特種設(shè)備檢測(cè)金屬材料及金屬技術(shù)監(jiān)督基礎(chǔ)知識(shí)

1、特種設(shè)備檢測(cè)中金屬材料分析的應(yīng)用 在特種設(shè)備檢驗(yàn)檢測(cè)過程中，尤其是鍋爐、壓力容器、壓力管道的檢驗(yàn)最重要的內(nèi)容是對(duì)其的整體和局部進(jìn)行一系列檢測(cè)和試驗(yàn)，這些檢測(cè)和試驗(yàn)的內(nèi)容包括：宏觀檢查、幾何尺寸測(cè)量、測(cè)厚、耐壓試驗(yàn)、氣密試驗(yàn)等，還有金屬材料分析方面的內(nèi)容， 包括：金相試驗(yàn)、硬度試驗(yàn)（現(xiàn)場(chǎng)硬度測(cè)定） 、化學(xué)元素分析、力學(xué)性能試驗(yàn)、無損檢測(cè)等。 在檢驗(yàn)檢測(cè)的過程中，需要針對(duì)設(shè)備狀況、現(xiàn)場(chǎng)條件、可能產(chǎn)生缺陷的性質(zhì)來正確地選擇檢測(cè)項(xiàng)目和方法，綜合各種的檢測(cè)和試驗(yàn)結(jié)果，最終對(duì)鍋爐、壓力容器、壓力管道等特種設(shè)備的安全性能作出全面、準(zhǔn)確的評(píng)價(jià)。主要內(nèi)容 一.介紹金屬學(xué)基礎(chǔ)知識(shí) 二.特種設(shè)備檢測(cè)常用理化試驗(yàn)方法

2、 三.金屬部件主要失效形式一、金屬學(xué)及熱處理基本知識(shí) 金屬學(xué)基本概念 金屬學(xué)就是研究金屬和合金的性能與它們內(nèi)部結(jié)構(gòu)之間的關(guān)系，以及影響金屬與合金組織和性能的因素的一門科學(xué)。 鐵的幾種基本固態(tài)相 鐵、鐵、鐵、 鐵。時(shí)間無磁有磁純鐵的冷卻曲線 金屬材料的塑性變形及再結(jié)晶 加工硬化：金屬在塑性變形后，金屬的強(qiáng)度和硬度會(huì)升高，塑性和 韌性會(huì)降低，這種現(xiàn)象稱為加工硬化（或冷作硬化）。 再結(jié)晶過程：當(dāng)溫度升高時(shí)，變形金屬的冷變形組織（被拉長的晶 粒）逐漸回復(fù)到原來的晶粒形狀，金屬性能恢復(fù)到原來 的性能的過程稱為再結(jié)晶過程。 鋼中的幾種基本組織 鐵素體：碳和其它合金元素在 鐵中的固溶體稱為鐵素體。以F表 示

3、。 滲碳體：滲碳體是鐵和碳的化合物，或以化合物為基體的固溶體， 以Fe3C表示。 奧氏體：奧氏體是碳和其它元素在鐵（面心立方晶格）中的固 溶體，以A表示。 珠光體：珠光體是鐵素體和滲碳體以彼此相間片層狀排列的機(jī)械 混合物，以P表示。 索氏體：索氏體即是片層較細(xì)的珠光體，以S表示。 屈氏體（或托氏體）：屈氏體（或托氏體）即是片層極細(xì)的珠光 體，以T表示。 貝氏體：貝氏體是鐵素體和滲碳體的機(jī)械混合物，按照組織形式 和形成溫度不同，分為上貝氏體和下貝氏體。上貝氏體 中鐵素體呈羽毛狀，羽毛之間分布有片裝和棒狀的滲碳 體。下貝氏體為針狀的鐵素體上分布有大量的滲碳體。 貝氏體中的鐵素體含有較多的（或過飽和

4、的）碳，以B表 示。 馬氏體：碳在鐵素體中的過飽和固溶體，以M表示。 鋼的熱處理 正火:即是將鋼加熱到Ac3 以上3050 ，在此溫度停留一段時(shí)間 后，將鋼在靜止空氣中冷卻的一種操作。 正火目的： 、細(xì)化晶粒，改善鋼的力學(xué)性能，并可作為某些鋼 （如20G鍋爐管）的最終熱處理。 、改善組織，以改善切削加工性能，并為淬火做組 織準(zhǔn)備。 淬火：即是把鋼加熱到臨界點(diǎn)（ Ac3 或Ac1）以上某一溫度，并在 此溫度停留一段時(shí)間后，迅速冷卻，以得到不穩(wěn)定狀態(tài)組 織的一種操作。鋼在淬火后一般得到的是馬氏體組織，但 對(duì)高合金奧氏體鋼則淬火后為奧氏體組織。奧氏體鋼淬火 也被稱為固溶處理或水韌處理。 淬火目的：提

5、高鋼的強(qiáng)度和硬度。 回火：即是將淬火后的鋼加熱到低于Ac1的溫度 ，在此溫度停留 一段時(shí)間后冷卻的一種操作。 回火目的： 、得到較為穩(wěn)定的組織。 、減小或完全消除鋼淬火后存在于鋼中的應(yīng)力，降 低淬火鋼的脆性，得到工件所需要的最后的性能。 常見的回火類型： 、低溫回火 回火溫度為150250 。 目的：消除工件中的部分內(nèi)應(yīng)力，稍稍提高韌性，但仍使工 件保持著高的淬火硬度。 適用范圍：高碳鋼和合金鋼制造的刀具、量具等。 、中溫回火 回火溫度為350480 。 目的：使鋼具有較高的彈性和韌性。 適用范圍：常用于彈簧和熱沖模。 、高溫回火 回火溫度為450670 （對(duì)碳鋼或低合金鋼）或更高溫度 （對(duì)中

6、、高合金鋼）。 目的：完全消除內(nèi)應(yīng)力，回火后有足夠的強(qiáng)度和良好的韌性。 適用范圍：廣泛用于電站主蒸汽管道焊口的焊后熱處理以及 結(jié)構(gòu)鋼的最終熱處理。 退火：鋼的退火可分為再結(jié)晶退火和退火兩種。 再結(jié)晶退火：即是將冷加工后的工件加熱到Ac1以下溫度，使冷加 工后的不穩(wěn)定的變形組織變?yōu)榉€(wěn)定的組織狀態(tài)。這 種退火沒有相變發(fā)生。 常見的退火類型： 、完全退火 完全退火是將鋼加熱到Ac3以上，使鋼全部變成奧氏體的工 藝 。 目的：細(xì)化晶粒，改善鋼的力學(xué)性能或?yàn)榇慊鹱鹘M織準(zhǔn)備； 降低鋼的硬度以利于加工； 消除內(nèi)應(yīng)力。 適用范圍：亞共析鋼和共析鋼組織的碳鋼及合金鋼鑄件和鍛 件。如汽輪機(jī)氣缸25鋼鑄件在鑄造后即

7、采用完全 退火。 、不完全退火 不完全退火與完全退火不同，其加熱溫度較低，為Ac1 （2030 ），在此溫度加熱保溫后緩慢冷卻。 目的：降低鋼的硬度，改善切削性能，并為淬火作組織準(zhǔn)備。 適用范圍：主要用于過共析鋼、合金工具鋼及軸承鋼。這些 鋼均是含碳量較高的鋼，在不完全退火的加熱溫 度下，其組織為奧氏體加二次滲碳體（對(duì)合金鋼 為碳化物）。之所以不采用完全退火工藝的原因 在于，如采用完全退火，鋼中所有含碳量均會(huì)溶 于奧氏體中，導(dǎo)致奧氏體含碳量的含碳量提高， 穩(wěn)定性加大。如要獲得均勻的退火組織，其冷卻 速度必須很慢。這樣將大為延長退火時(shí)間，對(duì)生 產(chǎn)不利。另外，對(duì)這些鋼采用不完全退火，可使 二次滲碳

