核工业无损检测考试-核电金属材料基础-讲义

国核电站运行服务技术公司
State Nuclear Power Plant Service Company
15-1515-15-
第二部分1 第二部分1：力学性能 (6/14)
规定残余伸长应力： σs= σr0.2 =Fr0.2/S 0
Fr0.2
s
o
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0.2%l0
l
16-1616-16-
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18-1818-18-
第二部分1 第二部分1：力学性能 (9/14) 硬度： 硬度： 材料抵抗其它更硬物体压入 表面的能力 抵抗其它更硬物体压入其 的能力。 材料抵抗其它更硬物体压入其表面的能力。 硬度试验方法： 硬度试验方法： （1）压入法（布氏硬度 、洛氏硬度 ）压入法（布氏硬度HB、 HR、维氏硬度 ） 、维氏硬度HV） 滑石） （2）划痕法（金刚石 滑石） ）划痕法（金刚石→滑石 （3）回跳法（里氏硬度 ） ）回跳法（里氏硬度HL）
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13-1313-13-
σ
塑 性 随载荷撤除变 而消失的变 形
外力去除后 不能消失的 变形
屈服
第二部分1 第二部分1：力学性能 (4/14)
缩颈
b
加工 硬化
断裂
形。
弹 性 变 形
冷脆(N、P)、热脆（ ）、氢脆 白点， 冷脆(N、P)、热脆（S）、氢脆（白点，H） 氢脆（ 二、三级设备、主蒸汽管道、二回路管道、安全壳衬里 三级设备、主蒸汽管道、二回路管道、
低合金高强度钢（SA508III、SA540、40CrNiMo） SA508III、SA540、40CrNiMo）
合金元素→强化、细化、 合金元素→强化、细化、提高淬透性 反应堆压力容器、蒸发器、稳压器、 反应堆压力容器、蒸发器、稳压器、主泵壳体
(1) 种类 抗拉强度、 抗压强度、 抗弯强度 、 抗剪强度 、 种类: 抗拉强度、 抗压强度、 抗扭强度等。 抗扭强度等。 (2) 屈服强度 屈服强度(σs ): 试样屈服时的载荷( 试样屈服时的载荷 N )
Fs σs = S0
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( MPa )
试样原始横截面积( 试样原始横截面积 mm2)
9--9-
第二部分：材料性能
材 料 的 使用性能
力学性能 物理性能 辐射性能 化学性能 热处理性能 锻压性能 焊接性能 铸造性能
10-1010-10-
工艺性能
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第二部分1 第二部分1：力学性能 (1/14)
力 学
强度
拉伸试验
塑性 硬度 冲击韧性 断裂韧度
硬度试验 冲击试验
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百度文库
12-1212-12-
第二部分1 第二部分1：力学性能 (3/14)
拉伸试样
d0
L0
长试样：L0=10d0 液压式万能电子材料试验机 短试样：L0=5d0
B 1495 0.53
2 L+A
Acm A+Fe3CIII S 0.77
合金钢： 合金钢：
低合金钢：<5%合金元素 低合金钢：<5%合金元素 中合金钢：5%-10%合金元素 中合金钢：5%-10%合金元素 高合金钢：>10%合金元素 高合金钢：>10%合金元素
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727(A1）
F F HB= —— = ———— S πDh
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锥面夹角为136º的 的 锥面夹角为 金刚石正四棱锥体， 金刚石正四棱锥体， 与布氏硬度试验原 理基本相同。 理基本相同。
H V=F/S
20-2020-20-
钢球(25-100 HRB) 钢球
HR=h/0.002
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7--7-
第一部分：基本概念 (6/7)
核设备常用结构材料： 核设备常用结构材料： 常用结构材料 奥氏体不锈钢（304、304L、321、316L） 奥氏体不锈钢（304、304L、321、316L）
复合材料（金属基、陶瓷基、高分子基） 复合材料（金属基、陶瓷基、高分子基）
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3--3-
第一部分：基本概念 (2/7) 金属晶体结构： 金属晶体结构：
体心立方(bcc) 体心立方 常见金属有： 常见金属有： α-Fe, Cr, W, Mo, V, Nb
18% Cr-8% Ni，常温下单相奥氏体组织 CrNi， 点蚀(Cl 晶间腐蚀(M 应力腐蚀开裂(Cl 点蚀(Cl-、Br-)晶间腐蚀(M23C6)、应力腐蚀开裂(Cl-) 堆内构件、离心浇注主管道、主管道安全端、驱动机构、 堆内构件、离心浇注主管道、主管道安全端、驱动机构、 传热管
有色金属（Cu、Ni、Ti） 有色金属（Cu、Ni、Ti）
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第二部分1 第二部分1：力学性能 (7/14)
(3) 抗拉强度 抗拉强度(σb ): 试样在断裂前所能承受的最大应力。 试样在断裂前所能承受的最大应力。
Fb σb = S0
试样断裂前的最大载荷(N) 试样断裂前的最大载荷
O
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s
σe σs
k
σb
e
ε
σ-ε曲线 曲线
