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金屬材料材質(zhì)分析范文第1篇

運(yùn)用ABAQUS建立激光噴丸有限元模型，模擬研究不同材料的板材在激光沖擊后折彎角度的變化，并進(jìn)行相關(guān)實(shí)驗(yàn)，將仿真結(jié)果與實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行對(duì)比。結(jié)果表明:金屬材料HEL跟材料凹凸變形轉(zhuǎn)換范圍有關(guān)。

關(guān)鍵詞:

激光噴丸成形;ABAQUS;金屬材料HEL

激光噴丸成形技術(shù)是在激光沖擊強(qiáng)化和機(jī)械噴丸的基礎(chǔ)上提出來的。與激光沖擊強(qiáng)化主要是改善零件疲勞壽命和提高抗腐蝕能力不同，激光噴丸成形采用高功率、超短脈沖的激光束代替有質(zhì)彈丸沖擊材料表面，將誘發(fā)的等離子體爆炸產(chǎn)生的沖擊波作為材料成形的動(dòng)力來源，使得金屬零件發(fā)生塑性變形［1－2］。2010年，Edwards等發(fā)現(xiàn):在使用納秒激光進(jìn)行薄板噴丸成形后，金屬薄板發(fā)生了彎曲，這種彎曲呈凹變形。江蘇大學(xué)張永康等［3－5］最先對(duì)激光沖擊處理工藝進(jìn)行研究，隨后又在激光噴丸彎曲成形機(jī)理、激光誘導(dǎo)沖擊波壓力模型的建立、約束層對(duì)成形特性的影響、沖擊波壓力的測量和模擬、激光噴丸成形的數(shù)值仿真等方面進(jìn)行了一系列的探討。胡永祥等［6］對(duì)激光噴丸彎曲變形機(jī)制進(jìn)行了試驗(yàn)和理論分析，結(jié)果表明:在不同的工藝參數(shù)和加工條件下，金屬薄板不僅能向靠近激光光束的方向，而且能向遠(yuǎn)離激光光束的方向彎曲。隨著金屬薄板厚度的增加或者激光強(qiáng)度的降低，彎曲成形能夠從凹變形連續(xù)、光滑地轉(zhuǎn)變成凸變形。雖然國內(nèi)外對(duì)激光噴丸成形進(jìn)行了大量的研究，但是在金屬材料HEL與板材凹凸變形方面的研究還不多。本文運(yùn)用ABAQUS建立1060Al板材和AZ31B板材在相同板厚、相同激光能量下的激光沖擊仿真模型，并進(jìn)行相關(guān)實(shí)驗(yàn)，分析不同HEL的材料所產(chǎn)生的折彎變形角度。

1板材折彎變形

激光噴丸成形是一個(gè)以力效應(yīng)為主導(dǎo)的成形過程。板料彎曲變形的實(shí)質(zhì)是激光脈沖誘導(dǎo)殘余應(yīng)力使得板料發(fā)生變形。因此，在分析激光噴丸板料彎曲變形時(shí)，可將激光噴丸引起的殘余應(yīng)力看作外力，將由殘余應(yīng)力產(chǎn)生的彎曲看作是外彎矩，分析在該彎矩下板材的彎曲變形問題。當(dāng)外力作用于板材時(shí)，原為直線的軸線發(fā)生變形成為曲線，這種形式的變形又稱為板的彎曲變形。而激光噴丸誘使板料產(chǎn)生的彎曲擾度通常小于板材的厚度，所以本文重點(diǎn)分析板的小揉度彎曲。板的小揉度彎曲理論是以基爾霍夫假設(shè)為基礎(chǔ)，其中基本假設(shè)主要包括如下4點(diǎn)［7］:①假設(shè)板料是均勻、連續(xù)的理想彈性體;②假設(shè)板料位移和變形是微小的;③變形前與中面垂直的直線段在變形后始終保持為直線并仍與變形后的中面正交，這就是直法線假設(shè);④假定板材在變形過程忽略垂直于中面的法向應(yīng)力。這些假設(shè)在滿足相對(duì)工程精度的同時(shí)大大簡化了求解過程。而且，采用基爾霍夫假設(shè)可將板的三維彎曲問題近似簡化為抽中面的二維彎曲問題。在進(jìn)行板料彎曲的分析時(shí)可以采用與解決材料力學(xué)梁純彎曲問題相同的方法。板材的激光噴丸成形其實(shí)質(zhì)是在激光脈沖的誘導(dǎo)應(yīng)力波的作用下，在材料內(nèi)部形成不均勻的應(yīng)力分布，使得板料上產(chǎn)生彎矩，在彎矩作用下產(chǎn)生彎曲變形。每一種材料的HEL不同，在材料內(nèi)部形成的應(yīng)力分布也不同，進(jìn)而產(chǎn)生不同的彎曲變形。Schulz在金屬薄板的短脈沖激光噴丸成形方面進(jìn)行了研究，他指出板料是否呈凹變形和呈凸變形是由局部塑性變形決定的。激光噴丸處理中板料既能產(chǎn)生凹變形，也能產(chǎn)生凸變形，這是由不均勻的應(yīng)力分布導(dǎo)致的，不同的應(yīng)力分布又是由材料的HEL不同導(dǎo)致的。不同的材料有不同的HEL，因此在相同條件下，材料會(huì)產(chǎn)生不同的變形。

2仿真

2．1有限元分析過程運(yùn)用ABAQUS建立在相同條件下不同材料的仿真模型，運(yùn)用顯示分析ABAQUS/Explicit求解模塊，模擬金屬板料成形的過程，得到材料的動(dòng)態(tài)響應(yīng)。然后將求解結(jié)果導(dǎo)入ABAQUS/Standard模塊進(jìn)行金屬板料的回彈分析。

2．2激光沖擊波峰值壓力激光噴丸成形動(dòng)力來源于激光沖擊波的壓力。首先計(jì)算兩種材料在相同條件下的沖擊波的壓力。Fabbro等［8］給出約束模式下激光沖擊波傳播一維模型，如圖1所示。Fabbro等［9］發(fā)現(xiàn)，沖擊波持續(xù)時(shí)間可看作為激光脈寬的2～3倍，而洪聽也通過仿真分析得出加載時(shí)間為脈寬的3倍甚至更多。本實(shí)驗(yàn)采用的激光寬度為8ns，在模擬時(shí)將壓力波加載時(shí)間設(shè)為20ns。計(jì)算出相同激光能量下兩種材料受到的激光沖擊波壓力。兩種材料的沖擊波分布對(duì)比如圖2所示。由圖2可以看出:在相同條件下，不同材料所產(chǎn)生的激光沖擊波壓力也不同。

2．3材料的屈服極限及本構(gòu)模型在高應(yīng)變率106s－1下，金屬板料的機(jī)械性能將發(fā)生改變。特別是板料的彈性模量和屈服強(qiáng)度都會(huì)發(fā)生不同的變化。所以，本文根據(jù)Ballard建立的激光沖擊波加載理論分析模型，定義材料的動(dòng)態(tài)屈服強(qiáng)度。仿真時(shí)采用AZ31B和1060Al材料［12］，與實(shí)驗(yàn)一致，并且認(rèn)為材料各向同性，塑性應(yīng)變服從VonMises屈服準(zhǔn)則。模擬中調(diào)用ABAQUS中材料本構(gòu)模型和失效模型，并考慮應(yīng)變率的影響。

2．4仿真結(jié)果與分析對(duì)0．5mmAZ31B板材以激光能量0．1，0．2，0．3，0．4J進(jìn)行仿真模擬，得到板材的折彎變形角度。試樣在進(jìn)行激光噴丸加載和靜態(tài)平衡分析后的折彎變形結(jié)果見圖3(放大10倍)。對(duì)0．5mm1060Al板材以激光能量0．1，0．2，0．3，0．4J進(jìn)行仿真模擬，得到板材的折彎變形角度。試樣在進(jìn)行激光噴丸加載和靜態(tài)平衡分析后的折彎結(jié)果見圖4(放大10倍)。使用origin將AZ31B與1060Al仿真結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，結(jié)果見圖5。由圖5可以發(fā)現(xiàn):在相同條件下AZ31B折彎變形凹凸轉(zhuǎn)變機(jī)制厚度范圍比1060Al要小，整體折彎變形量也小于1060Al。

