金属材料金属材料核工业无损检测中心核工业无损检测中心王跃辉王跃辉一、金属材料1.1.金属材料基本概念金属材料基本概念1.11.1材料分类材料分类 金属材料、陶瓷材料、高分子材料和金属材料、陶瓷材料、高分子材料和复合材料四大类复合材料四大类 金属材料通常可分为黑色金属和有色金属材料通常可分为黑色金属和有色金属两大类。金属两大类。 一、金属材料1.21.2黑色金属黑色金属 以铁元素为主要基体的金属或合金以铁元素为主要基体的金属或合金，如各类钢材和铸铁。如各类钢材和铸铁。1.31.3有色金属有色金属 以其它金属元素作为基体的金属或合以其它金属元素作为基体的金属或合金，如铜合金、铝合金等。金，如铜合金、铝合金等。 一、金属材料1.21.2金属晶体结构金属晶体结构 组成物质的原子在空间有序的排列，组成物质的原子在空间有序的排列，此种物质称为晶体。固态的金属和合金都此种物质称为晶体。固态的金属和合金都是晶体。是晶体。 常见的晶体结构有常见的晶体结构有体心立方体心立方 面心立方面心立方 密排六方密排六方 一、金属材料体心立方体心立方一、金属材料面心立方面心立方一、金属材料密排六方密排六方一、金属材料多晶体多晶体 金属是由许多结晶方向不同的小晶粒金属是由许多结晶方向不同的小晶粒组成组成晶粒晶粒 每个规则排列的小晶体称为一个晶粒每个规则排列的小晶体称为一个晶粒 晶粒间的交界为晶界晶粒间的交界为晶界结晶结晶 金属从液态转变为固态的过程称为结晶金属从液态转变为固态的过程称为结晶一、金属材料1.31.3钢的基本组织钢的基本组织 含碳量含碳量0.02%-2%0.02%-2%的铁碳合金称为钢的铁碳合金称为钢 铁素体铁素体F F 在在-铁的晶格中溶入少量的碳原子，铁的晶格中溶入少量的碳原子，形成的间隙固溶体，称铁素体。形成的间隙固溶体，称铁素体。 原子排列体心立方，强度和硬度低，原子排列体心立方，强度和硬度低，塑性和韧性好塑性和韧性好 一、金属材料 奥氏体奥氏体AA 碳在碳在-铁中的固溶体称奥氏体铁中的固溶体称奥氏体 原子排列面心立方。它塑性好，适合原子排列面心立方。它塑性好，适合热压力加工热压力加工 渗碳体渗碳体CmCm 渗碳体是铁和碳形成的化合物渗碳体是铁和碳形成的化合物FeFe3 3C C，含碳量含碳量6.67%6.67% 硬度很高，塑性很差硬度很高，塑性很差一、金属材料 珠光体珠光体PP F FCmCm的机械混合物。的机械混合物。P P中的中的CmCm以片状以片状分布，称片状分布，称片状P P 强度和硬度较高，塑性也较好强度和硬度较高，塑性也较好 承压设备用钢的含碳量一般低于承压设备用钢的含碳量一般低于0.25%0.25% 一、金属材料2.2.核设备常用结构材料核设备常用结构材料 2.12.1低碳钢低碳钢 含碳量含碳量0.25%0.25% 特性：特性： 含碳量增加，钢的强度增加，塑性和含碳量增加，钢的强度增加，塑性和韧性降低，焊接性能变差韧性降低，焊接性能变差一、金属材料杂质的影响：杂质的影响： 硫硫 硫生成硫化铁后，与铁在晶界形成低硫生成硫化铁后，与铁在晶界形成低熔点共晶体，使钢在热轧时沿晶开裂，形熔点共晶体，使钢在热轧时沿晶开裂，形成成“热脆热脆”，应严格限制其含量，应严格限制其含量 磷磷 磷使铁素体晶格畸变，大大降低钢的磷使铁素体晶格畸变，大大降低钢的塑性和韧性，形成塑性和韧性，形成“冷脆冷脆”一、金属材料 氢氢 氢还会引起氢脆，产生白点氢还会引起氢脆，产生白点 核承压设备用低碳钢的主要有：核承压设备用低碳钢的主要有：20HR20HR、SA106BSA106B、16Mn16Mn 主要在核电站的二、三级设备、主蒸汽主要在核电站的二、三级设备、主蒸汽管道、二回路管道、安全壳衬里等上面使管道、二回路管道、安全壳衬里等上面使用用 一、金属材料2.22.2低合金高强度钢低合金高强度钢 钢中添加了不超过钢中添加了不超过10%10%的合金元素的合金元素 改造钢的各种性能，得到既有较高的改造钢的各种性能，得到既有较高的强度，又有较好的塑性和韧性强度，又有较好的塑性和韧性 一、金属材料 核电站的反应堆压力容器、蒸汽发生核电站的反应堆压力容器、蒸汽发生器、稳压器、主泵壳体等。这些设备采用器、稳压器、主泵壳体等。这些设备采用锻件制造，各国都用锻件制造，各国都用ASMEASME规范规定的规范规定的SA508 cl.3SA508 cl.3钢或成分类似的其它牌号钢。钢或成分类似的其它牌号钢。 