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14-1414-14-
第二部分1 第二部分1：力学性能 (5/14) 强度: 强度 材料在外力的作用下抵抗变形和破坏的能力。 材料在外力的作用下抵抗变形和破坏的能力。
铁素体(F)： 溶解在α-Fe基体中 bcc)，强度、硬度 铁素体(F)：C溶解在 基体中(bcc)，强度、 基体中 塑性、韧性好 低，塑性、韧性好； 奥氏体(A)： 溶解在γ 基体中 奥氏体(A)： C溶解在γ-Fe基体中 fcc)，塑性好， 基体中(fcc) 塑性好 适合压力加工； 适合压力加工； 渗碳体(C 渗碳体(Cm)：Fe与C化合物，含6.67% C，硬度很高， Fe与 化合物， C，硬度很高 很高， 塑性很差 很差； 塑性很差； 珠光体(P)： 珠光体(P)：F与Cm的机械混合物，强度、硬度较高， 的机械混合物，强度、硬度较高 较高， 较好。 塑性、韧性较好 塑性、韧性较好。
4--4-
第一部分：基本概念 (3/7) 钢（0.02%-2% C）和铸铁（2%-4.5% C） 0.02%C）和铸铁（2%C）
1
碳素钢： 碳素钢：
低碳钢：0.02%低碳钢：0.02%-0.25% C 中碳钢：0.25%中碳钢：0.25%-0.5% C 高碳钢：0.5%高碳钢：0.5%-2% C
A 1533 1500 H δ 0.17 1400 δ+A N 1394 1300 A 1200 1100 1000 G 912 900 F+A P 700 F 600 3 A3 800
P+Fe3CIII 500 F+P F+Fe3CIII 400 300 P(F-Fe3C) 200 Q0.008
室温Q
0.2
0.4
0.6
0.8
1.0
1.2
1.5
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5--5-
第一部分：基本概念 (4/7) 钢的基本组织： 钢的基本组织：
民用核安全无损检测人员培训
核用金属材料基础
郑 会
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1--1-
主要内容
第一部分：基本概念 第一部分： 第二部分：材料性能 第二部分： 第三部分：材料失效 第三部分：
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19-1919-19-
1 第二部分1 第二部分1：力学性能 (10/14) 3 2 h
0
布氏硬度计
维氏硬度计
淬火钢球HBS (<450) 淬火钢球 120º金刚石圆锥体 金刚石圆锥体 (70-85HRA、20、 硬质合金钢球 70HRC) HBW(450~650)
蒸发器U形管：奥氏体不锈钢、镍基合金（800、600、 蒸发器U形管：奥氏体不锈钢、镍基合金（800、600、 690） 690） 设备冷却器、凝汽器传热管：钛合金 设备冷却器、凝汽器传热管：
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6--6-
第一部分：基本概念 (5/7)
核设备常用结构材料： 核设备常用结构材料： 常用结构材料
1）大应力 1) 机械和工艺性能 2）高温、高压 2) 抗腐蚀性能 20HR、SA106B、16Mn） 低碳钢（20HR、SA106B、16Mn） 3）介质冲刷 3) 抗辐照性能 4）辐照
力学性能 定义 : 是指金属材料在外力的作用下所 是指金属材料在外力的作用下所 表现出来的抵抗能力。 表现出来的抵抗能力。
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11-1111-11-
第二部分1 第二部分1：力学性能 (2/14) 主要指标： 主要指标：
( M pa )
试样原始横截面积( 试样原始横截面积 mm2)
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17-1717-17-
第二部分1 第二部分1：力学性能 (8/14) 塑性: 塑性 材料在载荷作用下产生塑性变形而不被破坏 的能力。 的能力。
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2--2-
第一部分：基本概念 (1/7) 铜、镍、 材料的分类： 材料的分类：
铁、锰、 铬合金 钛、 铝……
金属材料（黑色/有色） 金属材料（黑色/有色） 非金属材料 陶瓷材料（无机非金属材料） 陶瓷材料（无机非金属材料） 高分子材料（有机材料） 高分子材料（有机材料）
(1)断面收缩率（ψ）: 试样拉断处横截面积 1的收缩量与原 断面收缩率（ ） 试样拉断处横截面积S 断面收缩率 始横截面积S 之比。 始横截面积 0之比。 S0 - S1 ψ= × 100% S0 (2)断后伸长率 延伸率，δ) :试样拉断后的标距伸长量 1与原 断后伸长率(延伸率 试样拉断后的标距伸长量L 断后伸长率 延伸率， 试样拉断后的标距伸长量 始标距L 之比。 始标距 0之比。 L0 - L1 δ= × 100% L0
8--8-
第一部分：基本概念 (7/7) 核燃料元件材料： 核燃料元件材料： 核燃料（ 核燃料（U）
浓缩铀235U或天然铀 燃料芯块
燃料包壳（Al合金 不锈钢、Zr合金 合金、 合金） 燃料包壳（Al合金、不锈钢、Zr合金）
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面心立方(fcc) 面心立方 常见金属有： 常见金属有： γ-Fe, Al, Cu, Ni, Au, Ag, Pb
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密排六方(hcp) 密排六方 常见金属有 Mg, Zn, Cd, Be
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