3實(shí)驗(yàn)

實(shí)驗(yàn)路線見圖6。采用3軸聯(lián)動(dòng)工作臺(tái)用于精確定位試件的噴丸區(qū)域。由于采用不同的約束層(空氣、水)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，因此在進(jìn)行水下激光噴丸實(shí)驗(yàn)時(shí)還需要水箱。聚焦透鏡焦距為500mm。激光束經(jīng)透鏡后再經(jīng)水箱表面方形K9窗口到達(dá)試件表面。激光能量選擇0．1，0．2，0．3，0．4J。能量使用激光功率能量測試儀(見圖7)標(biāo)定。實(shí)驗(yàn)結(jié)果在小型工具顯微鏡(JGX－1型)上進(jìn)行彎曲角度的測量(見圖8)，工具顯微鏡精度為1’。激光噴丸折彎實(shí)驗(yàn)臺(tái)架見圖9。兩種材料的折彎變形角度實(shí)驗(yàn)結(jié)果見表1。將實(shí)驗(yàn)得到的兩種板材折彎變形角度進(jìn)行對(duì)比后發(fā)現(xiàn):在相同條件下，AZ31B變形角度范圍比1060Al小，整體折彎變形量也小。

4結(jié)果分析

實(shí)驗(yàn)結(jié)果和仿真結(jié)果表明:材料HEL與材料凹凸變形轉(zhuǎn)換范圍有關(guān)。為了進(jìn)一步分析這種關(guān)系，在相同條件下對(duì)ZK60鎂合金和6061－T6鋁合金進(jìn)行有限元模擬。根據(jù)模擬結(jié)果繪制在0．2J激光能量下凹凸轉(zhuǎn)變厚度與材料HEL的關(guān)系曲線，見圖10。由圖10可見:在一定激光能量下，材料HEL值越大，凹凸變形轉(zhuǎn)變厚度值就越小;隨著HEL值的繼續(xù)增大，凹凸轉(zhuǎn)變厚度趨于平緩。因而影響板材凹凸變形轉(zhuǎn)變機(jī)制除了與金屬材料厚度和激光能量有關(guān)，還與材料的HEL有關(guān)。本研究為給定金屬材料選用合理工藝參數(shù)提供了參考。

參考文獻(xiàn):

［1］王廣龍，周建忠，張興權(quán)，等．激光沖擊波技術(shù)在金屬表面改性和成形中的應(yīng)用［J］．農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)報(bào)，2005，6(12):48－152．

［2］丁華，李克勤．基于ABAQUS的激光噴丸成形有限元仿真［J］．重慶理工大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué))，2014(11):24－31．

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［5］周建忠，倪敏雄，張永康，等．金屬板料激光噴丸成形理論研究與數(shù)值模擬［J］．中國激光，2007，34(2):288－294．

［6］胡永祥．激光沖擊處理工藝過程數(shù)值建模與沖擊效應(yīng)研究［D］．上海:上海交通大學(xué)，2008．

金屬材料材質(zhì)分析范文第2篇

關(guān)鍵詞：對(duì)流過熱器；金屬材料狀態(tài)；監(jiān)督運(yùn)行

中圖分類號(hào)：C35文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A

Abstract: This article through uses, the material material quality analysis, the metallographic examination, mechanics performance experimental technique macroscopic, carries on the experimental analysis to the Dou River Power plant #6 stove convection superheater pipe ore sampler, unifies the boiler scene actual movement condition, after elaborated the #6 stove convection superheater moves for 200,000 hours the tubing actual condition, through to tests the result the analysis, judges this length of pipe tubing under the normal operation operating mode, may continue to supervise the movement.

Key word: Counter-flow superheater; Metal materials behavior; Surveillance movement

1 前言

任何設(shè)備或部件都具有一定的功能。衡量設(shè)備或部件的優(yōu)劣是看它能否很好地實(shí)現(xiàn)規(guī)定的功能。設(shè)備或部件喪失其規(guī)定功能的現(xiàn)象稱為失效。失效分析是分析設(shè)備或部件失效的原因，并提出對(duì)策，以防止失效再次發(fā)生的技術(shù)活動(dòng)和管理活動(dòng)。

在火力發(fā)電廠機(jī)組服役期間，金屬部件由于失效造成的損失是驚人的，而導(dǎo)致金屬失效的原因是多方面的。因此通過金屬技術(shù)監(jiān)督、實(shí)驗(yàn)的方法，對(duì)使用中的材料特性及失效分析到位，對(duì)受監(jiān)督的部件進(jìn)行檢測與診斷，及時(shí)了解并掌握金屬部件的質(zhì)量狀況，準(zhǔn)確地找出失效的原因，防止機(jī)組在設(shè)計(jì)、制造、安裝中出現(xiàn)的與金屬材料相關(guān)的問題，以及運(yùn)行中材料老化、性能下降等因素而引起的各類事故，從而減少非計(jì)劃停運(yùn)次數(shù)和時(shí)間，提高設(shè)備安全運(yùn)行的可靠性，延長設(shè)備的使用壽命。因此，金屬材料失效分析是火力發(fā)電廠一項(xiàng)重要的工作，對(duì)電廠安全生產(chǎn)和新技術(shù)的產(chǎn)生和發(fā)展起著重要作用。

陡河發(fā)電廠#6鍋爐，HG-670/140-9型，過熱蒸汽壓力140Kg/CM2，過熱蒸汽溫度540℃，1984年12月24日投入運(yùn)行。本次實(shí)驗(yàn)取樣管材為對(duì)流過熱器管（冷段），取樣管位置為對(duì)流過熱器（冷段）左數(shù)第26排，前數(shù)第一根距下彎一米處；運(yùn)行溫度525℃，規(guī)格Ф42×5，材質(zhì)12Cr1MoVG。該管段自機(jī)組投產(chǎn)以來未進(jìn)行過更換，累計(jì)運(yùn)行時(shí)間約21萬小時(shí)，在整個(gè)運(yùn)行過程中，未發(fā)現(xiàn)因金屬材料不良引起的重大事故。由于運(yùn)行時(shí)間已經(jīng)超過20萬小時(shí)，為了確實(shí)了解與掌握該種管材（12Cr1MoVG鋼）經(jīng)過長時(shí)間運(yùn)行后組織、性能變化情況，通過對(duì)取樣管進(jìn)行宏觀檢查、材質(zhì)分析、金相組織、力學(xué)性能試驗(yàn)，判斷該管材金屬材料的組織與性能是否仍然滿足使用要求，為能否繼續(xù)服役，恰當(dāng)掌握換管時(shí)機(jī)以防止管材失效以及舊材料的合理使用提供依據(jù)，對(duì)保證機(jī)組安全、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行具有十分重要指導(dǎo)意義。

2 試驗(yàn)項(xiàng)目

2.1 外觀檢查

（1）管壁外表面氧化皮顏色呈棕褐色，未發(fā)現(xiàn)因管壁超溫發(fā)生的氧化皮顏色變化，正常。

（2）氧化皮厚度，向火側(cè)0.2mm，背火側(cè)0.15mm。

（3）管壁外表面用放大鏡（10x）檢查，未發(fā)現(xiàn)表面裂紋。

2.2 蠕脹測量

取樣管材規(guī)格Ф42×5，使用游標(biāo)卡尺對(duì)取樣管進(jìn)行測量，實(shí)測直徑為Ф41.9mm、壁厚5.0mm。

2.3 材質(zhì)分析

取樣管設(shè)計(jì)材質(zhì)為12Cr1MoVG鋼。經(jīng)光譜材質(zhì)分析確定，管材為12Cr1MoV鋼。

2.4 金相組織（1）向火側(cè)金相組織：鐵素體+極少量的珠光體+沿晶分布的碳化物，珠光體球化等級(jí)3-4級(jí)；晶粒度等級(jí)：6-7級(jí)，見圖1；