8、體易于成為球狀，對(duì)降低鋼的硬度并為 淬火組織準(zhǔn)備更為有利。 、擴(kuò)散退火 擴(kuò)散退火即是將鋼加熱到 很高的溫度，通常為 Ac3以上 200 左右，保溫較長時(shí)間，然后緩慢冷卻。 目的：使鋼的成分均勻。 適用范圍：高合金鋼錠或鑄件。 、等溫退火 等溫退火即是把鋼加熱到臨界點(diǎn)以上溫度，使其轉(zhuǎn)變?yōu)閵W 氏體，并保溫一段時(shí)間使奧氏體均勻后，冷卻到預(yù)定溫度， 并在該溫度下保溫一段時(shí)間，使奧氏體等溫分解成珠光體 的熱處理工藝。 等溫退火的加熱溫度與完全退火的加熱溫度一樣。二者不 同之處在于冷卻方式。這種退火方式可以說是完全退火的 特殊形式。 目的：組織均勻，硬度較低。 適用范圍：合金鋼。 、球化退火 球化退火即是

9、將鋼按照完全退火的加熱速度加熱到Ac1 （2030 ），保溫后，再按照每小時(shí)2050 的速度降至 該鋼Ar1以下一個(gè)溫度，并在這個(gè)溫度保溫較長時(shí)間，最后 隨爐冷至450500 左右出爐，再在空氣中冷卻的工藝。 通過這種退火后，珠光體中的滲碳體及鋼中的二次滲碳體均 為球狀，故稱為球化退火。 目的：降低硬度， 以便于加工，并使鋼中的滲碳體變?yōu)榍?狀，以為淬火作好組織準(zhǔn)備。 二、金屬在高溫長期運(yùn)行過程中的變化 金屬的蠕變 金屬在高溫下，即使其所受的應(yīng)力低于金屬在該溫度的屈服點(diǎn)， 在這樣的應(yīng)力長期作用下，也會(huì)發(fā)生緩慢的但是連續(xù)的塑性變形， 這樣的一種現(xiàn)象稱為蠕變現(xiàn)象，所發(fā)生的變形稱為蠕變變形（或 蠕脹

10、）。 金屬的蠕變曲線 蠕變現(xiàn)象通常用畫在“變形時(shí)間”坐標(biāo)上的曲線來表示，這種曲線稱為蠕變曲線。盡管不同的金屬和合金在不同條件下所得到的蠕變曲線不盡相同，但它們都有一定的共同特征，把這些共同特征表示出來的蠕變曲線就叫做典型蠕變曲線。典型蠕變曲線見附圖，它描述在恒定溫度、恒定拉應(yīng)力下金屬的變形隨時(shí)間的變化規(guī)律。 變形量常數(shù)常數(shù)3210123時(shí)間典型蠕變曲線 金屬在高溫長期運(yùn)行過程中組織的變化 無論奧氏體鋼或珠光體鋼，在高溫下長期運(yùn)行，不但會(huì)發(fā)生蠕變、斷裂和應(yīng)力松弛等形變過程，而且還會(huì)發(fā)生一些組織和性能的變化。 鍋爐、汽輪機(jī)高溫部件所用鋼材在高溫長期運(yùn)行過程中發(fā)生的組織性能變化主要有： 珠光體的球化

11、和碳化物的聚集； 石墨化（僅限于不含鉻的珠光體耐熱鋼）； 時(shí)效和新相的形成（如不銹鋼中 相的形成等）； 熱脆性； 合金元素在固溶體中和碳化物相之間的重新分配。 等等。 珠光體的球化和碳化物的聚集 這是所有珠光體耐熱鋼最常見的組織變化。 珠光體球化是指鋼中原來的珠光體中的片層狀滲碳體（在合金鋼中稱合金滲碳體或碳化物）在高溫下長期運(yùn)行，逐步改變自己的形狀而成為球狀的現(xiàn)象。球化后的碳化物繼續(xù)增大自己的尺寸，使小直徑的球變成大直徑的球，這就是碳化物的聚集。 珠光體的球化對(duì)鋼的性能的影響 一般來說，珠光體球化對(duì)鋼的室溫力學(xué)性能和耐熱性均有一定程度的影響，對(duì)于不同的鋼，其影響程度不一。 、珠光體球化會(huì)使鋼

12、的室溫強(qiáng)度極限和屈服點(diǎn)降低。 、珠光體球化會(huì)使鋼的蠕變極限和持久強(qiáng)度降低。 石墨化 石墨化就是鋼中的滲碳體分解成為游離碳并以石墨形式析出，在鋼中形成石墨夾層的現(xiàn)象。 碳鋼和0.5Mo鋼等不含鉻的珠光體耐熱鋼在高溫長期運(yùn)行過程中會(huì)產(chǎn)生石墨化的現(xiàn)象。 石墨化對(duì)鋼的性能的影響 當(dāng)鋼中產(chǎn)生石墨化現(xiàn)象時(shí)，由于碳從滲碳體中析出成為石墨，鋼中滲碳體數(shù)量減少；另外，石墨在鋼中割裂基體，起裂紋作用，而石墨本身強(qiáng)度又極低，因此，石墨化對(duì)鋼的強(qiáng)度有所影響。 另外，由于鋼的室溫沖擊性能也有一定的影響。 時(shí)效和新相的形成 耐熱鋼或耐熱合金的時(shí)效過程是指它們?cè)陂L期運(yùn)行過程中，隨著運(yùn)行時(shí)間的推移而從組織中過飽和固溶體內(nèi)析出

13、一些強(qiáng)化相質(zhì)點(diǎn)而使金屬的性能隨時(shí)間發(fā)生變化的現(xiàn)象。 當(dāng)耐熱鋼和耐熱合金中的固溶體由于熱處理時(shí)從高溫冷卻較快或別的原因，使固溶于其中的合金元素來不及析出時(shí)，就形成不穩(wěn)定的過飽和固溶體。在以后的運(yùn)行中就會(huì)發(fā)生時(shí)效。 時(shí)效可分為三個(gè)階段。第一階段是時(shí)效過程在金屬晶格內(nèi)的準(zhǔn)備階段，它僅有一些物理性能如電阻等的變化，在此階段鋼和合金的強(qiáng)度和硬度幾乎不發(fā)生變化；第二階段在組織上析出了分散的強(qiáng)化相質(zhì)點(diǎn)，使鋼的強(qiáng)度、硬度和蠕變極限提高，并使塑性、韌性降低；在時(shí)效的第三階段，是這些析出的分散相的聚集。由于這些細(xì)小的、分散的質(zhì)點(diǎn)聚集成大的質(zhì)點(diǎn)，因而強(qiáng)化作用消失，強(qiáng)度、硬度降低，同時(shí)，蠕變極限和持久強(qiáng)度也顯著降低。

14、 時(shí)效過程也就是新相形成的過程，因?yàn)槲龀龅姆稚⑾嘁簿褪窃诮饘僦行纬傻男孪唷?合金元素在固溶體和碳化物相之間的重新分配 鋼在高溫長期作用下，不但會(huì)發(fā)生珠光體球化、石墨化、時(shí)效等，鋼中合金元素還會(huì)發(fā)生在固溶體和碳化物相之間的重新分配過程。這一過程的發(fā)生是由于在高溫下合金元素原子活動(dòng)能力的增加而產(chǎn)生的轉(zhuǎn)移過程。 目前，火力發(fā)電廠用的最多的是珠光體耐熱鋼和馬氏體耐熱鋼。在這些鋼中，歸根到底只有兩種相：固溶體和碳化物。鋼中的合金元素不是存在于固溶體中，就是存在于碳化物中。當(dāng)形成固溶體時(shí)，合金元素的原子是要溶入到鐵的晶格中去的。合金元素的原子直徑是與鐵原子的直徑不同的，因而形成固溶體時(shí)要產(chǎn)生晶格畸變，有畸

15、變的晶格是不穩(wěn)定的。因此，在高溫長期作用下，只要溫度水平能使合金元素原子有充分的活動(dòng)能力，它就力求從固溶體中出來轉(zhuǎn)移到較為穩(wěn)定的碳化物中去。這種過程也叫做固溶體的貧化。固溶體的貧化會(huì)使鋼的強(qiáng)度、蠕變極限和持久強(qiáng)度下降。 合金元素在固溶體和碳化物相之間的重新分配過程包括兩個(gè)方面：一為固溶體、碳化物中合金含量的變化（即稱為碳化物成分的變化），二為運(yùn)行過程中同時(shí)發(fā)生的碳化物結(jié)構(gòu)類型、數(shù)量 和發(fā)布形式的變化。三、金屬力學(xué)性能試驗(yàn)基本知識(shí) 金屬材料的力學(xué)性能是金屬材料在外力作用下表現(xiàn)出來的特性，如彈性、強(qiáng)度、硬度、韌性、塑性等。不同的受力條件會(huì)使金屬材料表現(xiàn)出不同的特性，如靜力拉伸力作用下金屬材料的強(qiáng)度