核承压设备的螺栓也主要用低合金高核承压设备的螺栓也主要用低合金高强度钢，它们的牌号有强度钢，它们的牌号有SA540SA540、40CrNiMo40CrNiMo、42CrMo42CrMo、42CrMo42CrMo钢棒材。钢棒材。一、金属材料2.32.3奥氏体不锈钢奥氏体不锈钢 在钢中加入在钢中加入18%18%左右的铬和左右的铬和8%8%以上的镍以上的镍时，可在常温下获得单相奥氏体组织，称时，可在常温下获得单相奥氏体组织，称为奥氏体不锈钢为奥氏体不锈钢 具有优良的耐腐蚀性和焊接性具有优良的耐腐蚀性和焊接性 堆内构件材料、离心浇注的主管道、堆内构件材料、离心浇注的主管道、主管道安全端、驱动机构材料、热交换器主管道安全端、驱动机构材料、热交换器传热管等设备中被广泛使用传热管等设备中被广泛使用 一、金属材料2.42.4有色金属有色金属 有色合金也是核设备制造的重要材料有色合金也是核设备制造的重要材料 蒸汽发生器的蒸汽发生器的U U型传热管型传热管 多采用多采用Inconel800Inconel800、Inconel600Inconel600或或Inconel690Inconel690等材料来制造，其耐应力腐蚀等材料来制造，其耐应力腐蚀性强性强 InconelInconel合金中的镍含量很高，可归类合金中的镍含量很高，可归类于镍基合金。于镍基合金。 一、金属材料传热管传热管 设备冷却热交换器和凝汽器大量采用设备冷却热交换器和凝汽器大量采用钛管来做传热管钛管来做传热管 钛具有低的密度、高的强度和高的腐钛具有低的密度、高的强度和高的腐蚀稳定性。钛合金不发生接触腐蚀和溃疡蚀稳定性。钛合金不发生接触腐蚀和溃疡腐蚀，特别重要的是不发生应力腐蚀腐蚀，特别重要的是不发生应力腐蚀 一、金属材料3.3.核燃料元件常用材料核燃料元件常用材料3.13.1铀及铀合金铀及铀合金 天然存在的裂变材料只有天然存在的裂变材料只有235235U U，它是铀，它是铀的一种同位素的一种同位素 压水堆核电站常用压水堆核电站常用UOUO2 2作为裂变材料作为裂变材料一、金属材料3.23.2铀的氧化物和化合物铀的氧化物和化合物 二氧化铀和铀的化合物是制造燃料元二氧化铀和铀的化合物是制造燃料元件的主要核材料之一件的主要核材料之一 二氧化铀在熔点以下只有一种结晶形二氧化铀在熔点以下只有一种结晶形态，并且是各项同性态，并且是各项同性 二氧化铀的热导系数很低，具有良好二氧化铀的热导系数很低，具有良好的耐腐蚀性能的耐腐蚀性能一、金属材料3.33.3常用包壳材料常用包壳材料 核燃料元件的包壳是用于保护核燃料核燃料元件的包壳是用于保护核燃料不受冷却剂的腐蚀和其它机械损伤，并防不受冷却剂的腐蚀和其它机械损伤，并防止裂变产物进入冷却回路。止裂变产物进入冷却回路。 制造核燃料元件包壳的材料要求对中制造核燃料元件包壳的材料要求对中子的吸收截面小，有一定的机械强度，抗子的吸收截面小，有一定的机械强度，抗冷却剂腐蚀以及对裂变产物的化学稳定冷却剂腐蚀以及对裂变产物的化学稳定一、金属材料铝及铝合金铝及铝合金 铝及铝合金是制造核燃料包壳的常用材铝及铝合金是制造核燃料包壳的常用材料。由于它耐高温水腐蚀能力和强度的限料。由于它耐高温水腐蚀能力和强度的限制，多半应用于低温生产堆和试验堆中。制，多半应用于低温生产堆和试验堆中。铝镁硅系合金或铝铁镍镁合金的性能有所铝镁硅系合金或铝铁镍镁合金的性能有所提高，但可焊性不好，影响了使用提高，但可焊性不好，影响了使用一、金属材料锆合金锆合金 锆的热中子吸收截面小，在一定的温锆的热中子吸收截面小，在一定的温度下能保持足够强度，耐腐蚀性和高温机度下能保持足够强度，耐腐蚀性和高温机械性能好械性能好 在动力堆中广泛使用在动力堆中广泛使用 常用的锆常用的锆-2-2、锆、锆-4-4和和M5M5一、金属材料不锈钢不锈钢 奥氏体不锈钢已被广泛应用在快中子奥氏体不锈钢已被广泛应用在快中子堆的燃料元件包壳上堆的燃料元件包壳上 它的优点是对水、气体和液态金属都它的优点是对水、气体和液态金属都有很好的耐腐蚀性，可焊性好，价格比锆有很好的耐腐蚀性，可焊性好，价格比锆便宜得多便宜得多一、金属材料 缺点是热中子吸收截面大，它做的包壳缺点是热中子吸收截面大，它做的包壳壁厚较薄。但快中子堆的中子能量大，中壁厚较薄。但快中子堆的中子能量大，中子损失影响不大。若要用在热中子堆中则子损失影响不大。若要用在热中子堆中则必须采用更浓缩的铀必须采用更浓缩的铀一、金属材料4.4.