圖1 向火側(cè)金相組織500×

（2）背火側(cè)金相組織：鐵素體+珠光體，珠光體球化等級(jí)為2級(jí)；晶粒度等級(jí)評(píng)定：6-7級(jí)，見圖2。

圖2 背火側(cè)金相組織500×

2.5 機(jī)械性能試驗(yàn)

對(duì)取樣的管件試樣背火側(cè)及向火側(cè)各取兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)試樣（縱向），進(jìn)行機(jī)械性能試驗(yàn)，結(jié)果如表1 所示。

表1 機(jī)械性能試驗(yàn)結(jié)果

序號(hào) 試樣位置 抗拉強(qiáng)度(Mpa) 延伸率(δ)% 備注

標(biāo)準(zhǔn)要求（GB5310-2008） 試驗(yàn)數(shù)據(jù) 結(jié)果 標(biāo)準(zhǔn)要求（GB5310-2008） 試驗(yàn)數(shù)據(jù) 結(jié)果

1 #1（向火測） 470-640 570 合格 ≥21 30 合格

2 #2（向火測） 470-640 580 合格 ≥21 30 合格

3 #1（背火測） 470-640 620 合格 ≥21 33 合格

4 #2（背火測） 470-640 605 合格 ≥21 33 合格

3 檢驗(yàn)結(jié)果分析

3.1 從外觀檢查及查詢運(yùn)行記錄得知，該管段在運(yùn)行期間未發(fā)生管壁超溫情況，根據(jù)中華人民共和國電力行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)DL/T438-2009《火力發(fā)電廠金屬技術(shù)監(jiān)督規(guī)程》9.3.12要求，當(dāng)管子外表面有宏觀裂紋和明顯鼓包、高溫過熱器管和再熱器管外表面氧化皮厚度超過0.6mm時(shí)；當(dāng)?shù)秃辖痄摴芡鈴饺渥兇笥诠Q直徑的2.5%時(shí)，必須進(jìn)行更換。宏觀檢查發(fā)現(xiàn)，表面氧化皮厚度未超標(biāo)，未發(fā)現(xiàn)表面裂紋，未發(fā)現(xiàn)管徑脹粗現(xiàn)象，符合規(guī)程規(guī)定的使用要求。

3.2 材質(zhì)分析

鍋爐受熱面管設(shè)計(jì)使用的材料，是根據(jù)金屬材料的特性、使用工況及經(jīng)濟(jì)性等多方面因素而確定。金屬材料都有相應(yīng)的使用溫度范圍，在這一溫度范圍內(nèi)，這些鋼材可以按其設(shè)計(jì)使用壽命安全運(yùn)行。在安裝、檢修等環(huán)節(jié)中若選用了不符合設(shè)計(jì)要求的或以不合適鋼材代用，將導(dǎo)致使用溫度超出該鋼材的允許工作溫度，造成管子蠕變速度過快，發(fā)生爆管。為確定金屬材料使用是否合理，必須進(jìn)行材質(zhì)分析鑒定。取樣管設(shè)計(jì)材質(zhì)為12Cr1MoVG。經(jīng)光譜分析確定，管材為12Cr1MoV鋼，材質(zhì)符合設(shè)計(jì)要求。

3.3從金相顯微組織觀察，未發(fā)現(xiàn)晶間裂紋，未發(fā)現(xiàn)蠕變孔洞。顯微組織變化表明，該管段12Cr1MoVG鋼組織珠光體中碳化物已經(jīng)產(chǎn)生球化現(xiàn)象，并且向火側(cè)珠光體球化程度比背火側(cè)材質(zhì)珠光體球化程度嚴(yán)重。

12Cr1MoVG屬于珠光體型耐熱鋼。珠光體的球化和碳化物的聚居，是所有珠光體耐熱鋼最常見的組織變化，珠光體的球化是指鋼中原來的珠光體中的片壯滲碳體在高溫長期應(yīng)力作用下，隨時(shí)間的延長逐步改變自己的形狀和尺寸而成為球狀的現(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，這就是碳化物的集聚。珠光體的球化的結(jié)果使材料的常溫強(qiáng)度及高溫強(qiáng)度顯著降低，包括材料的屈服點(diǎn)、抗拉強(qiáng)度、沖擊韌性、蠕變極限和持久極限各指標(biāo)全面下降，塑性、韌性變差，材質(zhì)老化。

向火側(cè)金相組織：大部分碳化物已經(jīng)分布在鐵素體晶界上，僅有極少量的珠光體（貝氏體）區(qū)域的痕跡，球化等級(jí)3-4級(jí)。

背火側(cè)金相組織：聚集形態(tài)的珠光體（貝氏體）區(qū)域已開始分散，組織仍然較為致密，珠光體（貝氏體）保持原有的區(qū)域形態(tài)，球化等級(jí)2-3級(jí)。

該管段珠光體已經(jīng)產(chǎn)生球化現(xiàn)象、向火側(cè)較背火側(cè)材質(zhì)珠光體球化程度嚴(yán)重；根據(jù)中華人民共和國電力行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)DL/T438-2009《火力發(fā)電廠金屬技術(shù)監(jiān)督規(guī)程》9.3.12要求，金相組織檢驗(yàn)發(fā)現(xiàn)晶間裂紋、珠光體球化達(dá)到5級(jí)時(shí)必須進(jìn)行更換，但取樣管金相組織狀態(tài)未超出標(biāo)準(zhǔn)要求。

3.4 機(jī)械性能試驗(yàn)數(shù)據(jù)表明，向火側(cè)材質(zhì)老化程度比背火側(cè)材質(zhì)老化程度嚴(yán)重；向火測性能試驗(yàn)數(shù)據(jù)（抗拉強(qiáng)度(Mpa)570-580）低于背火側(cè)（抗拉強(qiáng)度(Mpa)605-620），產(chǎn)生這種情況的原因在于在室溫時(shí)，鋼的組織性能是穩(wěn)定的，但鍋爐受熱面管都是長期在高溫及應(yīng)力條件下運(yùn)行，由于原子擴(kuò)散過程的加劇，鋼的組織將逐漸發(fā)生變化，從而引起鋼的性能發(fā)生變化。特別是對(duì)鋼的高溫強(qiáng)度和塑性產(chǎn)生不利的影響，金屬材料的強(qiáng)度隨著溫度的提高而呈現(xiàn)下降的趨勢。鍋爐受熱面管有向火面和背火面之分，向火面壁溫度比背火面壁溫度高，因而向火面壁蠕變速度較大，金屬強(qiáng)度也因溫度高而低。

根據(jù)中華人民共和國電力行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)DL/T438-2009《火力發(fā)電廠金屬技術(shù)監(jiān)督規(guī)程》9.3.12及GB5310-2008《高壓鍋爐用無縫鋼管》要求，管材的拉伸性能低于相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求時(shí)進(jìn)行更換，試驗(yàn)數(shù)據(jù)表明取樣管常溫性能指標(biāo)未超出標(biāo)準(zhǔn)要求，不需要立即更換。

4 結(jié)論

綜合上述試驗(yàn)分析，參照相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)程的要求，得到以下結(jié)論：雖然#6爐過熱器管金相組織已發(fā)生明顯珠光體球化現(xiàn)象，并且向火側(cè)較背火側(cè)球化更為嚴(yán)重；向火側(cè)比背火側(cè)材質(zhì)老化程度嚴(yán)重，力學(xué)性能指標(biāo)較低，但其各項(xiàng)性能指標(biāo)仍滿足標(biāo)準(zhǔn)規(guī)程規(guī)定的使用要求；根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析判斷，該管段在正常運(yùn)行工況下，可繼續(xù)監(jiān)督運(yùn)行。

5 建議

（1）根據(jù)上面試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析結(jié)果，該管材并沒有達(dá)到更換條件，但由于#6爐對(duì)流過熱器管（冷段）運(yùn)行時(shí)間已經(jīng)超過20萬小時(shí)，建議加強(qiáng)監(jiān)督檢查，在今后每次檢修中對(duì)過熱器管取樣進(jìn)行管材使用壽命分析與評(píng)估，以達(dá)到預(yù)防管材失效之目的。

（2）加強(qiáng)鍋爐運(yùn)行操作管理，嚴(yán)格控制運(yùn)行工況，杜絕超溫、超壓運(yùn)行。

參考文獻(xiàn)