16、和塑性特性，動(dòng)力負(fù)荷即沖擊負(fù)荷下金屬材料所表現(xiàn)出來的韌性特性指標(biāo)等。 靜力試驗(yàn)下的力學(xué)性能 靜力試驗(yàn)的意義是，向試樣上加力（負(fù)荷、載荷）的速度是緩慢而均勻的，或者是以固定不變的力加在試樣上并保持很長的時(shí)間。顯然，在靜力試驗(yàn)時(shí)，試樣的變形速度不大。 拉伸試驗(yàn) 在拉伸試驗(yàn)時(shí)，可以得到以下力學(xué)性能的指標(biāo)： 、抵抗微小的塑性變形的能力 這種性能常常用屈服點(diǎn)ReL來說明。 、抵抗大的塑性變形的能力 這種性能常常用強(qiáng)度極限Rm來說明。 、塑性 試樣在斷裂時(shí)的塑性變形的大小，這種性能常常用延伸率A和斷面收縮率Z來說明。 拉伸曲線 在對(duì)金屬拉伸試樣進(jìn)行拉伸試驗(yàn)時(shí)，可以得到一條畫在負(fù)荷伸長量坐標(biāo)上的曲線，這就是

17、拉伸曲線。 圖中負(fù)荷與伸長量之間能保持直線關(guān)系的最大負(fù)荷稱為比例極限負(fù)荷Pp ；金屬能保持虎克定律的最大負(fù)荷稱為彈性極限負(fù)荷Pe （比例極限負(fù)荷和彈性極限負(fù)荷在位置上非常接近）； Ps稱為屈服負(fù)荷，金屬在這個(gè)負(fù)荷下開始屈服（即不增加負(fù)荷，變形也能自動(dòng)增加）； PB稱為最大負(fù)荷; PZ稱為斷裂負(fù)荷。載荷伸長PpPePsPBPZl塑性l彈性l全部拉伸曲線 拉伸試驗(yàn)時(shí)的力學(xué)性能指標(biāo)： 、比例極限p 是指應(yīng)力和相對(duì)伸長成正比例的最大應(yīng)力。 、彈性極限e 是指在不產(chǎn)生永久塑性變形的前提下，金屬材料所能承受 的最大應(yīng)力。在工程上規(guī)定，彈性極限是使試樣產(chǎn)生0.001 0.05%永久變形的應(yīng)力。 、屈服點(diǎn)s

18、是指不增加負(fù)荷而使試樣變形增加的最小應(yīng)力。 有時(shí)，在低碳鋼做拉伸試驗(yàn)時(shí)，在拉伸曲線上屈服時(shí)會(huì)出 現(xiàn)負(fù)荷作鋸齒狀的一段臺(tái)階，可分別用上屈服點(diǎn)和下屈服 點(diǎn)表示。如不特別指明，應(yīng)認(rèn)為上屈服點(diǎn)是屈服點(diǎn)。 很多的金屬或合金，在拉伸曲線上無明顯的屈服平臺(tái)。在 工程上規(guī)定，一般將使試樣產(chǎn)生0.2%永久變形的應(yīng)力作為 屈服點(diǎn)，以0.2表示。 、強(qiáng)度極限b 試驗(yàn)斷裂前最大負(fù)荷與原始截面積之比。 、真實(shí)抗斷抗力Z 試驗(yàn)拉斷時(shí)的負(fù)荷與拉斷時(shí)的試樣最小截面積之比。 、延伸率 試樣拉斷后的伸長量與原始計(jì)算長度之比。 、斷面收縮率 試樣拉斷后的截面積最大收縮量與原始截面積之比。 硬度 所謂金屬的硬度是指金屬抵抗其它比較堅(jiān)

19、硬物體壓入的能力。這種堅(jiān)硬的壓入物通常是不發(fā)生變形的。按照試驗(yàn)時(shí)所用方法的不同，可將硬度測(cè)定方法分為： 壓入法：試驗(yàn)金屬對(duì)塑性變形的抵抗能力； 劃痕法：試驗(yàn)金屬對(duì)于阻礙斷裂的抵抗能力； 彈性回跳法：試驗(yàn)金屬對(duì)彈性變形的抵抗能力。 動(dòng)力試驗(yàn)下的力學(xué)性能 沖擊韌性 沖擊韌性表示金屬材料對(duì)沖擊負(fù)荷的抵抗能力，它是衡量材料韌性的指標(biāo)?？梢哉J(rèn)為，沖擊韌性是綜合性地概括了材料的塑性性能和強(qiáng)度性能。沖擊韌性ak等于撞斷帶缺口的標(biāo)準(zhǔn)方形截面試樣 在其單位面積上所消耗的功。 二二 特種設(shè)備檢驗(yàn)常用理化試驗(yàn)方法特種設(shè)備檢驗(yàn)常用理化試驗(yàn)方法 1. 常用硬度試驗(yàn)方法 （1）布氏硬度 HB 布氏硬度試驗(yàn)方法是把規(guī)定直徑

20、的淬火鋼球（或硬質(zhì)合金球）以一定的試驗(yàn)力F壓入所測(cè)材料表面,保持規(guī)定時(shí)間后,測(cè)量表面壓痕直徑d，由d計(jì)算出壓痕表面積A，布氏硬度值 HB = F / A。 布氏硬度試驗(yàn)方法主要用于硬度較低的一些材料，例如經(jīng)退火，正火，調(diào)質(zhì)處理的鋼材，以及鑄鐵，非鐵金屬等。 布氏硬度壓痕較大，對(duì)薄工件或精密制成品表面，這種損傷可能是不允許的，但對(duì)壓力容器表面則沒有什么妨礙。壓痕大的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是消除微觀組織不均勻造成的影響，測(cè)試數(shù)據(jù)離散性小，測(cè)試結(jié)果是受壓區(qū)域的平均值，比較可靠。 布氏硬度試驗(yàn)機(jī)型式有臺(tái)式和便攜式兩種。臺(tái)式試驗(yàn)機(jī)精度高。便攜式錘擊布氏硬度計(jì)價(jià)格低、體積不大、可攜帶至現(xiàn)場(chǎng)使用，由于是人工操作，檢測(cè)速度

21、較慢。 （2）洛氏硬度）洛氏硬度 HR 洛氏硬度是采用測(cè)量壓痕深度來確定硬度值的試驗(yàn)方法。 洛氏硬度試驗(yàn)適用范圍廣，操作簡(jiǎn)便迅速，而且壓痕較小，故在鋼鐵熱處理質(zhì)量檢查中應(yīng)用最多。 洛氏硬度試驗(yàn)在室內(nèi)試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行，無法在現(xiàn)場(chǎng)使用。由于壓痕小，當(dāng)材料組織不均勻時(shí)，測(cè)得的數(shù)值起伏大，缺乏代表性。 （3）維氏硬度維氏硬度HV 維氏硬度主要用于測(cè)量金屬的表面硬度。它采用正棱角錐體金剛石壓頭，在一定試驗(yàn)力下在試件表面壓出正方形壓痕，測(cè)量壓痕兩對(duì)角線平均長度來確定硬度值。 維氏硬度適用的硬度范圍寬，試驗(yàn)的壓痕非常小，可以測(cè)出很小一點(diǎn)區(qū)域的硬度值，甚至可以測(cè)出金相組織中不同相的硬度。主要用于實(shí)驗(yàn)室內(nèi)的顯微硬度

22、測(cè)量，焊接性能試驗(yàn)中的最高硬度試驗(yàn)就是用維氏硬度計(jì)來測(cè)定焊縫，熔合線和熱影響區(qū)硬度的。 （4）里氏硬度）里氏硬度HL 里氏硬度的測(cè)量原理是：當(dāng)材料被一個(gè)小沖擊里氏硬度的測(cè)量原理是：當(dāng)材料被一個(gè)小沖擊體撞擊時(shí)，較硬的材料使沖擊產(chǎn)生的反彈速度大體撞擊時(shí)，較硬的材料使沖擊產(chǎn)生的反彈速度大于較軟者。里氏硬度計(jì)采用一個(gè)裝有碳化鎢球的于較軟者。里氏硬度計(jì)采用一個(gè)裝有碳化鎢球的沖擊測(cè)頭，在一定的試驗(yàn)力作用下沖擊試樣表面，沖擊測(cè)頭，在一定的試驗(yàn)力作用下沖擊試樣表面，利用電磁感應(yīng)原理中速度與電壓成正比的關(guān)系，利用電磁感應(yīng)原理中速度與電壓成正比的關(guān)系，測(cè)量出沖擊測(cè)頭距試樣表面測(cè)量出沖擊測(cè)頭距試樣表面1mm處的處的