金属材料的性能金属材料的性能 金属材料的力学性能主要有金属材料的力学性能主要有: : 强度、塑性、硬度、韧性强度、塑性、硬度、韧性强度强度 金属抵抗永久变形和断裂的能力金属抵抗永久变形和断裂的能力塑性塑性 金属材料受力时，产生不可恢复的变金属材料受力时，产生不可恢复的变形而不破坏的能力形而不破坏的能力一、金属材料硬度硬度 材料抵抗其它物质侵入其表面而变形材料抵抗其它物质侵入其表面而变形的能力或抵抗破坏的能力的能力或抵抗破坏的能力韧性韧性 金属材料在外力作用下，断裂前所吸金属材料在外力作用下，断裂前所吸收能量的大小收能量的大小一、金属材料 5.5.断裂韧性和断裂力学基本概念断裂韧性和断裂力学基本概念 断裂力学是从材料中存在各种裂纹缺断裂力学是从材料中存在各种裂纹缺陷的前提出发，从力学的角度，研究宏观陷的前提出发，从力学的角度，研究宏观缺陷与材料的强度和断裂间关系的学科缺陷与材料的强度和断裂间关系的学科 一、金属材料断裂韧性断裂韧性 度量裂纹扩展阻力的指标度量裂纹扩展阻力的指标应力强度因子应力强度因子K K K =Y(a) K =Y(a)1/21/2 Y Y无量纲系数，与裂纹形状加载方式、无量纲系数，与裂纹形状加载方式、试样尺寸有关试样尺寸有关 外加拉应力外加拉应力 a a裂纹长度裂纹长度一、金属材料平面应变断裂韧性平面应变断裂韧性K KC C 当外加应力达到断裂应力时，应力强当外加应力达到断裂应力时，应力强度因子度因子K K达到断裂的临界值达到断裂的临界值K KC C在在I I型裂纹的型裂纹的几何条件下，记为几何条件下，记为K KICIC 断裂韧性表征了材料抵抗裂纹扩展的能断裂韧性表征了材料抵抗裂纹扩展的能力，是材料抵抗脆性破坏的一个韧性指标。力，是材料抵抗脆性破坏的一个韧性指标。按应力强度因子建立的脆性断裂判据表达按应力强度因子建立的脆性断裂判据表达为：为：K KI IKKICIC 一、金属材料K KICIC反映材料阻止裂纹失稳扩展的能力，反映材料阻止裂纹失稳扩展的能力，它是由材料本身的性质决定的它是由材料本身的性质决定的K KI I是一个力学参量，与材料性质无关是一个力学参量，与材料性质无关一、金属材料6.6.辐射环境下的材料性能辐射环境下的材料性能6.16.1核性能核性能 燃料元件芯体必须采用中子吸收截面燃料元件芯体必须采用中子吸收截面最低的铀合金最低的铀合金 燃料元件包壳采用中子吸收截面很小燃料元件包壳采用中子吸收截面很小的锆合金等的锆合金等 控制棒、调节棒等采用中子吸收截面控制棒、调节棒等采用中子吸收截面很大的材料例如很大的材料例如C Cd d棒制成棒制成一、金属材料6.26.2辐照效应辐照效应 中子对金属的辐射会引起辐射损伤，中子对金属的辐射会引起辐射损伤，高通量的的中子辐射导致屈服强度和极限高通量的的中子辐射导致屈服强度和极限的增加，塑性和冲击韧性的降低，的增加，塑性和冲击韧性的降低，无塑性无塑性转变温度的提高转变温度的提高 中子的通量越大，辐照的时间越长，中子的通量越大，辐照的时间越长，辐照效应的影响越大辐照效应的影响越大 一、金属材料 当当材材料料经经受受能能量量大大于于1 1兆兆电电子子伏伏物物的的快快中中子子辐辐照照达达到到一一定定水水平平时时，材材料料的的无无塑塑性性断断裂裂转转变变温温度度（脆脆性性转转变变温温度度）会会显显著著提提高高，并并且且使使高高于于脆脆性性转转变变温温度度范范围围的的冲冲击击韧韧性性降降低低，这这就就是是材材料料的的辐辐照照效效应应。为为了了尽尽可可能能减减少少这这些些设设备备材材料料的的辐辐照照效效应应，要要对对钢钢中中的的杂杂质质元元素素和和气气体体含含量量作作严严格格的的控控制制。例例如如钢钢中中的的铜铜、硫硫、磷磷、氢氢等等元元素素是是越少越好越少越好一、金属材料6.36.3活化活化 金属材料被腐蚀后，某些合金成分随同金属材料被腐蚀后，某些合金成分随同一回路水流入堆芯，受到中子的照射会生一回路水流入堆芯，受到中子的照射会生成放射性核素而产生放射性，这个过程叫成放射性核素而产生放射性，这个过程叫活化，产生的放射性产物叫活化产物活化，产生的放射性产物叫活化产物 堆芯材料以及和一回路水接触的材料堆芯材料以及和一回路水接触的材料中所含的元素成分必须是在中子流中活化中所含的元素成分必须是在中子流中活化较弱，而且必须有很好的耐腐蚀性较弱，而且必须有很好的耐腐蚀性 一、金属材料6.46.4抗腐蚀性抗腐蚀性 高能量和高通量的辐照，金属的电化高能量和高通量的辐照，金属的电化学性能和腐蚀性能会发生下列变化：学性能和腐蚀性能会发生下列变化：辐射分解效应使分解产物辐射分解效应使分解产物O O2 2、H H2 2O O2 2的浓度的浓度增加，加快了一般钢材的氧化腐蚀速度。