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金屬材料材質(zhì)分析范文第3篇

“電廠金屬材料學(xué)”與火力發(fā)電廠生產(chǎn)實(shí)際緊密結(jié)合的專業(yè)課程，是熱能與動(dòng)力工程專業(yè)的一門必修專業(yè)基礎(chǔ)課。通過本課程的學(xué)習(xí)，使學(xué)生掌握金屬材料學(xué)的基礎(chǔ)理論和鍋爐、汽輪機(jī)以及相關(guān)輔機(jī)，比如泵、風(fēng)機(jī)、加熱器、除氧器、凝汽器等設(shè)備常用的金屬材料及熱處理方法等方面的知識(shí)；掌握解決工程實(shí)際問題的技能；為學(xué)生從事電力行業(yè)相關(guān)的設(shè)計(jì)、安裝、檢修工作奠定基礎(chǔ)[1]。

根據(jù)我國“十五”規(guī)劃教材對(duì)工程類應(yīng)用型本科院校教材的要求，該課程針對(duì)熱能與動(dòng)力工程專業(yè)學(xué)生的教學(xué)課時(shí)已經(jīng)縮短到32學(xué)時(shí)。鑒于本課程授課內(nèi)容多、學(xué)時(shí)少、學(xué)生學(xué)習(xí)難度大、綜合性強(qiáng)的特點(diǎn)，本文分析該課程的教學(xué)難點(diǎn)，希望對(duì)提高該課程的授課效果有所裨益。

一、教學(xué)體系構(gòu)建與難點(diǎn)分析

首先精選教學(xué)內(nèi)容，這就要求授課教師結(jié)合教學(xué)大綱要求，一方面照顧知識(shí)面的廣度，另一方面要注重基本概念和基本原理的深度。該課程內(nèi)容以大容量、高參數(shù)機(jī)組，主要以600MW及以上的火力發(fā)電廠主力機(jī)組主要設(shè)備的金屬材料為主，兼顧300MW的火力發(fā)電廠主力機(jī)組主要設(shè)備的金屬材料。授課時(shí)盡可能反映國內(nèi)外電廠金屬材料的先進(jìn)的科學(xué)技術(shù)、新成果。

該課程涉及以前所學(xué)的各門專業(yè)課程較多，如“工程制圖”、“機(jī)械設(shè)計(jì)基礎(chǔ)”、“工程力學(xué)”、“工程熱力學(xué)”、“金屬工藝學(xué)”等。在講授時(shí)幫助學(xué)生復(fù)習(xí)和回憶已學(xué)專業(yè)知識(shí)，比如“碳鋼拉伸試驗(yàn)”這部分內(nèi)容時(shí)，與“工程力學(xué)”課程內(nèi)容基本相同，不必再次講授，可以減少相關(guān)課時(shí)。在講授“金屬的晶體結(jié)構(gòu)與結(jié)晶” 內(nèi)容時(shí)，有的部分內(nèi)容在高中曾經(jīng)學(xué)習(xí)過，也不必再次講授，可以減少相關(guān)課時(shí)。還比如教師在講解“模具鋼、切屑用鋼”的教學(xué)內(nèi)容時(shí)，由于熱能動(dòng)力專業(yè)的學(xué)生將來不可能從事金屬切削加工、模具制造方面的工作，教師可以酌情相應(yīng)縮減教學(xué)時(shí)間。

二、知識(shí)點(diǎn)的聯(lián)系與鞏固

對(duì)于熱能動(dòng)力專業(yè)學(xué)生學(xué)習(xí)“金屬材料學(xué)”來講，既不是材料專業(yè)學(xué)生學(xué)習(xí)“金屬材料學(xué)”，也不是機(jī)械專業(yè)學(xué)生學(xué)習(xí)“金屬材料學(xué)”，那么，摸索出一套培養(yǎng)適合熱能動(dòng)力專業(yè)學(xué)生學(xué)習(xí)“金屬材料學(xué)”的方法，那就更為重要的。對(duì)于熱能動(dòng)力專業(yè)學(xué)生學(xué)習(xí)“金屬材料學(xué)”來講，不能過于專業(yè)學(xué)習(xí)金屬材料理論，熱能動(dòng)力專業(yè)學(xué)生更多關(guān)注熱力系統(tǒng)的熱力計(jì)算，對(duì)于熱力系統(tǒng)管道的金屬材料的選定不熟悉。針對(duì)這種情況，在學(xué)習(xí)“金屬材料學(xué)”時(shí)，哪些內(nèi)容，熱能動(dòng)力專業(yè)學(xué)生可以作為一般了解，哪些內(nèi)容，熱能動(dòng)力專業(yè)學(xué)生作為重點(diǎn)掌握，必須給學(xué)生明確交代。

“電廠金屬材料”課程并不難學(xué)，沒有多少計(jì)算題，計(jì)算題也沒有積分和求導(dǎo)。“電廠金屬材料”課程只有一個(gè)定律，即杠桿定律。但是“電廠金屬材料”課程理論性強(qiáng)，規(guī)定條文多，需要記憶的概念多，有時(shí)一個(gè)概念套著另一個(gè)概念。相當(dāng)于英語語法中的一個(gè)從句套著另一個(gè)從句。比如奧氏體的定義：碳原子溶入γ-Fe中形成的間隙固溶體，稱為奧氏體。什么是固溶體，什么是間隙固溶體，什么是γ-Fe，在多少度形成γ-Fe，各個(gè)知識(shí)點(diǎn)串聯(lián)起來，從而達(dá)到融會(huì)貫通，使學(xué)生加深理解和記憶。

教師在講授“電廠金屬材料學(xué)”開始時(shí)，為了提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和愛好，搜集一些古代鑄造金屬的精美照片，比如司母戊鼎、四羊方尊、馬踏飛燕、長信宮燈等國家級(jí)青銅器出土文物，從一方面反映，我國的冶煉技術(shù)歷史久遠(yuǎn)，冶煉技術(shù)水平精湛，從另一個(gè)方面反映我國悠久歷史和燦爛的文化。

為了提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和愛好，教師可以提出與金屬相關(guān)的中國成語，學(xué)生加以補(bǔ)充。比如：金戈鐵馬、枕戈待旦、刀槍入庫，馬放南山、趁熱打鐵、點(diǎn)石成金、打鐵還需自身硬、百煉成鋼、鐵打的營盤流水的兵，浪子回頭金不換等成語。

為了提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和愛好，教師可以向?qū)W生提出一些問題，比如：我們?cè)谌粘Ｉ詈蛯W(xué)習(xí)中，哪些用到鑄鐵材料、哪些材料是碳鋼制造的。

“電廠金屬材料學(xué)”課程有頭重腳輕的感覺。比如“鐵碳合金相圖”內(nèi)容非常重要，是金屬材料學(xué)的重要基礎(chǔ)理論，由于理論理解難度大，學(xué)生學(xué)習(xí)感覺有些吃力，教師需要增加課時(shí)。本課程圍繞“鐵碳合金相圖”進(jìn)行，所以要求學(xué)生必須掌握鐵碳合金相圖，必須徒手繪畫，掌握各點(diǎn)、線和相區(qū)的物理意義。

教師講解“電廠金屬材料學(xué)”課程時(shí)，為了達(dá)到學(xué)生容易理解的目的，多媒體要配以火電廠鍋爐本體及輔機(jī)、汽輪機(jī)本體及輔機(jī)、泵與風(fēng)機(jī)等圖片，便于學(xué)生理解和掌握[2]。如圖1華能上海石洞口第二電廠的超臨界壓力600MW汽輪機(jī)組圖片，圖2超臨界壓力600MW汽輪機(jī)葉輪圖片，圖3超臨界壓力600MW鍋爐屏式過熱器圖片。學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中為“鍋爐原理”、“汽輪機(jī)原理”奠定基礎(chǔ)。