23、沖擊速度和沖擊速度和回跳速度回跳速度。里氏硬度值。里氏硬度值HL以沖擊測(cè)頭回跳速度以沖擊測(cè)頭回跳速度VB與沖擊速度與沖擊速度VA之比來表示：之比來表示：HL1000VB/VA。 里氏硬度計(jì)體積小，重量輕，操作簡(jiǎn)便，在任里氏硬度計(jì)體積小，重量輕，操作簡(jiǎn)便，在任何方向上均可測(cè)試，所以特別適合現(xiàn)場(chǎng)使用；由何方向上均可測(cè)試，所以特別適合現(xiàn)場(chǎng)使用；由于測(cè)量獲得的信號(hào)是電壓值，電腦處理十分方便，于測(cè)量獲得的信號(hào)是電壓值，電腦處理十分方便，測(cè)量后可立即讀出硬度值，并能即時(shí)換算為布、測(cè)量后可立即讀出硬度值，并能即時(shí)換算為布、洛、維等各種硬度值。洛、維等各種硬度值。硬度檢測(cè)的應(yīng)用 材料硬度值與其強(qiáng)度存在著一定的

24、比例關(guān)系，對(duì)鋼鐵材料來說，其材料硬度值與其強(qiáng)度存在著一定的比例關(guān)系，對(duì)鋼鐵材料來說，其抗拉強(qiáng)度近似等于三分之一的布氏硬度值；材料化學(xué)成分中，大多數(shù)抗拉強(qiáng)度近似等于三分之一的布氏硬度值；材料化學(xué)成分中，大多數(shù)合金元素都會(huì)使材料的硬度升高，其中碳對(duì)材料硬度的影響最直接，合金元素都會(huì)使材料的硬度升高，其中碳對(duì)材料硬度的影響最直接，材料中的碳含量越大，其硬度越高，材料中的碳含量越大，其硬度越高，因此硬度試驗(yàn)有時(shí)用來判斷材料因此硬度試驗(yàn)有時(shí)用來判斷材料強(qiáng)度等級(jí)或鑒別材質(zhì)；材料中不同金相組織具有不同硬度，強(qiáng)度等級(jí)或鑒別材質(zhì)；材料中不同金相組織具有不同硬度，一般來說，一般來說，馬氏體硬度高于珠光體，珠光體的

25、硬度高于鐵素體，鐵素體的硬度高馬氏體硬度高于珠光體，珠光體的硬度高于鐵素體，鐵素體的硬度高于奧氏體，于奧氏體，故通過硬度值可大致了解材料的金相組織、以及材料在加故通過硬度值可大致了解材料的金相組織、以及材料在加工過程中的組織變化和熱處理效果。工過程中的組織變化和熱處理效果。加工殘余應(yīng)力與焊接殘應(yīng)力的存加工殘余應(yīng)力與焊接殘應(yīng)力的存在對(duì)材料的硬度也會(huì)產(chǎn)生影響，加工殘余應(yīng)力與焊接殘余應(yīng)力值越大，在對(duì)材料的硬度也會(huì)產(chǎn)生影響，加工殘余應(yīng)力與焊接殘余應(yīng)力值越大，硬度越高。正因?yàn)橛绊懖牧嫌捕鹊囊蛩剌^多，工程上硬度檢測(cè)的應(yīng)用硬度越高。正因?yàn)橛绊懖牧嫌捕鹊囊蛩剌^多，工程上硬度檢測(cè)的應(yīng)用也較多，鍋爐壓力容器檢驗(yàn)中

26、硬度檢測(cè)的應(yīng)用概括如下：也較多，鍋爐壓力容器檢驗(yàn)中硬度檢測(cè)的應(yīng)用概括如下：（1）對(duì)于一般的碳素鋼、低合金鋼，當(dāng)材質(zhì)不清或有疑問時(shí)，可通過）對(duì)于一般的碳素鋼、低合金鋼，當(dāng)材質(zhì)不清或有疑問時(shí)，可通過測(cè)定硬度，并根據(jù)硬度與強(qiáng)度的關(guān)系，近似求出材料的強(qiáng)度值。常用測(cè)定硬度，并根據(jù)硬度與強(qiáng)度的關(guān)系，近似求出材料的強(qiáng)度值。常用的一個(gè)換算公式：的一個(gè)換算公式：=3.28HV-221（適用于母材）；另一公式為（適用于母材）；另一公式為=3.55HB（適用于（適用于HB175的材料）的材料）（2）焊接性試驗(yàn)中檢測(cè)焊接接頭斷面的母材、焊縫和熱影響區(qū)的硬度，）焊接性試驗(yàn)中檢測(cè)焊接接頭斷面的母材、焊縫和熱影響區(qū)的硬度，

27、據(jù)此判斷材料的焊接性和工藝的適用性據(jù)此判斷材料的焊接性和工藝的適用性（3）現(xiàn)場(chǎng)經(jīng)常通過檢測(cè)母材、焊縫和熱影響區(qū)的硬度，判斷焊接工藝執(zhí)）現(xiàn)場(chǎng)經(jīng)常通過檢測(cè)母材、焊縫和熱影響區(qū)的硬度，判斷焊接工藝執(zhí)行情況和焊接接頭質(zhì)量。行情況和焊接接頭質(zhì)量。（4）局部或整體熱處理后，通過對(duì)焊縫金屬、熱影響區(qū)及母材進(jìn)行硬度）局部或整體熱處理后，通過對(duì)焊縫金屬、熱影響區(qū)及母材進(jìn)行硬度測(cè)定，檢查熱處理效果，判斷焊縫接頭的消除應(yīng)力情況。例如現(xiàn)場(chǎng)組焊測(cè)定，檢查熱處理效果，判斷焊縫接頭的消除應(yīng)力情況。例如現(xiàn)場(chǎng)組焊的壓力容器，整體熱處理后焊縫金屬和熱影響區(qū)的硬度值要求不大于母的壓力容器，整體熱處理后焊縫金屬和熱影響區(qū)的硬度值要求

28、不大于母材的材的120%（碳素鋼）或（碳素鋼）或125%（合金鋼），電站鍋爐相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求焊后（合金鋼），電站鍋爐相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求焊后熱處理的硬度不超過硬度值加熱處理的硬度不超過硬度值加100HB,并且中合金鋼不大于并且中合金鋼不大于270HB,高合金高合金不高于不高于300HB（5）焊接返修時(shí)，對(duì)返修部位進(jìn)行硬度測(cè)定，檢查返修補(bǔ)焊工藝的可行）焊接返修時(shí)，對(duì)返修部位進(jìn)行硬度測(cè)定，檢查返修補(bǔ)焊工藝的可行性及焊接質(zhì)量。性及焊接質(zhì)量。（6）設(shè)備使用過程中，由于壓力、溫度、介質(zhì)等工況條件的影響，在用）設(shè)備使用過程中，由于壓力、溫度、介質(zhì)等工況條件的影響，在用檢驗(yàn)中，當(dāng)懷疑有脫碳或者球化時(shí)，應(yīng)對(duì)可疑部位進(jìn)行硬

29、度測(cè)定。檢驗(yàn)中，當(dāng)懷疑有脫碳或者球化時(shí)，應(yīng)對(duì)可疑部位進(jìn)行硬度測(cè)定。（7）壓力容器在高溫下長期使用后，有可能引起滲碳、滲氮、硫化、釩）壓力容器在高溫下長期使用后，有可能引起滲碳、滲氮、硫化、釩化及石墨化等現(xiàn)象。使材料的硬度改變。在用檢驗(yàn)時(shí)，應(yīng)選擇適當(dāng)部位化及石墨化等現(xiàn)象。使材料的硬度改變。在用檢驗(yàn)時(shí)，應(yīng)選擇適當(dāng)部位進(jìn)行硬度測(cè)定。進(jìn)行硬度測(cè)定。（8）在應(yīng)力腐蝕環(huán)境中使用的壓力容器，在制造或在用檢驗(yàn)中應(yīng)進(jìn)行硬）在應(yīng)力腐蝕環(huán)境中使用的壓力容器，在制造或在用檢驗(yàn)中應(yīng)進(jìn)行硬度檢測(cè)，以判斷應(yīng)力腐蝕傾向。例如，要求濕硫化氫應(yīng)力腐蝕環(huán)境中的度檢測(cè)，以判斷應(yīng)力腐蝕傾向。例如，要求濕硫化氫應(yīng)力腐蝕環(huán)境中的碳鋼碳鋼H