增加，加快了一般钢材的氧化腐蚀速度。辐射电化学效应使金属表面原子的能量辐射电化学效应使金属表面原子的能量增加，加快了电化学反应的速度，一般钢增加，加快了电化学反应的速度，一般钢材的腐蚀速率会增快。材的腐蚀速率会增快。分解破坏效应使金属表面生成的保护性分解破坏效应使金属表面生成的保护性氧化膜产生辐射损伤，使一般钢材、不锈氧化膜产生辐射损伤，使一般钢材、不锈钢、锆合金等的腐蚀速率明显加快。钢、锆合金等的腐蚀速率明显加快。一、金属材料7.核用材料的基本要求核用材料的基本要求 具有良好的室温综合性能，即较高的强具有良好的室温综合性能，即较高的强度、韧性和防脆断能力度、韧性和防脆断能力 沿截面应有良好的性能均一性，尤其是沿截面应有良好的性能均一性，尤其是尺寸较大、较厚截面的锻件尺寸较大、较厚截面的锻件 具有良好的焊接性，再热裂纹敏感度低具有良好的焊接性，再热裂纹敏感度低一、金属材料8.8.核设备材料的特殊要求核设备材料的特殊要求残留元素控制残留元素控制 一回路材料：铅、汞、硫、磷、锌、一回路材料：铅、汞、硫、磷、锌、镉、锡、锑、铋、砷、铜、稀土元素等等镉、锡、锑、铋、砷、铜、稀土元素等等 二回路材料：低熔点元素及其化合物，二回路材料：低熔点元素及其化合物，特别是铅、汞、砷、硫特别是铅、汞、砷、硫一、金属材料抗晶间腐蚀性能抗晶间腐蚀性能化学成分要求化学成分要求 一回路中奥氏体不锈钢一回路中奥氏体不锈钢 钴钴 0.20% 0.20% 铌钽铌钽 0.15%0.15% 通常不允许硼的存在通常不允许硼的存在 为保证耐腐蚀性能为保证耐腐蚀性能 硫硫 0.020% 0.020% 磷磷0.030%0.030%对中子辐照应有较高的稳定性对中子辐照应有较高的稳定性二、金属材料加工 1.1.金属材料热处理金属材料热处理1.11.1热处理的一般过程热处理的一般过程 热处理是把金属加热到预定的温度，热处理是把金属加热到预定的温度，保温一定的时间，然后以预定的方式冷却保温一定的时间，然后以预定的方式冷却下来的一种热加工工艺下来的一种热加工工艺 钢的主要热处理有：钢的主要热处理有：退火、正火、淬退火、正火、淬火、回火、火、回火、表面淬火、化学热处理等表面淬火、化学热处理等二、金属材料加工时间时间热处理的基本工艺曲线热处理的基本工艺曲线加热温度加热温度保温时间保温时间冷冷却却加加热热温温度度二、金属材料加工1.21.2常用热处理工艺常用热处理工艺退火退火 将钢加热到一定的温度，保温一定的将钢加热到一定的温度，保温一定的时间后缓慢冷却，以获得接近平衡状态组时间后缓慢冷却，以获得接近平衡状态组织的热处理工艺，称为退火。织的热处理工艺，称为退火。根据工艺和根据工艺和目的不同，退火可分为目的不同，退火可分为完全退火完全退火，不完全不完全退火，消应力退火退火，消应力退火等。等。二、金属材料加工完全退火完全退火 将工件加热到将工件加热到Ac3Ac3以上以上30-5030-50，保温，保温后在炉内缓慢冷却，得到接近平衡状态组后在炉内缓慢冷却，得到接近平衡状态组织。织。其目的是细化晶粒，消除应力，降低其目的是细化晶粒，消除应力，降低硬度，改善加工性能硬度，改善加工性能不完全退火不完全退火 将工件加热到将工件加热到A Ac1c1以上以上30-5030-50，保温后，保温后缓慢冷却。缓慢冷却。其主要目的是改善加工切削性其主要目的是改善加工切削性能，消除应力能，消除应力二、金属材料加工消应力退火消应力退火 将整个工件或局部加热到将整个工件或局部加热到A Ac1c1以下以下100-100-200200，保温后缓慢冷却。，保温后缓慢冷却。其主要目的是其主要目的是消除焊接、冷加工、锻压等加工所产生的消除焊接、冷加工、锻压等加工所产生的内应力。消应力退火不改变材料组织，通内应力。消应力退火不改变材料组织，通过高温时的塑性变形或蠕变来释放应力。过高温时的塑性变形或蠕变来释放应力。二、金属材料加工正火正火 正火是将工件加热到正火是将工件加热到A Ac3c3或或AcmAcm以上以上30-30-5050，保温后在空气中冷却，得到珠光体，保温后在空气中冷却，得到珠光体类组织的热处理工艺。类组织的热处理工艺。 正火的目的也是细化晶粒，均匀组织，正火的目的也是细化晶粒，均匀组织，降低内应力。