力学性能

金属材料分类（钢材）

（3）按冶炼中的脱氧方式分类： ①沸腾钢 F ②镇静钢 Z ③半镇静钢 b ④特殊镇静钢 TZ
金属材料分类（钢材）

（4）按金相组织分类



①按退火状态分 亚共析钢（铁素体+珠光体） 共析钢（珠光体） 过共析和莱氏体钢（珠光体+渗碳体） ②按正火或淬火状态分 铁素体钢（有称珠光体，不妥，非基本相） 贝氏体钢 马氏体钢 奥氏体钢 ③按加热冷却时有无发生相变的 铁素体钢、奥氏体钢、双相钢等

②断面收缩率——断裂后试样横断面积的最大缩减量 （So-Su）与原始横截面积（So）之比的百分率。

（3）冷弯性能——用于衡量材料在室温时的塑 性。

是焊接接头常用的一种工艺性能试验方法，它不仅可 以考核焊接接头的塑性，还可以检查受拉面的缺陷， 分面弯、背弯、侧弯三种。
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金属材料性能—使用性能——力学性能
金属材料分类（钢材）
（2）按用途分类：
-①建筑工程用钢或构件用钢 ①普通碳素结构钢 ②低合金结构钢 ③钢筋用钢等 -②结构钢 机器零件用钢 调质结构钢 表面硬化结构钢：包括渗碳钢、渗氨钢、表面淬火用钢 易切削结构钢 冷塑性成形用钢：包括冷冲压用钢、冷镦用钢。 弹簧钢 轴承钢 -③工具钢——刃具钢、模具钢、量具钢 ①碳素工具钢 ②合金工具钢 ③高速工具钢。 -④特殊用途用钢——不锈耐酸钢、耐热钢、低温用刚、耐候钢、磁钢等 -⑤专业用钢——如桥梁用钢、船舶用钢、承压设备用钢等。
2、金属材料性能

为更合理使用金属材料，充分发挥其作用，必须 掌握各种金属材料制成的零、构件在正常工作情 况下应具备的性能。金属材料的性能一般包括使 用性能和加工工艺性能两个方面


使用性能：是指金属材料在使用条件下所表现的性能， 它包括材料的物理、化学和力学等性能。 物理性能 化学性能 力学性能 工艺性能：是指材料承受各种冷、热加工的能力。 冷、热加工性能


切削性能： 切削加工性（可切削性，机械加工性）：指金属材料被刀具切削加工 后而成为合格工件的难易程度。切削加工性好坏常用加工后工件的表 面粗糙度，允许的切削速度以及刀具的磨损程度来衡量。它与金属材 料的化学成分，力学性能，导热性及加工硬化程度等诸多因素有关。 通常是用硬度和韧性作切削加工性好坏的大致判断。一般讲，金属材 料的硬度愈高愈难切削，硬度虽不高，但韧性大，切削也较困难。 冷弯性能： 指金属材料在常温下能承受弯曲而不破裂性能。弯曲程度一般用弯曲 角度α（外角）或弯心直径d 对材料厚度a 的比值表示，a 愈大或d/a 愈 小，则材料的冷弯性愈好。 冲压性能： 金属材料承受冲压变形加工而不破裂的能力。在常温进行冲压叫冷冲 压。检验方法用杯突试验进行检验。
全国压力管道元件制造鉴定评审员培训之
压力管道用材料及质量控制
全国锅炉压力容器标准化技术委员会 张 勇
一、金属材料基础知识 二、压力管道常用管材、板材、锻件与铸钢件验收要求与适 用范围 三、压力管道元件制造和压力管道安装中的材料质量控制
一、金属材料基础知识
1、金属材料的分类 2、金属材料的性能 3、影响材料性能的因素 4、压力管道常用材料标准
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冲击试验机
冲击试样和冲击试验示意图
金属材料性能—使用性能——力学性能

（5）硬度——材料局部抵抗硬物压入其表面 的能力称为硬度。是比较各种材料软硬的指标。



由于规定了不同的测试方法，所以有不同的硬度 标准。各种硬度标准的力学含义不同，相互不能 直接换算，但可通过试验加以对比。 常用硬度按其范围测定分：布氏硬度（HBW）、 洛氏硬度（HRA～ H、K等标尺）、维氏硬度 （HV）等。 硬度试验是机械性能试验中最简单易行的一种试 验方法。一般硬度越高，耐磨性越好。

（4）韧性——材料在断裂前吸收能量和进行塑性变 形的能力。 金属的韧性通常随加载速度提高、温度降低、应 力集中程度加剧而减小。 冲击韧性(冲击功)——冲击试样缺口底部单位横 截面积上的冲击吸收功。