30、B200；合金鋼；合金鋼HB235；液氨儲(chǔ)罐材料臨界硬度為；液氨儲(chǔ)罐材料臨界硬度為HV210。 現(xiàn)場(chǎng)硬度檢測(cè)現(xiàn)場(chǎng)硬度檢測(cè) （1）影響測(cè)試精度的因素：）影響測(cè)試精度的因素： 試件的預(yù)處理。試件的被測(cè)表面必須露出金屬光澤，平整、表面粗糙度Ra值應(yīng)達(dá)到2um。 被測(cè)表面應(yīng)清潔、不得有油污。 曲面工件測(cè)試。曲率半徑R小于30mm的試件在測(cè)試時(shí)應(yīng)使用小支承環(huán)。 小試件測(cè)試時(shí)的支承。重量大于5kg的試件，不需要支承。對(duì)小于5kg的試件，由于沖擊力會(huì)使試件移動(dòng)而導(dǎo)致測(cè)試值不準(zhǔn)，一般不宜應(yīng)用。 試件的厚度應(yīng)大于5mm。當(dāng)試件為大面積板材時(shí)，應(yīng)在測(cè)試點(diǎn)的背面加固或支撐，否則即使厚度較大仍可能因試件變形導(dǎo)致測(cè)試值

31、不準(zhǔn)。試件本身不得帶磁。 （2）測(cè)試操作要求）測(cè)試操作要求 測(cè)試點(diǎn)選位：兩測(cè)試點(diǎn)間距應(yīng)3mm。 放置：應(yīng)將沖擊裝置支承環(huán)壓緊在被測(cè)表面， 按動(dòng)沖擊裝置釋放鈕的測(cè)試瞬間，應(yīng)保持工件、沖擊裝置、操作員身體均處于穩(wěn)定狀態(tài)。 （3）工作環(huán)境溫度：1045。（4）校驗(yàn)：測(cè)試前最好先使用標(biāo)準(zhǔn)塊對(duì)儀器進(jìn)行校驗(yàn)。（5）數(shù)值處理：測(cè)試結(jié)果應(yīng)取35次或更多次測(cè)試的平均值。（6）檢定：每年至少檢定一次，檢定合格才能繼續(xù)使用。材料元素分析 1. 材料元素分析目的與方法材料元素分析目的與方法 通常以下幾種情況需要對(duì)材料進(jìn)行元素分析通常以下幾種情況需要對(duì)材料進(jìn)行元素分析： （1）材料復(fù)驗(yàn)：為防止材料用錯(cuò)，對(duì)材料牌號(hào)進(jìn)行的

32、驗(yàn)證性）材料復(fù)驗(yàn)：為防止材料用錯(cuò)，對(duì)材料牌號(hào)進(jìn)行的驗(yàn)證性分析；分析； （2）主體材料不明，檢驗(yàn)中欲查清材料種類，對(duì)材料的元素）主體材料不明，檢驗(yàn)中欲查清材料種類，對(duì)材料的元素種類和的含量進(jìn)行分析。種類和的含量進(jìn)行分析。 （3）在用設(shè)備修理需要補(bǔ)焊，查明材料的成分，以便選用合）在用設(shè)備修理需要補(bǔ)焊，查明材料的成分，以便選用合適的焊材和焊接工藝。適的焊材和焊接工藝。 （4）在用壓力容器檢驗(yàn)中，懷疑材料在運(yùn)行環(huán)境下其內(nèi)表層）在用壓力容器檢驗(yàn)中，懷疑材料在運(yùn)行環(huán)境下其內(nèi)表層成分發(fā)生變化，需要分析內(nèi)表層化學(xué)成分，確定是否發(fā)生損成分發(fā)生變化，需要分析內(nèi)表層化學(xué)成分，確定是否發(fā)生損傷。傷。 （5）在用壓力容

33、器檢驗(yàn)中，有時(shí)需要對(duì)腐蝕產(chǎn)物進(jìn)行分析，）在用壓力容器檢驗(yàn)中，有時(shí)需要對(duì)腐蝕產(chǎn)物進(jìn)行分析，以確定腐蝕的性質(zhì)、原因、發(fā)展速率，以及對(duì)壓力容器運(yùn)行以確定腐蝕的性質(zhì)、原因、發(fā)展速率，以及對(duì)壓力容器運(yùn)行安全的影響。安全的影響。 鋼鐵材料元素分析的常用方法有鋼鐵材料元素分析的常用方法有原子發(fā)射光譜分析法和化學(xué)原子發(fā)射光譜分析法和化學(xué)分析分析法兩種。此外，可用于微區(qū)和微量物質(zhì)的元素分析方法法兩種。此外，可用于微區(qū)和微量物質(zhì)的元素分析方法還有掃描電鏡、電子探針、離子探針、能譜儀等。還有掃描電鏡、電子探針、離子探針、能譜儀等。2. 原子發(fā)射光譜分析法 目前用于原子發(fā)射光譜分析的儀器有三類，一類是看譜分析，使用的

34、儀器是看譜鏡，一般用于材料中某項(xiàng)合金元素有無的鑒別；另一類是光電式光譜分析，使用的儀器是數(shù)字式光譜分析儀，可進(jìn)行材料成份的定性定量分析；第三種是熒光光譜分析，也可進(jìn)行材料成份的定性定量分析。 原子發(fā)射光譜分析法原理：利用電?。ɑ騒射線或射線）激發(fā)被分析物質(zhì)的原子，處于激發(fā)態(tài)的原子的核外電子會(huì)發(fā)生躍遷而發(fā)光，不同的元素的原子結(jié)構(gòu)不同，核外的能級(jí)軌道和電子數(shù)也不相同，在受外來能源激發(fā)后，各自電子發(fā)生躍遷的軌道及軌道間的能級(jí)差不同，發(fā)射的光子波長也就不同，所以各種元素在一定條件下，都具有自身特征的線狀譜（也稱標(biāo)識(shí)譜）。因此，根據(jù)被分析物質(zhì)所發(fā)射光譜的譜線構(gòu)成和強(qiáng)度，就可以鑒別出該物質(zhì)所包含的原子種類

35、和數(shù)量。（1）看譜分析 看譜分析利用的是可見光范圍特征譜，波長大致為390700nm.其其優(yōu)點(diǎn)如下：優(yōu)點(diǎn)如下： 應(yīng)用范圍廣：對(duì)鋼、鐵、銅、鋁及合金等金屬材料都能進(jìn)行分析； 靈敏度高：對(duì)大多數(shù)元素來說，只要有極少的含量（0.1-10ppm）就可以發(fā)現(xiàn)該元素的存在； 不需取樣，用便攜式看譜鏡可以到現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行分析操作； 不損壞被分析試樣，可直接在壓力容器半成品或成品上進(jìn)行檢測(cè)； 分析費(fèi)用低，看譜分析不需要大量的貴重化學(xué)試劑和其它輔助材料。 最適用于根據(jù)某一元素鑒別材料種類的工作，檢測(cè)速度很快。其缺點(diǎn)如下：其缺點(diǎn)如下： 分析有局限性：只能鑒定材料中是否含有特定的某一兩種元素，無法對(duì)材料中全部元素進(jìn)行檢測(cè)

36、分析； 只能鑒定金屬元素，不能檢測(cè)非金屬元素； 分析結(jié)果受環(huán)境條件、操作技術(shù)、人眼睛感光靈敏度等因素的影響大； 不能定量分析。只能就某一元素與標(biāo)準(zhǔn)試樣比對(duì)含量高低，且準(zhǔn)確性不高； 對(duì)儀器調(diào)節(jié)操作有一定要求，必須由熟練人員操作。（2）光電式光譜分析 光電式光譜分析是建立在電腦技術(shù)和數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)上的先進(jìn)分析方法。光電式光譜分析儀一次激發(fā)即可獲得全部元素的譜線信息，檢測(cè)利用紫外-藍(lán)紫光譜范圍，波長大致為170560nm。光信號(hào)通過分光、色散、光電轉(zhuǎn)換，變?yōu)殡娦盘?hào)送入計(jì)算機(jī)，處理后自動(dòng)給出被檢試樣各項(xiàng)元素的含量。比看譜鏡更多的優(yōu)點(diǎn)列舉如下： 可獲得被分析物質(zhì)的全部元素的譜線信息，因此能分析各種金屬