降低内应力。二、金属材料加工 与退火的不同在于冷却速度较快，组与退火的不同在于冷却速度较快，组织中珠光体增多，珠光体片层变薄。钢的织中珠光体增多，珠光体片层变薄。钢的强度、硬度、韧性增高。核承压容器用的强度、硬度、韧性增高。核承压容器用的低碳钢都是以正火状态供货的。低碳钢都是以正火状态供货的。二、金属材料加工淬火淬火 淬火是将钢件加热到淬火是将钢件加热到A Ac3c3以上以上30305050，保温后快冷，使奥氏体转变为马氏体的过保温后快冷，使奥氏体转变为马氏体的过程。程。 只有达到临界冷却速度，奥氏体才能只有达到临界冷却速度，奥氏体才能转变为马氏体。淬火时，钢件表面冷却得转变为马氏体。淬火时，钢件表面冷却得快，越往心部冷却越慢。淬火时，钢件获快，越往心部冷却越慢。淬火时，钢件获得马氏体的深度越深，称钢的淬透性越大得马氏体的深度越深，称钢的淬透性越大二、金属材料加工 钢的含碳量和合金元素能降低淬火的临钢的含碳量和合金元素能降低淬火的临界冷却速度，从而大大提高钢的淬透性。界冷却速度，从而大大提高钢的淬透性。马氏体组织硬度和强度都很高，但马氏体马氏体组织硬度和强度都很高，但马氏体硬而淬，韧性很差，内应力很大，容易产硬而淬，韧性很差，内应力很大，容易产生裂纹，承压容器材料和焊缝的组织中一生裂纹，承压容器材料和焊缝的组织中一般都不希望出现马氏体般都不希望出现马氏体二、金属材料加工回火回火 回火是将经过淬火的钢加热到回火是将经过淬火的钢加热到Ac1Ac1以下以下的适当温度，保温后冷却，获得所需组织，的适当温度，保温后冷却，获得所需组织，消除淬火时产生的内应力，适当降低硬度消除淬火时产生的内应力，适当降低硬度和强度，提高韧性的热处理工艺。和强度，提高韧性的热处理工艺。 按回火温度的不同分可为按回火温度的不同分可为低温、中温、低温、中温、高温回火高温回火，以获得不同要求的硬度、强度，以获得不同要求的硬度、强度和韧性。和韧性。二、金属材料加工 淬火后在淬火后在500-650500-650范围内的回火称为范围内的回火称为高温回火。高温回火。淬火加高温回火的热处理又称淬火加高温回火的热处理又称为调质为调质。调质后的钢材既有一定的强度，调质后的钢材既有一定的强度，又有较高的塑性和冲击韧性，即有良好的又有较高的塑性和冲击韧性，即有良好的综合机械性能综合机械性能。核电主设备用的低合金高。核电主设备用的低合金高强度钢都要进行调质处理。强度钢都要进行调质处理。 二、金属材料加工表面热处理表面热处理 表面热处理包括表面淬火和化学热处理表面热处理包括表面淬火和化学热处理: : 表面淬火是应用表面快速加热随后快速表面淬火是应用表面快速加热随后快速冷却的方法，改变钢件表面性能的工艺。冷却的方法，改变钢件表面性能的工艺。 化学热处理是在一定的温度下对钢表面化学热处理是在一定的温度下对钢表面渗入一些元素，以改变其表层的化学成分渗入一些元素，以改变其表层的化学成分从而提高表层的某些特殊性能如耐磨、耐从而提高表层的某些特殊性能如耐磨、耐腐蚀和耐疲劳等。腐蚀和耐疲劳等。二、金属材料加工奥氏体不锈钢的固溶处理和稳定化处理奥氏体不锈钢的固溶处理和稳定化处理 把奥氏体不锈钢加热到把奥氏体不锈钢加热到1050-11001050-1100，保温后快速冷却，以获得单相的、均匀的保温后快速冷却，以获得单相的、均匀的奥氏体组织，这种方法称为固溶处理奥氏体组织，这种方法称为固溶处理 含含18%18%左右的铬和左右的铬和8%8%左右镍的奥氏体不左右镍的奥氏体不锈钢经固溶处理后，才能在室温下得到单锈钢经固溶处理后，才能在室温下得到单相的奥氏体组织，提高韧性和耐腐蚀性相的奥氏体组织，提高韧性和耐腐蚀性二、金属材料加工1.31.3热处理缺陷热处理缺陷氧化和脱碳氧化和脱碳硬度不足与软点硬度不足与软点过热和过烧过热和过烧变形与开裂变形与开裂二、金属材料加工氧化和脱碳氧化和脱碳 钢件加热时，表面被氧化生成氧化铁皮。钢件加热时，表面被氧化生成氧化铁皮。同时钢表层中的碳被氧化，生成二氧化碳，同时钢表层中的碳被氧化，生成二氧化碳，即造成脱碳。氧化和脱碳使钢件表面硬度即造成脱碳。氧化和脱碳使钢件表面硬度不足，降低疲劳强度。不足，降低疲劳强度。 防止的措施有：表面涂料、盐浴加热、防止的措施有：表面涂料、盐浴加热、保护气或真空加热。保护气或真空加热。二、金属材料加工硬度不足与软点硬度不足与软点 淬火时如果加热温度不够或保温时间不淬火时如果加热温度不够或保温时间不足或局部冷却速度不足都会造成硬度不足足或局部冷却速度不足都会造成硬度不足与软点。