教師在講授“鑄鐵”內(nèi)容時(shí)，介紹制作閥門的材料不僅有鋼制閥件、還有灰口鑄鐵閥件、可鍛鑄鐵閥件、球墨鑄鐵閥件、銅合金等閥件?！拌T鐵鍋爐”，額定出口熱水溫度低于120℃，且額定出水壓力不超過0.7MPa，鍋爐可以用不低于HT150灰口鑄鐵制造?！拌T鐵式省煤器”用于非沸騰式鍋爐，適合中小型鍋爐。

還可以介紹“城鎮(zhèn)供熱管網(wǎng)設(shè)計(jì)規(guī)范”CJJ34的相關(guān)內(nèi)容。比如“室外采暖計(jì)算溫度低于-10℃地區(qū)露天敷設(shè)的熱水管道設(shè)備附件均不得采用灰鑄鐵制品；室外采暖計(jì)算溫度低于-30℃地區(qū)露天敷設(shè)的熱水管道，應(yīng)采用鋼制閥門及附件，蒸汽管道在任何條件下均應(yīng)采用鋼制閥門及附件。”

在講授“不銹鋼”的章節(jié)內(nèi)容時(shí)，介紹高純氣體管道選材的有關(guān)規(guī)定，比如：“氣體純度大于或等于99.999%，露點(diǎn)低于-70℃，應(yīng)采用內(nèi)壁電拋光低碳不銹鋼管EP。閥門應(yīng)選用同等級(jí)的隔膜閥或波紋管閥?！薄皻怏w純度大于99.99%、小于99.999%，露點(diǎn)低于-60℃，應(yīng)采用BA管或EP管。閥門宜采用波紋管閥?！边€可以介紹醫(yī)用氣體管道選材的有關(guān)規(guī)定，“醫(yī)用氣體的管材均應(yīng)采用無縫銅管或無縫不銹鋼管。其中無縫不銹鋼管的材質(zhì)性能不應(yīng)低于0Cr18Ni9奧氏體?！薄搬t(yī)用氣體閥門應(yīng)使用銅或不銹鋼材質(zhì)的等徑閥門。”“無縫不銹鋼管、管材和醫(yī)用氣體低壓軟管潔凈度應(yīng)達(dá)到內(nèi)表面碳的殘留量不超過20mg/m2?！?/p>

“金屬材料學(xué)”與“金屬工藝學(xué)”密不可分。一般地，熱能動(dòng)力工程專業(yè)沒有設(shè)置“金屬工藝學(xué)”課程，那么需要補(bǔ)充一些“金屬工藝學(xué)”課程相關(guān)的知識(shí)，比如什么叫拉制管和擠制管，管材、線材、棒料等金屬形式等。還比如：純銅及黃銅管材按照制造方法分拉制管、擠制管，純銅管常用材料：T2、T3、T4、TUP，黃銅管常用材料：H62、H68、HPbs9-1。比如：無縫鋼管、電焊鋼管，常用的直縫電焊鋼管：一般用Q215、Q235、Q255普通碳素鋼和08、10、15、20優(yōu)質(zhì)碳素鋼制造，通常用于工作壓力不超過1.6 MPa，介質(zhì)最高溫度不超過200℃凝結(jié)水管道中。

在講授“軸承合金”內(nèi)容時(shí)，聯(lián)系相關(guān)汽輪機(jī)運(yùn)行常見故障，比如：若汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子軸向推力過大或供油中斷，有可能造成推力軸承巴氏和金熔化，使轉(zhuǎn)子產(chǎn)生較大軸向位移，造成汽輪機(jī)的嚴(yán)重事故。比如，講到“錫基軸承合金”時(shí)，錫基軸承合金含錫量為83%，錫材料比較軟，適合于做軸承合金的材料，同時(shí)介紹云南個(gè)舊是中國最大錫礦產(chǎn)地等。

在講授“汽輪機(jī)用鋼”內(nèi)容時(shí)，提高汽輪機(jī)單機(jī)最大功率的措施之一是采用高強(qiáng)度、低密度的材料，比如，鈦基合金的密度只有不銹鋼的57%，超硬鉛合金材料LC4，其密度僅為一般不銹鋼材料的35%，而其屈服強(qiáng)度σ0.2=550MPa，使用這些材料均可使汽輪機(jī)末級(jí)葉片高度增加，從而增大極限功率。

在講授“有色金屬及其合金”內(nèi)容時(shí)，銅合金可以作為閥門使用，但是輸送氫氣的管道選用不帶銅和銅合金閥門，防止堿對(duì)管道的腐蝕。由于電阻率低的特點(diǎn)，銅及銅合金作為導(dǎo)體使用。管壁導(dǎo)熱率λ[w/m℃]，鋼管λ=45-50 w/m℃，黃銅管λ=81-116w/m℃，鋁λ=236 w/m℃，純銅λ=349-465w/m℃。一般采用銅管作為導(dǎo)熱管，采用鋁材作為翅片。

在講解電廠金屬材料后，教師有時(shí)間情況下，可以介紹電廠非金屬材料，比如，避免金屬管道的腐蝕和磨損，可以采用陶瓷材料。擴(kuò)大熱能動(dòng)力學(xué)生知識(shí)面，以適應(yīng)將來工作需要。

三、授課的幾點(diǎn)體會(huì)

根據(jù)培養(yǎng)方案的要求，“電廠金屬材料學(xué)”教學(xué)課時(shí)已經(jīng)縮短到32學(xué)時(shí)，在這么短的時(shí)間內(nèi)，學(xué)生不可能成為金屬材料學(xué)方面專家，也不可能辦到。那么，學(xué)習(xí)這門課程的最終目的就是，要求熱能動(dòng)力的學(xué)生達(dá)到自己學(xué)會(huì)“查工程師手冊(cè)”，教會(huì)學(xué)生使用選擇需要的金屬材料的牌號(hào)的方法。受人之魚不如受之以漁，適應(yīng)將來的工作需要。

選用金屬材料總原則，在滿足工程實(shí)際使用要求的前提下，盡可能選擇價(jià)格低的金屬材料，盡可能選擇常用的金屬材料，性價(jià)比高的金屬材料，哪些材料是常用的金屬材料，便于采購的金屬材料。比如火力發(fā)電廠冷卻水水質(zhì)是選擇表面式雙流程凝汽器管材的主要依據(jù)，可以供選用的管材主要有：普通黃銅管、錫黃銅管、白銅管、鈦管、不銹鋼管等。鈦管雖然對(duì)氯化物、硫化物和氨具有較好的耐腐蝕性，抗沖擊腐蝕的性能也較強(qiáng)，可以在受污染的海水中使用，但價(jià)格較貴。不銹鋼管耐腐蝕性，抗沖擊腐蝕的性能優(yōu)于黃銅管，但價(jià)格較高，隨著需求和產(chǎn)量的提高，價(jià)格可以降下來。由于表面式雙流程凝汽器用量非常大，數(shù)量達(dá)到Ф18內(nèi)徑4500根，考慮滿足使用要求的前提下，盡量選用價(jià)格較低，使用較廣的金屬材料，表面式雙流程凝汽器選擇4500根黃銅管。授課過程中，如何選用金屬材料的牌號(hào)總原則這條主線，理論和實(shí)際相結(jié)合，理論應(yīng)用到實(shí)踐中去，貫穿課程的始終。

按照金屬材料的使用范圍和用途，確定鋼件的類型和牌號(hào)，與選取傳感器型號(hào)類似[3]。要求學(xué)會(huì)金屬材料應(yīng)用就可以，金屬材料牌號(hào)多。根據(jù)工程上的需要選擇金屬材料和金屬材料熱處理方法。

近年來，我國新建、改建、擴(kuò)建機(jī)組向大機(jī)組、大容量方向發(fā)展，這些機(jī)組均是超臨界、超超臨界的高參數(shù)。大量新技術(shù)、新材料、新工藝被廣泛應(yīng)用，由于我國的冶煉技術(shù)和工藝制造技術(shù)還比較落后，需要引進(jìn)大量國外材料和工藝技術(shù)。教師在講授“合金鋼的分類”內(nèi)容時(shí)，講解我國合金鋼的分類方法以外，還介紹國外的合金鋼的牌號(hào)，比如美國、日本、德國、俄羅斯、法國常用的合金鋼的牌號(hào)，與我國合金鋼相應(yīng)鋼號(hào)對(duì)比。