37、材料， 數(shù)十種合金中的全部元素； 光學(xué)系統(tǒng)有效波長包括了紫外范圍，能檢測(cè)非金屬元素碳、硫、磷等； 采用電腦控制檢測(cè)分析過程，自動(dòng)化程度高，檢測(cè)結(jié)果基本不受環(huán)境條件、操作技術(shù)等因素的影響； 定量分析具有較高的精度。保證每一種元素的每一次分析都采用最佳分析線和最佳參考線，從而獲得高精度， 操作簡(jiǎn)單方便，每次檢測(cè)前無須對(duì)儀器進(jìn)行調(diào)校；檢測(cè)速度極快（10秒-30秒內(nèi)完成）； 儀器電腦可存儲(chǔ)相當(dāng)數(shù)量的各種元素的譜線構(gòu)成，可配置多種定量分析模式軟件和牌號(hào)分級(jí)、混料識(shí)別模式軟件，簡(jiǎn)化操作，提高工作效率； 電腦可內(nèi)存幾千個(gè)測(cè)試結(jié)果，可打印或輸出存儲(chǔ)；（3）熒光光譜分析 熒光光譜分析用X射線或射線來激發(fā)被分析物

38、質(zhì)的原子發(fā)出熒光X射線，通過識(shí)別熒光光譜來鑒別元素種類和數(shù)量。由于射線劑量很小，能量也低，對(duì)人體沒有什么傷害。儀器體積小，重量輕，操作比光譜分析儀更簡(jiǎn)單方便，對(duì)工件形狀和表面要求不高。缺點(diǎn)是只能分析原子序數(shù)大于鈦的元素，因此碳、硅、硫、磷等元素均無法識(shí)別。3. 化學(xué)分析 化學(xué)分析能十分精確地分析出材料中元素含量。缺點(diǎn)是速度較光譜分析法慢。 化學(xué)分析法在試驗(yàn)室進(jìn)行。需要取樣。 化學(xué)分析方法有比色（光度）法、滴定法、重量法、萃取法、燃燒法、氣體容量法、電導(dǎo)法、紅外線吸收法等等，方法很多。金相檢驗(yàn)1. 金相檢驗(yàn)?zāi)康慕鹣鄼z驗(yàn)是通過觀察到金屬材料微觀金相組織來對(duì)材料進(jìn)行檢驗(yàn)的，其應(yīng)用目的主要有：（1）判

39、斷不明材料類別；（2）檢驗(yàn)材料質(zhì)量和熱處理狀態(tài)；（3）檢查焊接質(zhì)量，例如是否有淬硬的馬氏體、過熱的魏氏組織；（4）檢驗(yàn)熱處理效果；（5）檢測(cè)材料晶粒度；（6）檢測(cè)材料中的微觀缺陷，如晶間裂紋、疏松、過燒等；（7）檢查長期高溫環(huán)境下可能發(fā)生的材質(zhì)劣化，例如珠光體球化、石墨化；（8）腐蝕環(huán)境下可能產(chǎn)生的晶間腐蝕或應(yīng)力腐蝕裂紋；（9）高溫高壓臨氫環(huán)境下的氫損傷，例如脫碳，氫腐蝕裂紋；（10）在用壓力容器的斷口金相檢驗(yàn)，可以幫助判定腐蝕或斷裂的類型，分析容器失效的原因。2. 金相檢驗(yàn)的程序和方法 現(xiàn)場(chǎng)金相檢驗(yàn)的主要程序是：根據(jù)檢驗(yàn)的目的選擇有代表性的檢驗(yàn)點(diǎn)；在檢驗(yàn)部位用砂輪打磨出平整的金屬磨面，并按順

40、序用從粗到細(xì)不同號(hào)的砂布或研磨膏打磨金屬磨面；用拋光液或拋光膏將磨面拋光成鏡面；根據(jù)不同鋼種，采用合適的試劑對(duì)觀測(cè)面進(jìn)行浸蝕，使金相組織顯露更清楚。 現(xiàn)場(chǎng)金相檢驗(yàn)需要采用便攜式儀器，包括手提式微型電動(dòng)拋光器、電解拋光（浸蝕）裝置及小的磨光砂輪、可在部件上安放的便攜式顯微鏡等。早期的金相除了直接觀察外，還可以采用間接觀察方法，即復(fù)膜金相來進(jìn)行檢驗(yàn)，通常采用醋酸纖維素膜（即AC紙）制做復(fù)型，觀察的效果直接取決于復(fù)型的好壞，而復(fù)型效果在很大程度上又取決于檢驗(yàn)點(diǎn)的制樣水平，這種觀察方法優(yōu)于直接觀察法的地方是觀察條件好、觀察時(shí)間、人員不受限制，可用透射電子顯微鏡觀察并且可以拍攝金相檢驗(yàn)照片存檔。目前更先

41、進(jìn)的方法是便攜式顯微鏡與數(shù)碼相機(jī)配合使用，圖像存儲(chǔ)、復(fù)制、觀察都比較方便。焊接接頭組織的金相圖譜過熱區(qū)（粗晶粒區(qū)）正火區(qū)（重結(jié)晶區(qū)）部分相變區(qū)母材三 金屬部件主要失效形式分析1、鍋爐主要部件失效類型 蠕變、疲勞、蠕變疲勞、侵蝕、腐蝕、磨損、材質(zhì)老化及其交互作用等；2、壓力容器失效類型1、鍋爐主要部件的失效型式一、變形失效二、疲勞失效三、腐蝕失效四、蠕變失效五、磨損失效六、脆性斷裂失效七、塑性斷裂失效一、過量變形失效 過量變形失效又可分為過量彈性變形失效和過量塑性變形失效 其主要影響因素有：1、熱沖擊：突然升溫或降溫，產(chǎn)生的熱應(yīng)力。2、部件自重：部件自重可產(chǎn)生永久變形，放置大型部件時(shí)應(yīng)注意合理放

42、置。3、殘余應(yīng)力：存在殘余應(yīng)力的大型部件在高溫運(yùn)行中，由于殘余應(yīng)力發(fā)生變化，破壞了原來部件內(nèi)部的應(yīng)力平衡，造成永久變形。4、異常工況的影響5、材料問題，強(qiáng)度偏低6、設(shè)計(jì)的安全系數(shù)不夠，會(huì)使部件發(fā)生變形。 二、疲勞失效 部件在工作過程中承受交變載荷或循環(huán)載荷的作用，引起部件內(nèi)部的應(yīng)力叫交變應(yīng)力。在這種交變應(yīng)力的作用下發(fā)生斷裂的現(xiàn)象叫疲勞斷裂。 疲勞失效種類很多，分類方式極為復(fù)雜： 按載荷分，有拉伸疲勞、拉壓疲勞、彎曲疲勞、扭轉(zhuǎn)疲勞和各種混合受力的疲勞； 按載荷交變頻率分，有高周疲勞和低周疲勞；按應(yīng)力大小分，有高應(yīng)力疲勞和低應(yīng)力疲勞； 在復(fù)雜環(huán)境條件下還有腐蝕疲勞、高溫疲勞、熱疲勞、微振疲勞、接觸

43、疲勞等。 疲勞斷裂也有一個(gè)時(shí)間過程，即裂紋的萌生、裂紋的擴(kuò)展和最終的瞬時(shí)斷裂三個(gè)階段。 二、疲勞失效二、疲勞失效 1、高周疲勞斷裂 低應(yīng)力（105）。高周疲勞一般壽命較長，斷裂時(shí)沒有塑性變形，一般也稱應(yīng)力疲勞。高周疲勞一般具有穿晶特征，在裂紋金相試樣上，裂紋呈波動(dòng)狀，裂紋中間沒有腐蝕介質(zhì)和腐蝕產(chǎn)物，裂紋尖端往往較尖銳，疲勞條紋間距小。 2、低周疲勞斷裂 高應(yīng)力（s），低循環(huán)次數(shù)（N102105）。低周疲勞一般壽命較短，斷裂時(shí)長伴隨應(yīng)變的發(fā)生，故也稱應(yīng)變疲勞。斷口較為粗糙，斷口周圍往往有殘余宏觀變形。斷口仍具有逐漸擴(kuò)展區(qū)和瞬時(shí)破斷區(qū)的特征，逐漸擴(kuò)展區(qū)的“海灘”標(biāo)志部明顯或消失。 3、高溫疲勞斷裂