与软点。 二、金属材料加工过热和过烧过热和过烧 由于加热温度过高或保温时间过长而造由于加热温度过高或保温时间过长而造成奥氏体晶粒粗大的缺陷叫过热。成奥氏体晶粒粗大的缺陷叫过热。过热组过热组织可通过重新淬火予以消除。织可通过重新淬火予以消除。 由于加热温度过高而造成奥氏体晶界局由于加热温度过高而造成奥氏体晶界局部熔化或氧化的现象称过烧。部熔化或氧化的现象称过烧。工件一旦过工件一旦过烧就只能报废。烧就只能报废。二、金属材料加工变形与开裂变形与开裂 淬火时产生热应力和组织应力。当淬淬火时产生热应力和组织应力。当淬火应力超过钢的屈服强度时，引起变形；火应力超过钢的屈服强度时，引起变形；当淬火应力超过极限强度时，会引起开裂。当淬火应力超过极限强度时，会引起开裂。 防止的措施有：选用淬透性好的钢材，防止的措施有：选用淬透性好的钢材，降低冷速；合理设计工件结构形状；淬火降低冷速；合理设计工件结构形状；淬火前退火；淬火后及时回火等。前退火；淬火后及时回火等。 二、金属材料加工2.2.压力加工压力加工 金属压力加工是在外力的作用下，使金属压力加工是在外力的作用下，使金属坯料产生塑性变形，从而获得一定形金属坯料产生塑性变形，从而获得一定形状、尺寸和力学性能的原材料、毛坯或零状、尺寸和力学性能的原材料、毛坯或零件的成型加工方法件的成型加工方法 二、金属材料加工2.12.1常用工艺方法常用工艺方法 轧制轧制锻造锻造挤压挤压冷拔冷拔冲压冲压 二、金属材料加工轧制轧制 材料在旋转轧辊的压力作用下产生连材料在旋转轧辊的压力作用下产生连续的塑性变形，获得要求的截面形状并改续的塑性变形，获得要求的截面形状并改变其性能的加工方法称为轧制。变其性能的加工方法称为轧制。通过合理通过合理设计的轧辊，可生产出不同截面的板材和设计的轧辊，可生产出不同截面的板材和其他型材。也可直接轧出毛坯或零件。轧其他型材。也可直接轧出毛坯或零件。轧制也是核燃料元件和包壳材料的基本加工制也是核燃料元件和包壳材料的基本加工方法之一。方法之一。二、金属材料加工锻造锻造 锻造是热态金属经施加外力产生塑性锻造是热态金属经施加外力产生塑性形变而形成产品的加工方法称为锻造形变而形成产品的加工方法称为锻造 用简单的通用性工具或在锻造设备上用简单的通用性工具或在锻造设备上的砧铁间直接使坯料变形而获得所需几何的砧铁间直接使坯料变形而获得所需几何形状及内部质量的锻件。这种加工方法称形状及内部质量的锻件。这种加工方法称为为自由锻自由锻 利用锻模使坯料变形而获得锻件的锻利用锻模使坯料变形而获得锻件的锻造方法称为造方法称为模锻模锻二、金属材料加工挤压挤压 挤压是坯料在压力下从模孔中挤出，挤压是坯料在压力下从模孔中挤出，横截面变小，长度增加的加工方法横截面变小，长度增加的加工方法 在核工业，它是铀及铀合金广泛采用在核工业，它是铀及铀合金广泛采用的加工方法之一的加工方法之一二、金属材料加工冷拔冷拔 冷拔是坯料在拉力下从模孔拉出，横冷拔是坯料在拉力下从模孔拉出，横截面变小，长度增加的加工方法截面变小，长度增加的加工方法冲压冲压 冲压是板材在压力下从模孔中挤出，冲压是板材在压力下从模孔中挤出，横截面变小，长度增加的加工方法横截面变小，长度增加的加工方法二、金属材料加工2.22.2压力加工缺陷压力加工缺陷压力加工后的组织与性能压力加工后的组织与性能 金属冷塑性变形后，晶粒变形或破碎，金属冷塑性变形后，晶粒变形或破碎，产生内应力，金属的强度、硬度逐渐升高，产生内应力，金属的强度、硬度逐渐升高，塑性、韧性逐渐下降，产生了加工硬化塑性、韧性逐渐下降，产生了加工硬化 二、金属材料加工常见压力加工缺陷常见压力加工缺陷锻件常见缺陷锻件常见缺陷 (1)(1)金属在高温下表面氧化，形成脱碳金属在高温下表面氧化，形成脱碳层，称氧化、脱碳。这会降低了强度和层，称氧化、脱碳。这会降低了强度和抗疲劳性抗疲劳性 (2)(2)加热温度过高，晶粒显著张大，称加热温度过高，晶粒显著张大，称过热。若温度再高，产生晶界熔化，称过热。