隨著全球科技的迅猛的發(fā)展，授課的內(nèi)容也要與時(shí)俱進(jìn)，如果還沿襲教材的內(nèi)容按部就班的授課，那就落后與時(shí)代的發(fā)展了。在各個(gè)章節(jié)中盡量多地介紹前沿性研究方向，開闊學(xué)生眼界、拓展思路。比如向?qū)W生們介紹“金屬學(xué)報(bào)”、“新金屬材料”等雜志，國內(nèi)外的前沿技術(shù)，新技術(shù)、新工藝等。

金屬材料材質(zhì)分析范文第4篇

【關(guān)鍵詞】 稀土元素金屬材料作用機(jī)理

稀土元素在當(dāng)前新能源技術(shù)的發(fā)展中有著重要的作用,尤其是在金屬材料的運(yùn)用中能有效降低硫含量,并且能徹底改變雜物形態(tài)。在稀土元素的整體作用分析中,通過技術(shù)的改進(jìn)措施,充分發(fā)揮稀土元素在金屬材料中的凈化作用、吸收作用等,形成整體的機(jī)理及功能運(yùn)用模式。因此,要整體分析稀土元素與金屬材料的融合性,在整個(gè)技術(shù)運(yùn)用的過程中,通過對(duì)稀土元素在金屬材料中的機(jī)理的全面分析,尤其是突出在化學(xué)效應(yīng)、作用發(fā)揮等多方面的整體機(jī)能,更好的推動(dòng)稀土元素的作用。在實(shí)際的操作過程中突出稀土元素的化學(xué)原理,構(gòu)建更為有效的稀土元素運(yùn)用機(jī)制,形成高標(biāo)準(zhǔn)的機(jī)理效能,充分發(fā)揮在金屬材料中的作用。

1 簡述稀土材料的整體概念

1.1 概念分析

稀土是歷史遺留下來的名稱。稀土元素(Rare Earth Element)是從18世紀(jì)末葉開始陸續(xù)發(fā)現(xiàn),當(dāng)時(shí)人們常把不溶于水的固體氧化物稱為土。稀土一般是以氧化物狀態(tài)分離出來的,很稀少,因而得名為稀土(Rare Earth,簡稱RE或R)。稀土就是化學(xué)元素周期表中鑭系元素——鑭(La)、鈰(Ce)、鐠(Pr)、釹(Nd)、钷(Pm)、釤(Sm)、銪(Eu)、釓(Gd)、鋱(Tb)、鏑(Dy)、鈥(Ho)、鉺(Er)、銩(Tm)、鐿(Yb)、镥(Lu),以及與鑭系的15個(gè)元素密切相關(guān)的元素——鈧(Sc)和釔(Y)共17種元素,稱為稀土元素。稀土元素的共性是:①它們的原子結(jié)構(gòu)相似;②離子半徑相近(REE3+離子半徑1.06×10^-10m～0.84×10^-10m,Y3+為0.89×10^-10m);③它們?cè)谧匀唤缑芮泄采?/p>

1.2 特性分析

稀土元素是周期表中IIIB族釔、鈧和鑭系元素之總稱。其中钷是人造放射性元素。他們都是很活潑的金屬,性質(zhì)極為相似,常見化合價(jià)+3,其水合離子大多有顏色,易形成穩(wěn)定的配化合物。溶劑萃取和離子交換是目前分離稀土的較好方法。鑭、鈰、鐠、釹等輕稀土金屬,由于熔點(diǎn)較低,在電解過程可呈熔融狀態(tài)在陰極上析出,故一般均采用電解法制取。可用氯化物和氟化物兩種鹽系,前者以稀土氯化物為原料加入電解槽,后者則以氧化物的形式加入。

2 分析稀土元素在金屬材料中的作用

2.1 微合金化作用

在稀土元素的整體作用下,微合金化的作用是一項(xiàng)主要的功能運(yùn)用,作為稀土原子的整體效能是一個(gè)不容忽視的問題,在晶界上的偏聚形成于其他元素相融合的方式,這樣就會(huì)產(chǎn)生晶界的結(jié)構(gòu)以及化學(xué)成分等多方面的改變,形成不同元素的擴(kuò)散效果,最終導(dǎo)致鋼組織發(fā)生性能的變化。在這些稀土元素與鋼結(jié)構(gòu)的整體融合中,形成不同的鋼結(jié)構(gòu)模式,在冶煉方法上也會(huì)有不同稀土加入的方法,形成很大的差異,這些稀土強(qiáng)化的作用,阻礙整個(gè)晶間裂縫的形成,并出現(xiàn)相應(yīng)擴(kuò)展現(xiàn)象,可以有效的改善塑性以及高溫塑性,通過稀土能有效抑制動(dòng)態(tài)結(jié)晶,對(duì)于其中的微量元素具有很大的促進(jìn)效果,并在溶解的稀土作用下,從而有效改變滲碳體組成以及結(jié)構(gòu)的物理球化、細(xì)化等效果。

2.2 與其它有害元素的作用

在整體的分析上,稀土元素在金屬材料中可以與其他元素進(jìn)行有效的綜合作用,尤其是在與鋼結(jié)構(gòu)中的磷、砷、錫、銻、鉍等一些低熔點(diǎn)、有害的元素形成相互融合的效果,這些稀土元素可以與這些元素在雜志的參合下形成較高熔點(diǎn)的化合物,并且還能抑制這些有害物質(zhì)在晶界的偏離效果。比如,在鋼存在有熱脆性的情況下,主要是由于鋼中具有低熔點(diǎn)的金屬元素,因此,在加入稀土元素的鋼液中,可以生成高熔點(diǎn)的金屬化合物,這些稀土元素就會(huì)不溶于鋼中,并產(chǎn)生在爐渣之中,從而起到凈化的作用。有效減少在鋼結(jié)構(gòu)中的雜質(zhì),有效避免熱脆性現(xiàn)象的發(fā)生。其中,對(duì)于稀土元素的脫硫、脫氧效果,可以從大量的研究數(shù)據(jù)中得到證實(shí):鋼中氧、硫含量在一定范圍內(nèi),鋼液中加入稀土?xí)r,極易生成稀土的氧硫化物。尤其是鋼結(jié)構(gòu)中在一定范圍內(nèi)加入稀土,就會(huì)容易生成稀土的氧化物質(zhì),譬如鋼中的氧、硫等含量在一定范圍內(nèi)上升的情況下,尤其是在鋼中含氧量逐漸下降到201ppm以下時(shí),就會(huì)形成RE203S型夾雜物,而后形成RE3S4或RES型的硫化物。這些物質(zhì)就可以有效的包裹在氧硫化物的表層,在經(jīng)過組成復(fù)合夾雜物或稀土硅酸鹽化合物的情況下,就會(huì)產(chǎn)生熔點(diǎn)高、性能穩(wěn)定、球狀物質(zhì)較多的鋼化液體,稀土元素在鋼中的作用通過硫化物的形態(tài)進(jìn)行全面控制,從而達(dá)到最佳的效果。其次,還可以發(fā)揮出稀土元素在金屬材料中的捕氫作用,這種整體效能是通過稀土元素在吸收大量氫元素的基礎(chǔ)上,形成一些儲(chǔ)氫材料,將稀土元素融入這些鋼結(jié)構(gòu)之中,從而有效的移植鋼中氫引起的脆性以及相應(yīng)的白點(diǎn),從當(dāng)前的相關(guān)研究表明來看,稀土元素可以有效降低氫的擴(kuò)散效果,能有效抑制鋼的氫脆作用。同時(shí),稀土元素在金屬材料中還可以有效起到控制整個(gè)效果的運(yùn)用,在鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)中,降低脆性,形成彌散硬化的作用。這種效果主要是通過向鋼中噴吹稀土氧化物構(gòu)成的粉劑,在此基礎(chǔ)上提高鋼的強(qiáng)度與韌性,有效降低脆性在溫度中的轉(zhuǎn)變,從而更好的提升金屬材料的持久性。并可以提高結(jié)晶界對(duì)位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)的相應(yīng)阻力,提高剛性的疲勞性能,可以有效提升氧化鋁夾雜轉(zhuǎn)為球狀機(jī)能的技術(shù)水平,全面發(fā)揮鋁酸稀土的整體效果,從而構(gòu)建良好的運(yùn)行模式。