44、 4、熱疲勞斷裂 三、腐蝕失效 金屬材料受周圍環(huán)境介質(zhì)的化學(xué)與電化學(xué)作用而引起的損壞叫腐蝕失效。腐蝕對(duì)部件損壞的表現(xiàn)為失重、破壞材料表面完好狀態(tài)和生產(chǎn)裂紋。 常見腐蝕失效的主要類型：1、高溫氧化：其氧化反應(yīng)方程式為：2Me+O22MeO（高溫下）2、低熔點(diǎn)氧化物的腐蝕（高溫腐蝕） 劣質(zhì)燃料中含有V2O5、Na2O、SO3 等低熔點(diǎn)氧化物，它們與金屬反應(yīng)生產(chǎn)新的氧化物。這些低熔點(diǎn)氧化物又會(huì)與金屬表面的氧化物發(fā)生反應(yīng)，生成結(jié)構(gòu)松散的釩酸鹽。3、煙氣腐蝕（低溫腐蝕）部件溫度低于含酸根煙氣的露點(diǎn)。 含有較高SO2、SO3和CO2的煙氣，當(dāng)遇到較冷的物體（省煤器、空氣預(yù)熱器）時(shí)，溫度降到煙氣的露點(diǎn)以下。

45、部件表面凝結(jié)的水膜與中的與SO2、SO3和CO2結(jié)合形成酸性溶液，導(dǎo)致鍋爐尾部受熱面嚴(yán)重的低溫腐蝕。 三、腐蝕失效4、應(yīng)力腐蝕應(yīng)力腐蝕是材料在腐蝕環(huán)境中和靜態(tài)拉應(yīng)力的同時(shí)作用下產(chǎn)生的破裂。它是斷裂中最廣泛、最嚴(yán)重的一種破壞形式。應(yīng)力腐蝕的三個(gè)特定條件：特定的腐蝕環(huán)境、足夠大的拉應(yīng)力和特定的合金成分和結(jié)構(gòu)。 應(yīng)力腐蝕有下列的幾個(gè)特征： A、裂紋的宏觀走向基本上與拉應(yīng)力垂直。只有拉應(yīng)力才能引起應(yīng)力腐蝕，壓應(yīng)力會(huì)阻止或延緩應(yīng)力腐蝕。 B、應(yīng)力腐蝕斷裂存在著孕育期。 C、產(chǎn)生應(yīng)力腐蝕的合金表面都會(huì)存在鈍化膜或保護(hù)膜。腐蝕只在局部區(qū)域，破裂時(shí)金屬腐蝕量極小。 D、斷口呈脆性形貌，裂紋走向?yàn)榇┚А⒀鼐Щ蚧?/p>

46、合型。裂紋一般起源于部件表面的蝕孔。 E、應(yīng)力腐蝕斷裂一般發(fā)生在活化鈍化的過渡區(qū)的電位范圍，即在鈍化膜不完整的電位范圍內(nèi)。 F、大多數(shù)應(yīng)力腐蝕斷裂體系中存在臨界應(yīng)力腐蝕斷裂強(qiáng)度因子KISCC。當(dāng)應(yīng)力腐蝕斷裂強(qiáng)度因子低于KISCC時(shí)，裂紋不擴(kuò)展；大于KISCC時(shí)，應(yīng)力腐蝕裂紋擴(kuò)展。5、點(diǎn)蝕或孔蝕 在構(gòu)件表面出現(xiàn)個(gè)別孔坑或密集斑點(diǎn)的腐蝕稱為點(diǎn)腐蝕，又稱孔蝕或小孔腐蝕。點(diǎn)腐蝕是一種由小陽極大陰極腐蝕電池引起的陽極區(qū)高度集中的局部腐蝕形式。點(diǎn)蝕隱蔽性很強(qiáng)。點(diǎn)腐蝕具有如下特征點(diǎn)蝕坑形貌：三、腐蝕失效三、腐蝕失效6、晶間腐蝕： 晶間腐蝕是指部件材料的晶界及其鄰近部位優(yōu)先受腐蝕，而晶粒本身不被腐蝕或腐蝕很輕

47、的一種局部腐蝕。不銹鋼的晶間腐蝕要比普通碳鋼和合金鋼較為普遍。7、氧的濃度差電池腐蝕 含氧的水溶液中，由于溶解氧的濃度不同而引起的腐蝕稱為氧的濃度差電池腐蝕。如水線處易出現(xiàn)腐蝕。氧濃度高的地方為陰極，濃度低的地方為陽極。陽極會(huì)受到腐蝕。8、垢下腐蝕 由于鍋爐給水質(zhì)量不佳，雜質(zhì)在高溫區(qū)的水冷壁管內(nèi)沉積并形成鹽垢，導(dǎo)致此處壁溫升高，爐水在沉積物母體中蒸發(fā)，使非揮發(fā)成分變濃，使垢下的金屬材料成為濃差電池和溫差電池的陽極，而受到腐蝕。垢下腐蝕實(shí)際上是高壓水下的電化學(xué)腐蝕。 三、腐蝕失效9、氫腐蝕 氫對(duì)金屬的作用往往表現(xiàn)在使金屬產(chǎn)生脆性，因而有時(shí)把金屬的氫損傷統(tǒng)稱為氫脆。 習(xí)慣上把氫對(duì)鋼的物理作用所引起

48、的損傷叫做鋼的脆性，而把氫與鋼的化學(xué)作用引起的損傷叫做氫腐蝕。高壓含氧環(huán)境中，由于氫原子擴(kuò)散進(jìn)入鋼中，與鋼中的碳結(jié)合生成甲烷，使鋼出現(xiàn)沿晶裂紋，引起鋼的強(qiáng)度和塑性下降的腐蝕現(xiàn)象稱為氫腐蝕。 四、蠕變失效1、蠕變的概念 蠕變是指金屬材料在恒應(yīng)力長期作用下而發(fā)生的塑性變形現(xiàn)象。 2、蠕變斷裂類型 A、基本形變型蠕變斷裂（M型蠕變斷裂） 當(dāng)部件受到大的應(yīng)力，在較短的時(shí)間內(nèi)發(fā)生的蠕變斷裂為基本型蠕變斷裂。斷裂前整個(gè)基體發(fā)生形變。斷裂部位金屬流變明顯，形成頸縮，斷裂為穿晶型，斷口的微觀特征是韌窩。這類蠕變斷裂對(duì)缺口應(yīng)力集中不敏感。四、蠕變失效3、過熱失效 過熱失效是材料在一定時(shí)間內(nèi)的溫度和應(yīng)力作用而出現(xiàn)

49、的失效形式。它是蠕變失效在電站鍋爐高溫部件的具體表現(xiàn)形式。它主要發(fā)生在受熱面管道上。過熱與超溫的概念不同，超溫就是材料超過其額定使用溫度范圍運(yùn)行。主要針對(duì)鍋爐運(yùn)行溫度而言，而過熱主要是針對(duì)材料的金相組織和機(jī)械性能的效果而言。過熱是鍋爐超溫運(yùn)行的結(jié)果，超溫是過熱的原因。 過熱失效一般分為長期過熱和短期過熱。主要表現(xiàn)形式是鍋爐管子發(fā)生爆破。長期過熱是管子在長時(shí)間的應(yīng)力和超溫溫度作用下導(dǎo)致的爆管。長期過熱一般超溫幅度不大，過程緩慢。一般常發(fā)生在過熱器和再熱器管上。短期過熱是超溫幅度較高，在較短的時(shí)間內(nèi)發(fā)生的失效現(xiàn)象。有的短期過熱的超溫幅度會(huì)高于相變點(diǎn)。一般發(fā)生在水冷壁管上。 短期過熱 長期過熱五、磨