若温度再高，产生晶界熔化，称过烧过烧 二、金属材料加工 (3)(3)终锻温度太低，内部应力和相变共终锻温度太低，内部应力和相变共同作用，会导致裂纹同作用，会导致裂纹 (4)(4)锻造时应变太快、太大或坯料原有锻造时应变太快、太大或坯料原有缺陷，会产生裂纹，称锻造裂纹缺陷，会产生裂纹，称锻造裂纹 (5)(5)内部偏析产生或外部掉入的夹杂内部偏析产生或外部掉入的夹杂物；物； (6)(6)钢中的氢和锻造过程中的应力共钢中的氢和锻造过程中的应力共同作用，产生与裂纹一样危险的缺陷同作用，产生与裂纹一样危险的缺陷白白点点二、金属材料加工轧制轧制由于只在一个方向进行压力加工，缺由于只在一个方向进行压力加工，缺陷在长度方向的连续性将增大。除了陷在长度方向的连续性将增大。除了裂纹、夹杂物和偏析外还存在分层和裂纹、夹杂物和偏析外还存在分层和折叠等缺陷。折叠等缺陷。挤压挤压工艺产生缺陷的主要类型有疏松、裂工艺产生缺陷的主要类型有疏松、裂纹、折叠和一些线性缺陷。纹、折叠和一些线性缺陷。二、金属材料加工3.3.焊接焊接3.13.1焊接概念和焊接性能焊接概念和焊接性能 通过加热或加压，或两者并用，并且用通过加热或加压，或两者并用，并且用或不用填充材料，使工件达到结合的一种或不用填充材料，使工件达到结合的一种加工工艺方法加工工艺方法 按工艺特点可将焊接分为按工艺特点可将焊接分为熔焊、压焊和熔焊、压焊和钎焊钎焊二、金属材料加工3.23.2常用常用的焊接方法有的焊接方法有:手工电弧焊手工电弧焊埋弧自动焊埋弧自动焊电渣焊电渣焊气体保护焊气体保护焊等离子弧焊等离子弧焊 二、金属材料加工3.33.3焊接接头形式和坡口焊接接头形式和坡口 焊接接头主要形式有焊接接头主要形式有: :对接接头对接接头角接接头角接接头搭接接头搭接接头T T型接头型接头 二、金属材料加工3.43.4焊接接头组成和组织焊接接头组成和组织 焊接接头包括：焊接接头包括：焊缝焊缝熔合区熔合区热影响区热影响区二、金属材料加工3.53.5焊接缺陷焊接缺陷 主要缺陷有：外观缺陷、裂纹、气孔、主要缺陷有：外观缺陷、裂纹、气孔、夹渣、未熔合和未焊透、其它缺陷等六类夹渣、未熔合和未焊透、其它缺陷等六类二、金属材料加工外观缺陷外观缺陷a.a.咬边咬边 咬边是指沿着焊趾，在母材部分形成的咬边是指沿着焊趾，在母材部分形成的凹陷或沟槽凹陷或沟槽 它是由于电弧将焊缝边缘的母材熔化后它是由于电弧将焊缝边缘的母材熔化后没有得到熔敷金属的充分补充而留下的缺没有得到熔敷金属的充分补充而留下的缺口口 咬边又分连续咬边和局部咬边两种咬边又分连续咬边和局部咬边两种二、金属材料加工二、金属材料加工b.b.焊瘤焊瘤 焊缝中的液态金属流到加热不足未熔焊缝中的液态金属流到加热不足未熔化的母材上或焊缝根部溢出，冷却后形成化的母材上或焊缝根部溢出，冷却后形成的未与母材熔合的金属瘤的未与母材熔合的金属瘤二、金属材料加工c. c. 成形不良成形不良 指焊缝的外观几何尺寸不符合要求指焊缝的外观几何尺寸不符合要求 有焊缝余高超高、表面不光滑、焊缝有焊缝余高超高、表面不光滑、焊缝过宽、焊缝向母材过渡不圆滑等过宽、焊缝向母材过渡不圆滑等 二、金属材料加工二、金属材料加工d. d. 错边错边 错边是指两个工件在厚度方向上错开一错边是指两个工件在厚度方向上错开一定的位置定的位置二、金属材料加工e. e. 凹坑凹坑 凹坑是指焊缝表面或背面局部低于母凹坑是指焊缝表面或背面局部低于母材的部分材的部分 二、金属材料加工f. f. 烧穿烧穿 烧穿是指焊接过程中，熔深超过工件厚烧穿是指焊接过程中，熔深超过工件厚度，熔化金属自焊缝背面流出，形成穿孔度，熔化金属自焊缝背面流出，形成穿孔性缺陷性缺陷 二、金属材料加工g. g. 塌陷塌陷 单面焊时由于输入热量过大，熔化金属单面焊时由于输入热量过大，熔化金属过多而使液态金属向焊缝背面塌落，形成过多而使液态金属向焊缝背面塌落，形成后焊缝背面突起，正面下塌后焊缝背面突起，正面下塌 二、金属材料加工裂纹裂纹 焊缝中原子结合遭到破坏，形成新的界焊缝中原子结合遭到破坏，形成新的界面而产生的缝隙称为裂纹面而产生的缝隙称为裂纹 按外观形貌和产生部位可分为纵向裂纹、按外观形貌和产生部位可分为纵向裂纹、横向裂纹、弧坑裂纹横向裂纹、弧坑裂纹 按产生的温度范围，裂纹可分为热裂纹、按产生的温度范围，裂纹可分为热裂纹、冷裂纹和再热裂纹冷裂纹和再热裂纹 二、金属材料加工a.a.纵向裂纹纵向裂纹 基本上平行于焊缝轴线的裂纹基本上平行于焊缝轴线的裂纹，它可能，它可能位于焊缝、熔位于焊缝、熔 合线、热影响区、母材等合线、热影响区、母材等部位部位 b. b. 横向裂纹横向裂纹 基本上垂直于焊缝轴线的裂纹基本上垂直于焊缝轴线的裂纹，它可能，它可能位于焊缝、热影响区、母材等部位位于焊缝、热影响区、母材等部位 二、金属材料加工c.c.