2.3 稀土在對(duì)鋼材性能的影響

從目前稀土元素發(fā)展來看,目前主要開采的稀土品種在鋼中的運(yùn)用相對(duì)較多,尤其是出現(xiàn)了稀土泥重軌、高韌性壓力容器用鋼等,還有稀土船板鋼、稀土車軸鋼等一些不同的技術(shù)要素。在當(dāng)前的技術(shù)運(yùn)用下,稀土元素可以有效提高這些鋼結(jié)構(gòu)的耐鋼性能,增強(qiáng)不銹鋼的抗腐蝕效果,并且可以增強(qiáng)鋼結(jié)構(gòu)的抗氧化性能,提升整體的高溫強(qiáng)度。在具體的運(yùn)用中,可以結(jié)合彈簧鋼、齒輪鋼等一些抗疲勞性能的稀土元素,形成難以變形的高合金鋼的熱塑性能,增強(qiáng)金屬材質(zhì)的耐磨性。在無縫管金屬材質(zhì)中融入一定的稀土元素,可以增強(qiáng)無縫管的橫向沖擊韌性,實(shí)現(xiàn)這種韌性的整體功能,并促進(jìn)其他性能的整體提升,從整體作用來看,這些性能的出現(xiàn),有利于提高整個(gè)管材的使用效果,增強(qiáng)抗腐蝕性的整體功能。

3 探討稀土元素在金屬材料中的機(jī)理

金屬材料材質(zhì)分析范文第5篇

【關(guān)鍵詞】金屬材料；焊接缺陷；防止方法；機(jī)械制造；缺陷修正

Research on Welding Technology of Metal Materials

Guo Hong-wei

（China Energy Construction Group Shanxi Electric Power Construction Co.， LtdTaiyuanShanxi030012）

【Abstract】Welding metal materials are often subject to multiple interference， welding will be flawed. Welding defects contain hot and cold cracks， missing each other's fusion， undercut and slag， metal with stomata， highlighting the welding tumor and other ills. To prevent the defects within the welding process， to consider the material characteristics and the existing real state， set the most appropriate prevention and control ideas. In this paper， the welding defects and prevention methods of metal materials are discussed.

【Key words】Metal materials；Welding defects；Prevention methods；Mechanical manufacturing；Defect correction

B接金屬材質(zhì)不可缺失焊接，它是必備的流程。機(jī)械制造中常用焊接，焊接得到可用的金屬。然而檢測獲取的數(shù)值表明：超出40%現(xiàn)有的配件缺陷都被歸結(jié)為焊接缺陷。焊接配件附帶的接頭很難規(guī)避細(xì)微的裂痕、小孔以及夾帶的焊渣。查驗(yàn)焊接的缺陷，便于及時(shí)著手去調(diào)控。確保配件彼此的整合，清除附帶的冗余焊渣、其余的雜物等。要調(diào)控適宜的電流速率，注重密閉配件銜接之處。唯有注重細(xì)節(jié)，才能全方位規(guī)避缺陷。

1. 解析焊接缺陷

1.1未能完全焊接。

有些情形下，沒能焊接透徹將造成原材不被熔化。針對(duì)于母材類，若起初焊接并不透徹，材質(zhì)將不會(huì)熔化，金屬?zèng)]能延展至根基的接頭。焊接不夠透徹根源于如下：坡口擬定了不適宜的初期尺寸，沒能慎重地調(diào)控它的間隔；偏心度缺失了精準(zhǔn)性，布設(shè)焊條有著偏差；電流強(qiáng)度偏低，沒能吻合設(shè)定好的熔深；母材根部夾帶著細(xì)微的雜物。焊接若沒能透徹，將縮減焊縫占到的總面積，接頭缺失了穩(wěn)固性，焊縫很難長時(shí)段承載負(fù)荷。此外，熔合也可能不夠充分，金屬彼此沒能緊密熔合成整體，由此帶來缺陷。這類成因包括：偏離了起初的焊接角、電流不夠大、焊接速率偏快、母材附著了雜物。這樣的狀態(tài)下，金屬彼此缺失了契合性，承載面積過小。熔合不夠的這種原材聚集了偏多的應(yīng)力，很難提升本體的荷載。

1.2含有細(xì)微的裂痕。

（1）焊接得出的金屬常常存有細(xì)微裂痕，是常見的缺陷。結(jié)晶金屬經(jīng)由焊接而被變更為后續(xù)的固態(tài)，轉(zhuǎn)化流程增添了裂痕。焊接終結(jié)之后，短時(shí)段內(nèi)將會(huì)凸顯裂紋。裂紋被布設(shè)于熔合線條之內(nèi)，母材邊界也會(huì)包含，冷熱雙重的焊接之下將會(huì)帶來裂痕。

（2）詳細(xì)來看，結(jié)晶帶來偏熱態(tài)勢下的裂痕，它起始于偏析的位置。熔池留存了晶體雜物，它們有著熔點(diǎn)偏低的特點(diǎn)，凝結(jié)點(diǎn)也很高。遇有外來的應(yīng)力，晶體將會(huì)被拉伸，內(nèi)部附帶了裂紋。與之相應(yīng)，焊接流程終結(jié)以后才會(huì)增添冷裂痕。配件被焊接完畢，內(nèi)部后期將延展紋路。焊接后幾分鐘，甚至一天以內(nèi)都被歸入產(chǎn)生裂紋的時(shí)段。冷裂紋毀損了本體的構(gòu)架，傷害到配件本身。

1.3夾帶焊渣。

焊縫殘存下來的熔化焊渣沒能被除掉，就會(huì)帶來夾渣。夾渣毀損了原本致密的焊縫，縮減它的強(qiáng)度。夾渣成因含有：焊縫被切割后，有氧切割增添了殘存著的熔渣；坡口被設(shè)定得過小，經(jīng)由的電流偏小，設(shè)定了起初的過快焊接；焊條表現(xiàn)出偏酸性，偏小電流之下這類焊條會(huì)附帶著糊渣，干擾著后續(xù)的焊接。然而，即便選取的焊條傾向于堿性，若設(shè)定了偏差的電弧及極性，也將帶來夾渣狀態(tài)。此外，焊條如果偏芯，夾渣很易形成。

1.4咬邊及內(nèi)在氣孔。

在邊緣之處焊縫殘存了凹凸，它們被看成咬邊。這是由于經(jīng)由的總電流是偏大的，焊條提快了移動(dòng)速率。此外，設(shè)定了偏長的電弧，焊絲布設(shè)了不適宜的方位角，都會(huì)添加焊縫內(nèi)的不平。在埋弧焊中，配件若熔化得偏深、焊接速率太快、焊接依循的軌道不夠平順都將引發(fā)這樣的咬邊。后續(xù)添加進(jìn)來的額外金屬?zèng)]能填充凹陷，咬邊縮減了截面之處的有效接頭，聚集了凸顯的過大應(yīng)力。為此，受力類的配件不準(zhǔn)凸顯咬邊。焊接氣孔含有內(nèi)外在的雙重氣孔，接頭及表層都會(huì)附帶氣孔。氣孔的成因可分成：坡口夾帶了水分，表層不夠潔凈；附有銹蝕痕跡或偏重的油污；沒能依循規(guī)程來烘焙焊條，選取的焊劑不適宜；焊芯被緩慢腐蝕，外皮滑脫或變質(zhì)。若選取了低氫類的焊條，氣孔產(chǎn)生于偏快的速率、過長電弧總量、偏高的自動(dòng)電壓。氬弧焊更易附帶潛在的氣孔，若沒能及時(shí)排掉它們，這類氣孔將埋設(shè)于配件內(nèi)。氣孔縮減了本體強(qiáng)度，金屬不再十分致密。