50、損失效 磨損分為五類：粘著磨損、磨粒磨損、沖蝕磨損、腐蝕磨損和表面疲勞磨損。 1、沖蝕磨損 A、固體粒子沖蝕 B、汽蝕 2、腐蝕磨損 六、脆性斷裂失效 1、產(chǎn)生條件 材料的脆性是指材料的其他力學(xué)性能變化不大，而韌性急劇下降的現(xiàn)象。部件的脆性斷裂是指幾乎沒有塑性變形，斷裂過程極快而吸收能量極低的突發(fā)性破壞現(xiàn)象。只有處于脆性狀態(tài)的零件才能發(fā)生脆性損壞。 產(chǎn)生脆性斷裂的加載條件是：靜載或沖擊。部件發(fā)生脆斷時(shí)的應(yīng)力大大低于材料的屈服強(qiáng)度，屬于平面應(yīng)變條件下的裂紋失穩(wěn)擴(kuò)展。七、塑性斷裂失效 產(chǎn)生條件 當(dāng)部件所承受的應(yīng)力大于材料的屈服強(qiáng)度時(shí)，將發(fā)生塑性變形。如果應(yīng)力進(jìn)一步增加，就可能發(fā)生斷裂。這種失效，稱

51、為塑性斷裂失效。它一般發(fā)生于靜力過載或大能量沖擊的惡劣工況情況下。 失效分析的主要分析方法和主要分析設(shè)備一、宏觀分析和金相分析方法1、宏觀分析 宏觀分析是把金屬的表面或金屬的縱斷面或橫截面磨制后，經(jīng)過侵蝕或不經(jīng)侵蝕，用肉眼或在放大鏡下觀察的方法。2、金相分析金相分析的基本任務(wù)是研究金屬和合金的組織和缺陷，以確定其性能變化的原因，在火電廠中，金相檢驗(yàn)的主要任務(wù)為：A、在安裝中，檢驗(yàn)金屬部件質(zhì)量。例如金屬部件的組織和焊縫的組織和質(zhì)量。B、在運(yùn)行中，檢驗(yàn)金屬在運(yùn)行過程中的組織變化，如組織的球化、老化、顯微裂紋等。C、在事故分析中，根據(jù)組織變化情況來分析事故的產(chǎn)生原因。D、在制造和修配中，檢驗(yàn)產(chǎn)品質(zhì)量

52、，以確定熱處理工藝是否合理。 失效分析的主要分析方法和主要分析設(shè)備二、斷口的宏觀分析 斷口宏觀分析的作用：尋找斷裂源和裂紋發(fā)展的路徑。判斷部件是塑性斷裂還是脆性斷裂。判斷引起部件失效的受力狀態(tài)（含組合應(yīng)力狀態(tài)）。粗略地評(píng)價(jià)設(shè)計(jì)、制造、運(yùn)行工況、材質(zhì)和介質(zhì)等因素對(duì)斷裂的影響。 斷口三要素：圓形光滑拉伸試樣的纖維狀斷口，由形貌不同的纖維區(qū)、放射區(qū)和剪切唇區(qū)構(gòu)成這三個(gè)宏觀斷口區(qū)域特征為斷口三要素。 根據(jù)三要素中纖維區(qū)先斷而剪切唇最后斷的原則，可判斷斷裂源和斷裂的發(fā)展方向。根據(jù)三要素的分布位置、大小和形態(tài)特征，可分析試樣或部件斷裂時(shí)的應(yīng)力狀態(tài)、應(yīng)力大小，試樣（或部件）尺寸和缺口效益，溫度狀態(tài)和材料質(zhì)量

53、。失效分析的主要分析方法和主要分析設(shè)備三、斷口的微觀分析1、韌窩 金屬部件或試樣因超載而產(chǎn)生塑性變形，在徑縮處由于材料內(nèi)部存在夾雜、第二相質(zhì)點(diǎn)和材料的彈塑性差異，形成顯微孔洞。2、滑移 其顯微特征為晶體材料受到外力作用時(shí)，晶體會(huì)沿著一定的結(jié)晶面發(fā)生滑移。 3、解理解理斷裂是金屬材料在正應(yīng)力作用下，由于原子間結(jié)合鍵的破壞而造成的穿晶斷裂。通常沿一定的晶面（解理面）斷裂，有時(shí)也可沿滑移面或?qū)\晶界解理斷裂。 4、準(zhǔn)解理準(zhǔn)解理斷裂包含顯微孔洞聚集和解理的混合機(jī)理，屬解理斷裂范疇。 5、疲勞斷口疲勞斷口的主要特征表現(xiàn)在擴(kuò)展區(qū)上 。6、沿晶斷口沿晶斷口的最基本特征是有晶界小刻面的冰糖狀形貌。 7、混合斷裂

54、 汽包的失效1、苛性脆化A、苛性脆化的特征 主要發(fā)生在中低壓鍋爐汽包，汽水品質(zhì)較低；產(chǎn)生裂紋的部位：鉚釘和管子脹口處，鉚釘孔和脹口的汽包鋼板上；腐蝕具有縫隙腐蝕的特征，為陽極溶解型的應(yīng)力腐蝕；初始裂紋從縫隙處產(chǎn)生，從表面不能看到；初始裂紋具有沿晶和分叉的特點(diǎn)，裂紋的縫隙處沒有堅(jiān)固的腐蝕產(chǎn)物；金屬組織未發(fā)生變化；斷口具有冰糖狀花樣，為脆斷。B、苛性脆化的原因局部的應(yīng)力超過材料的屈服點(diǎn)，其中有脹管和鉚接產(chǎn)生的殘余應(yīng)力、開孔處的邊緣應(yīng)力和熱應(yīng)力；爐水的堿性大，縫隙部位由于爐水雜質(zhì)的濃縮作用，NaOH的濃度高。C、苛性脆化的防止措施改進(jìn)汽包結(jié)構(gòu)，把鉚接和脹管改為焊接結(jié)構(gòu)，消除縫隙；改善鍋爐啟停和運(yùn)行工

55、況，減少熱應(yīng)力；提高汽水品質(zhì)。汽包的失效3、應(yīng)力氧化腐蝕裂紋A、特征在汽包水汽波動(dòng)區(qū)的應(yīng)力集中部位產(chǎn)生裂紋，如人孔門焊縫；斷口不具備疲勞特征；裂紋縫隙處充滿堅(jiān)硬的氧化物，楔形的氧化物附加應(yīng)力對(duì)裂紋擴(kuò)展起很大作用；在裂紋邊緣有脫碳、晶粒細(xì)化、晶界孔洞等特征；裂紋尖端和周圍有沿晶的氧化裂紋；裂紋發(fā)源于焊接缺陷和腐蝕坑處。B、原因 由高壓水引起的應(yīng)力腐蝕斷裂；局部的綜合應(yīng)力超過屈服 點(diǎn)；使表面的Fe3O4膜破裂，發(fā)生Fe4H2OFe3O4+8H和 C+4HCH4反應(yīng)；內(nèi)表面的缺陷，在水汽界面波動(dòng)區(qū)，易造成縫隙處的爐水雜質(zhì)的濃縮。C、防止措施 提高焊接質(zhì)量；降低焊接處的殘余應(yīng)力；控制啟停時(shí)的溫度變化速

56、度；保證汽包中的汽水品質(zhì)；保證焊縫表面的平滑，發(fā)現(xiàn)焊縫處有尖角腐蝕坑，可修磨成圓滑過渡。 謝謝大家！ 動(dòng)力試驗(yàn)下的力學(xué)性能 沖擊韌性 沖擊韌性表示金屬材料對(duì)沖擊負(fù)荷的抵抗能力，它是衡量材料韌性的指標(biāo)。可以認(rèn)為，沖擊韌性是綜合性地概括了材料的塑性性能和強(qiáng)度性能。沖擊韌性ak等于撞斷帶缺口的標(biāo)準(zhǔn)方形截面試樣 在其單位面積上所消耗的功。 現(xiàn)場(chǎng)硬度檢測(cè)現(xiàn)場(chǎng)硬度檢測(cè) （1）影響測(cè)試精度的因素：）影響測(cè)試精度的因素： 試件的預(yù)處理。試件的被測(cè)表面必須露出金屬光澤，平整、表面粗糙度Ra值應(yīng)達(dá)到2um。 被測(cè)表面應(yīng)清潔、不得有油污。 曲面工件測(cè)試。曲率半徑R小于30mm的試件在測(cè)試時(shí)應(yīng)使用小支承環(huán)。 小試件測(cè)試時(shí)的支承。重量大于5kg的試件，不需要支承。對(duì)小于5kg的試件，由于沖擊力會(huì)使試件移動(dòng)而導(dǎo)致測(cè)試值不準(zhǔn)，一般不宜應(yīng)用。 試件的厚度應(yīng)大于5mm。當(dāng)試件為大面積板材時(shí)，應(yīng)在測(cè)試點(diǎn)的背面加