反映金属材料对外来冲击负荷的抵抗能力，一般由冲击 韧性值（ak）和冲击功（Ak，现在用KV2表示）表示， 其单位分别为J/cm2和J（焦耳）。 冲击韧性或冲击功试验（简称“冲击试验”），因试验 温度不同而分为常温、低温等；按试样缺口形状分为 "V"形缺口和"U"形缺口冲击试验两种。 冲击吸收功指标的实际意义在于揭示材料的变脆倾向。
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金属材料性能—使用性能——力学性能

（7）疲劳——材料在循环应力和应变作用下，在 一处或几处产生局部永久性累积性损伤，经一定 循环次数后产生裂纹或突然发生完全断裂的过程。




①高周疲劳——材料在低于其屈服强度的循环应力作 用下，经104 ～ 105以上循环次数而产生的疲劳。 ②低周疲劳——材料在接近或超过其屈服强度的低频 率循环应力作用下，经102～105塑性应变循环次数而 产生的疲劳。 ③热疲劳——温度循环变化产生的循环热应力所导致 的疲劳。 ④腐蚀疲劳——腐蚀环境和循环应力（应变）的复合 作用所导致的疲劳。

金属材料、机械零件和构件抗高温断裂的能力，常以持久极限表示。试样在一定温 度和规定的持续时间下，引起断裂的应力称持久极限。金属材料的持久极限根据高 温持久试验来测定。飞机发动机和机组的设计寿命一般是数百至数千小时，材料的 持久极限可以直接用相同时间的试验确定。在锅炉、燃气轮机和其他透平机械制造 中，机组的设计寿命一般为数万小时以上，它们的持久极限可用短时间的试验数据 直线外推以得到数万小时以上的持久极限。经验表明，蠕变速度小的零件，达到持 久极限的时间较长。锅炉管道对蠕变要求不严，但必须保证使用时不破坏，需要用 持久强度作为设计的主要依据。持久强度设计的判据是：工作应力小于或等于其许 用应力，而许用应力等于持久极限除以相应的安全系数。

蠕变在低温下也会发生，但只有达到一定的温度才能变得显著,称温度为蠕变温度。 对各种金属材料的蠕变温度约为0.3Tm，Tm为熔化温度，以热力学温度表示。通常 碳素钢超过300-350摄氏度，合金钢在400-450摄氏度以上时才有蠕变行为

②持久强度——在规定温度及恒定力作用下，试样至断裂 的持续时间的强度。
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拉伸试验
拉伸试样 拉伸试验机
金属材料性能—使用性能——力学性能

（2）塑性——断裂前材料发生不可逆永久变形 能力。常用的塑性判据是伸长率A和断面收缩率Z。

①断后伸长率——原始标距的伸长（Lu-Lo）与原始标 距（Lo）之比的百分率。

断后伸长率：A=（Lu-Lo）/Lo， Lu-Lo断后标距的残余伸长。
1、金属材料的分类


黑色金属：铁和铁的合金均称为黑色金属 纯铁：化学纯铁含碳量几乎为零，工业纯铁含碳量 <0.05%。纯铁 是很软的，一般不应用到实际中 。 铁碳合金：以铁为基础，以碳为主要添加元素的合金，统称为铁 碳合金。 生铁：把铁矿石放到高炉中冶炼而成的，含碳量 2％～4.3％ （也有资料称3.5%—5.5%、2.11%-6.67%）的铁碳合金称为 生铁。生铁质硬而脆，缺乏韧性，几乎没有塑性变形能力，因 此不能通过锻造、轧制、拉拔等方法加工成形，主要用来炼钢 和制造铸件，如白口铁、灰口铁和球墨铸铁。也有习惯上把炼 钢生铁叫做生铁，把铸造生铁简称为铸铁。 钢：含碳量在0.04%-2.3%之间（也有资料称0.03%-2.1%）的 铁碳合金称为钢。为了保证其韧性和塑性，含碳量一般不超过 1.7%。钢的主要元素除铁、碳外，还有硅、锰、硫、磷等 。 有色金属：除黑色金属外的金属和合金，如镍、钛、铝、铜、锆等 。

上屈服强度ReH：试样发生屈服而力首次下降前的最高应力; 下屈服强度ReL：在屈服期间，不计初始瞬间效应时的最低应力。 规定非比例延伸强度Rp

②抗拉强度——试样在屈服阶段之后所能抵抗最大应力。 符号：Rm。单位：MPa。 指金属在静载荷作用下，抵抗塑性变形或断裂 的能力。 强度是机械零件（或工程构件）在设计、加工、使用过程 中的主要性能指标，特别是选材和设计的主要依据。强度 的测定——拉伸实验。
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金属材料性能—工艺性能