1.5其余常見缺陷。

金屬焊接若沒能達(dá)到預(yù)設(shè)的化學(xué)成分，將干擾焊接總的進(jìn)程，也會(huì)造成缺陷。焊縫內(nèi)在組織沒能吻合要求，減小了應(yīng)有的力學(xué)特性，接頭可以耐住的腐蝕會(huì)縮減。氫氣小孔根源于不潔凈的坡口。如果殘存油污、殘存水分也將帶來氣孔。焊條起初的角度要合適，即便凸顯了咬邊，金屬也可填滿它。咬邊聚集了偏多的反作用力，裂縫沒能承受住添加的上側(cè)壓力，配件將會(huì)碎裂。

2. 防控各類的缺陷

伴隨技術(shù)進(jìn)展，焊接被用于多重的現(xiàn)有領(lǐng)域，拓展了它的運(yùn)用范疇。平日生產(chǎn)不可脫離金屬類的材質(zhì)，搭配的焊接類手段也被更新。焊接中的弊病增添了后續(xù)危害，甚至威脅安全。為了規(guī)避復(fù)雜流程中的焊接弊病，要擬定更為科學(xué)的焊接步驟。采納焊接類的新穎技術(shù)，提升焊接得出的配件質(zhì)量，這樣做不僅防控了焊接隱患，也協(xié)助把控了多重的產(chǎn)出流程。

2.1針對(duì)于配件的裂痕。

依循焊接擬定的流程慎重操控，把控關(guān)聯(lián)著的多重環(huán)節(jié)。焊接流程應(yīng)被設(shè)定得更適當(dāng)，選購最優(yōu)的焊條。要辨識(shí)焊條本體的酸堿性，選購進(jìn)來的焊條應(yīng)被安放于預(yù)備好的保溫箱，隨時(shí)予以調(diào)取，這樣做規(guī)避了緩慢的焊條受潮。真正去焊接前，徹底除掉配件附帶的接口雜質(zhì)，去除殘存于此的油漬、水漬以及銹蝕?？蛇x取小電流，細(xì)分多重的焊接層次。設(shè)定更多現(xiàn)有的焊道，規(guī)避彼此銜接的微小裂紋。妥善調(diào)控焊縫的形態(tài)，縮減額外的總體應(yīng)力。

2.2針對(duì)熔合不透徹。

焊接先要設(shè)定最佳的尺寸、坡口的角度等，依照設(shè)定出來的直徑來篩選焊條，選出來的焊條要確認(rèn)是適當(dāng)?shù)?。焊接進(jìn)行中，隨時(shí)查驗(yàn)經(jīng)由的電流、各時(shí)點(diǎn)的焊接速率。輕微擺動(dòng)焊條，熔合步驟之內(nèi)要查驗(yàn)雙側(cè)變更的焊條狀態(tài)。依循精準(zhǔn)的技術(shù)規(guī)程予以操控，執(zhí)行焊接規(guī)程。

2.3針對(duì)于夾渣。

若選取的焊條偏重酸性，要提升電流；若偏重于堿性，則要調(diào)控現(xiàn)有的電弧總長，電弧不可過長。這是因?yàn)?，偏長電弧將引發(fā)凸顯的夾渣狀態(tài)。此外，確認(rèn)坡口應(yīng)有的角度，在可調(diào)控范疇之內(nèi)調(diào)節(jié)速率，不要過快去焊接。杜絕夾渣的弊病要強(qiáng)化日常流程的焊接培訓(xùn)。把控焊接的分支流程，自覺去查驗(yàn)擬定好的焊接步驟。經(jīng)由培訓(xùn)流程后，焊工才可進(jìn)到接續(xù)的焊接步驟。

2.4其他防控的路徑。

隨時(shí)辨識(shí)周邊潛在的環(huán)境偏差，調(diào)控溫濕度等。例如：若測得了現(xiàn)有溫度在0℃以下，則要填補(bǔ)必備的熱能，確保配件最適宜的溫度。要專設(shè)清潔區(qū)，定時(shí)去填補(bǔ)配件的凹凸，嚴(yán)格各時(shí)段內(nèi)的查驗(yàn)。打磨鎢絲燈時(shí)，應(yīng)當(dāng)把控角度，確認(rèn)最佳的停留時(shí)段。管路之內(nèi)不可透過氣流，應(yīng)當(dāng)阻塞這樣的管路頂部。施工場地增設(shè)定時(shí)通風(fēng)，維持最優(yōu)的濕潤。此外，妥善填充氬氣，增添焊接中的安全保障。

3. 修正細(xì)微的缺陷

3.1對(duì)于焊瘤予以修正。

焊接某一配件會(huì)凸顯焊瘤或外形存有細(xì)微的尺度差值，這是由于運(yùn)條缺失了勻稱性，熔池測得了偏高的總體溫度。在熔池的內(nèi)部，液體金屬慢慢就被凝固，而后慢慢墜落下來。這樣一來，焊縫表層將表現(xiàn)出金屬焊瘤。若擬定了偏大的弧長或經(jīng)由的電流太大，也會(huì)突發(fā)焊瘤狀態(tài)?；】痈从谄痰南鐣r(shí)間，焊接很易被阻斷。初期設(shè)定了較大的經(jīng)由電流，表層就不會(huì)維持著平整。如果存在焊瘤，縮減了配件應(yīng)有的美感，表面將帶來夾渣。弧坑伴隨著更多的氣孔、配件的裂痕等，削減了縫隙強(qiáng)度。為此，仰焊要側(cè)重去調(diào)控電流，電流要被縮減成90%，至少不應(yīng)超出平焊流程內(nèi)的電流。調(diào)控熔池本體的溫度，焊條若呈現(xiàn)出堿性，還要選取短弧來銜接它們。運(yùn)條應(yīng)能確保勻稱，在某一時(shí)段內(nèi)，焊條可以適當(dāng)予以停留。

3.2阻止裂紋的延展。

裂痕是很危險(xiǎn)的，如果裂痕被延展，將阻礙長久的焊接進(jìn)展。若查出了延展的裂痕，先要辨識(shí)它的兩端深度，在這樣的基礎(chǔ)上再去清除表層雜物，可選取風(fēng)鏟以便清除潛藏的裂痕。具體操作中，先要打出雙側(cè)的止裂孔，阻止裂痕接著延展?？稍O(shè)定10毫米特有的鉆頭直徑，鉆孔得出的深度應(yīng)能超出2毫米這樣的裂痕本體。若選取了氣刨的途徑，刨削要沿著兩側(cè)，直到消除了現(xiàn)有的裂痕。兩側(cè)被整平后，再除掉完整的裂痕。消除缺陷以后，要填補(bǔ)必備的坡口，妥善進(jìn)行補(bǔ)焊。有些情形下，很難發(fā)覺內(nèi)在的微小氣孔。一旦確認(rèn)存有氣孔，則要立即去清除。先要形成坡口，而后依循設(shè)定的規(guī)程來焊補(bǔ)。

3.3補(bǔ)焊時(shí)的側(cè)重點(diǎn)。

補(bǔ)焊可選較小的、平穩(wěn)狀態(tài)下的電流，補(bǔ)焊要設(shè)定很多道。不可選取偏大的這種電流來補(bǔ)焊。補(bǔ)焊若針對(duì)剛性配件，那么補(bǔ)焊得出的這類配件還要經(jīng)由錘擊，確保它的穩(wěn)固。起初及終結(jié)時(shí)的弧形應(yīng)被彼此錯(cuò)開。若測得了偏低的現(xiàn)場溫度，則增設(shè)預(yù)熱以便防控配件的裂開。針對(duì)查驗(yàn)得出的某一缺陷應(yīng)確保一次補(bǔ)焊，不可以突發(fā)中斷。

4. 結(jié)語

焊接金屬依循了多步驟，復(fù)雜流程之內(nèi)也暗藏多樣的缺陷。金屬被焊接時(shí)，焊縫常常沒能被銜接牢固。此外，缺失了查驗(yàn)及管控，也將添加材質(zhì)的缺陷。受到時(shí)間約束，缺失了細(xì)微的查驗(yàn)，才會(huì)增添潛在漏洞。消除焊接的缺陷，要提早去識(shí)別它們，辨識(shí)多重的細(xì)節(jié)隱患。依循擬定的規(guī)程慎重查驗(yàn)金屬配件，提升焊接的總質(zhì)量。

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