钼 97xx 0.55%镍 0.17%铬 0.20%钼 98xx 1.00%镍 0.80%铬 0.25%钼,19,CWI培训金属的特性和破坏性试验第六单元,高合金钢,高合金钢包括不锈钢和其它耐腐蚀合金。不锈钢含有至少12%的铬。P9of29图6.13是一些不锈钢的化学成分。它们可
11、以划分成五个组:奥氏体,马氏体,铁素体,沉淀硬化和双相组织。,20,CWI培训金属的特性和破坏性试验第六单元,P9of29图6.13 一些不锈钢的化学成分,21,CWI培训金属的特性和破坏性试验第六单元,22,CWI培训金属的特性和破坏性试验第六单元,2.化学元素对钢的影响,碳 一般认为是钢中最重要的合金元素,能达到最大2%的含量(虽然最可焊钢含碳量小于0.5%)。碳既能溶解于铁,也能以碳化物的形式存在,如碳化铁(Fe3C)。含碳量增加,硬度和拉伸强度也增加,相应的淬硬性也增加了。在另一方面,含碳量的增加降低了可焊性。 硫 通常在钢中硫是比其它合金元素更不受欢迎的杂质。在钢生产期间,常常要用特
12、定的方法去减少它的含量。如果超过0.05%,就会引起脆性并降低可焊性。在合金中加入0.10%到0.30%的硫,可以改善钢的机加工性能。称为再硫化或快削。快削(高速切削)合金不会用于有焊接要求的地方。,23,CWI培训金属的特性和破坏性试验第六单元,磷 通常认为是钢中的杂质。在大多数的碳钢中其含量通常最大为0.04%。在淬硬钢中,它会引起脆化。在低合金高强度钢中,磷能加至0.10%以改善强度和耐腐蚀性。 硅 通常只有少量(0.20%)的硅存在于轧制的钢中作为脱氧剂。然而,在铸钢件中,通常有0.30%到1.00%。 锰 通常钢含有至少0.30%的锰。因为它有三个方面的作用。帮助钢脱氧。防止形成硫化
13、铁。提高钢的淬硬性以增大强度。在碳钢中,锰的含量可达1.5%.,24,CWI培训金属的特性和破坏性试验第六单元,铬 是一个很有用的合金元素。加入铬主要有二个原因。首先是大大地增加了钢的淬硬性。再则就是改进了合金在氧化介质中的抗腐蚀性。有些钢材中它会使材料太硬,从而在焊缝区域或靠近焊缝的区域产生裂纹。不锈钢中铬含量超过12%。 钼 该元素能促使碳化物的形成,通常在合金钢中含量小于1.0%。加入钼是为了增强淬硬性及高温强度。加入奥氏体不锈钢中能改善抗麻点腐蚀。 镍 加入钢中的镍是为了增加其淬硬性。它在增强淬硬性上起着很大作用。因为它常常能改善钢的韧性及延展性,而同时又能增加强度和硬度。镍常常用于改
14、善钢在低温时的韧性。,25,CWI培训金属的特性和破坏性试验第六单元,铝 加入钢中的铝非常少,只是作为脱氧剂。它能细化晶粒而改善韧性;在钢中加入适量的铝,这种方法成为晶粒细化法。 钒 加入钒将会增加钢的淬硬性。它非常有效地增加钢的淬硬性。因此它常常以精确的量加入。当超过0.05%时,在消除应力热处理时钢有脆化倾向。 铌 与钒一样,通常认为它也是增加钢的淬硬性。然而,由于它对碳有很强的亲合力,它能与钢中的碳结合,使淬硬性大大地降低。它作为稳定剂加入奥氏体不锈钢以改善焊态的性能。,26,CWI培训金属的特性和破坏性试验第六单元,溶解气体 氢气,氧气和氮气都能溶于熔化了的钢中,如果不尽量减少,能使钢
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