工艺性能—是指机械零件在加工制造过程中，金属材料在所 定的冷、热加工条件下表现出来的性能。
金属材料工艺性能的好坏，决定了它在制造过程中加工成形的适应能力。 由于加工条件不同，要求的工艺性能也就不同，如铸造性能、可焊性、可 锻性、热处理性能、切削加工性等。

冷加工性能

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金属材料性能—使用性能——力学性能

（6）蠕变——在高温和低于屈服强度的应力作用下， 材料塑性变形量随时间延续而增加的现象 。

与塑性变形不同，塑性变形通常在应力超过弹性极限之后才出现，而蠕变 只要应力的作用时间相当长，它在应力小于弹性极限时也能出现。

①蠕变极限——在规定温度下，引起试样在一定时间内蠕 动总伸长率或恒定蠕变速率不超过规定值的最大应力。
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金属材料性能—工艺性能

工艺性能—是指机械零件在加工制造过程中，金属材料在 所定的冷、热加工条件下表现出来的性能。 热加工性能
金属材料分类（钢材）

（1）按化学成分分类：


①碳素钢：简称碳钢。除铁、碳外主要含有少量Si、 Mn及P、S等杂质，这些总含量不超过2%，按含碳量不 同分为： 低碳钢——含碳量小于0.25% 中碳钢——含碳量等于0.25%～0.6% 高碳钢——含碳量大于0.6% ②合金钢：除碳钢所含元素外，还含有其它一些合金 元素：如Cr、Ni、Mo、W、V、B等，按合金元素含量 不同分类： 低合金钢——合金元素含量小于5% 中合金钢——合金元素含量等于5%～10% 高合金钢——合金元素含量大于10%
金属材料分类（钢材）

（5）按品质分类：P、S杂质含量分类：

①普通钢

P含量≤0.045%，S含量≤0.055%
P含量≤ 0.040%，S含量≤0.040% P含量≤0.035%，S含量≤0.030%

②优质钢


③高级优质钢—A


④特级优质钢—E
固容规 TSG R0004 第2.3条规定： 用于焊接的碳素钢和低合金钢，P ≤0.035%，S ≤0.035% 压力容器专用钢，基本要求：P ≤0.030%，S ≤0.020%； 抗拉强度下限值大于540MPa，P ≤0.025%，S ≤0.015%； 设计温度低于-20℃，抗拉强度下限值小于540MPa， P ≤0.025%，S ≤0.012%； 设计温度低于-20℃，抗拉强度下限值大于540MPa， P ≤0.020%，S ≤0.010%。
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金属材料性能—使用性能

物理性能

金属材料在固态下所表现出来得一系列物理现象叫金属的物理性能，如 密度、比重、熔点、导电性、导热性、热膨胀性、磁性和耐磨性等。
材料在常温或高温条件下,抵抗氧化或腐蚀介质对其化学侵蚀的能力，一般包括 耐腐蚀性，抗氧化性等。 耐腐蚀性：指金属材料抵抗各种介质侵蚀的能力 金属和合金对周围介质，如大气、水汽、各种电解液侵蚀的抵抗能力叫 做耐腐蚀性。化工生产中所涉及的物料，常会有腐蚀性。材料的耐蚀性 不强，必将影响设备使用寿命，有时还会影响产品质量。 抗氧化性：指金属材料在高温下，抵抗产生氧化皮能力 在化工生产中，有很多设备和机械是在高温下操作的，如氨合成塔、硝 酸氧化炉、石油气制氢转化炉、工业锅炉、汽轮机等。在高温下，钢铁 不仅与自由氧发生氧化腐蚀，使钢铁表面形成结构疏松容易剥落的FeO 氧化皮；还会与水蒸气、二氧化碳、二氧化硫等气体产生高温氧化与脱 碳作用，使钢的力学性能下降，特别是降低了材料的表面硬度和抗疲劳 强度。因此，高温设备必须选用耐热材料。

化学性能


力学性能

材料在不同环境（温度、介质、湿度）下，承受各种外加载荷（拉伸、 压缩、弯曲、扭转、冲击、交变应力等）时所表现出的力学特征。
金属材料性能—使用性能——力学性能

（1）强度——金属抵抗永久变形和断裂的能力。常 用的强度判据如屈服强度、抗拉强度。

①屈服强度——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。单位：MPa。