辐射裂纹辐射裂纹 具有公共点的呈辐射状的裂纹具有公共点的呈辐射状的裂纹，可能，可能出现在焊缝、热影响区、母材等部位，有出现在焊缝、热影响区、母材等部位，有时也将此类缺陷称作星形裂纹时也将此类缺陷称作星形裂纹d.d.弧坑裂纹弧坑裂纹 在焊缝末端弧坑中的裂纹在焊缝末端弧坑中的裂纹，可以为纵向、，可以为纵向、横向、星形横向、星形状 二、金属材料加工e. e. 裂纹群裂纹群 一群不连续的裂纹一群不连续的裂纹，它可能位于焊缝、，它可能位于焊缝、热影响区、母材等部位。热影响区、母材等部位。f. f. 枝状裂纹枝状裂纹 起源于一条公共裂纹而又相互连接的一起源于一条公共裂纹而又相互连接的一组裂纹组裂纹，不同于不连续的裂纹和辐射裂纹，不同于不连续的裂纹和辐射裂纹，它们可能位于焊缝、热影响区、母材等部它们可能位于焊缝、热影响区、母材等部位。位。二、金属材料加工 热裂纹是凝固致固相线附近的高温区形热裂纹是凝固致固相线附近的高温区形成的裂纹成的裂纹 形成热裂纹的条件之一是合金成分和杂形成热裂纹的条件之一是合金成分和杂质（主要是质（主要是C C、S S、P P）在凝固时形成低熔）在凝固时形成低熔点的共晶组织点的共晶组织二、金属材料加工 冷裂纹是在接近室温的范围内形成的裂冷裂纹是在接近室温的范围内形成的裂纹纹 是在热影响区或焊缝金属内生成淬硬组是在热影响区或焊缝金属内生成淬硬组织（马氏体）后，在氢和焊接内应力的共织（马氏体）后，在氢和焊接内应力的共同作用下形成的同作用下形成的 二、金属材料加工 再热裂纹是工件焊接后，再次加热到一再热裂纹是工件焊接后，再次加热到一定温度时形成的裂纹定温度时形成的裂纹 它是高温蠕变和碳化物沉淀强化使晶界它是高温蠕变和碳化物沉淀强化使晶界应力高度集中所致应力高度集中所致 它一般发生在低合金结构钢和奥氏体不它一般发生在低合金结构钢和奥氏体不锈钢中锈钢中 二、金属材料加工气孔气孔 在焊接过程中，熔池中吸收和析出的气在焊接过程中，熔池中吸收和析出的气体在凝固时未能逸出，残留在焊缝金属内体在凝固时未能逸出，残留在焊缝金属内形成孔洞，称为气孔形成孔洞，称为气孔 气孔是常见缺陷，出现部位可以是焊缝气孔是常见缺陷，出现部位可以是焊缝表面，也可是内部或根部。有时以单个出表面，也可是内部或根部。有时以单个出现，有时以成堆的形式密集在局部区域，现，有时以成堆的形式密集在局部区域，其形状有球形、虫形等其形状有球形、虫形等 二、金属材料加工夹渣夹渣 夹渣是残留在焊道之间或焊道与坡口夹渣是残留在焊道之间或焊道与坡口侧壁之间的熔渣侧壁之间的熔渣 夹渣有多种形状，可能是单个的颗粒夹渣有多种形状，可能是单个的颗粒状夹渣，也可能是呈条状或线状的连续夹状夹渣，也可能是呈条状或线状的连续夹渣。渣。 夹渣会减少承载面积，影响力学性能夹渣会减少承载面积，影响力学性能 二、金属材料加工未熔合未熔合 未熔合是指焊缝金属与母材金属，或焊未熔合是指焊缝金属与母材金属，或焊缝金属之间未熔化结合在一起的缺陷缝金属之间未熔化结合在一起的缺陷 按其所在位置未熔合可分为坡口未熔合、按其所在位置未熔合可分为坡口未熔合、层间未熔合和根部未熔合三种层间未熔合和根部未熔合三种 未熔合属面缺陷，易造成应力集中，危未熔合属面缺陷，易造成应力集中，危害性很大，焊缝中一般不允许存在害性很大，焊缝中一般不允许存在 二、金属材料加工二、金属材料加工未焊透未焊透 未焊透是指母材金属未熔化，焊接金属未焊透是指母材金属未熔化，焊接金属没有进入接头根部的缺陷没有进入接头根部的缺陷 未焊透使承载面积减小，并造成应力集未焊透使承载面积减小，并造成应力集中，在单面焊中严格限制中，在单面焊中严格限制 二、金属材料加工4.4.铸造铸造4.14.1铸造特点和方法铸造特点和方法 将熔融金属浇入铸型，凝固后获得一定将熔融金属浇入铸型，凝固后获得一定形状和一定性能铸件的方法称为铸造形状和一定性能铸件的方法称为铸造 铸造具有铸造具有: :成形方便、成本低廉、适应成形方便、成本低廉、适应性强、铸件的力学性能较差、质量不够稳性强、铸件的力学性能较差、质量不够稳定等特点定等特点二、金属材料加工 铸造方法有：砂型铸造铸造方法有：砂型铸造 、熔模铸造、熔模铸造 、金属型铸造金属型铸造 、压力铸造、压力铸造 、离心铸造、离心铸造4.24.2铸造缺陷铸造缺陷 铸件中常见的缺陷有：几何尺寸不符合铸件中常见的缺陷有：几何尺寸不符合要求；铸造缺陷：粘砂、夹砂、裂纹（冷、要求；铸造缺陷：粘砂、夹砂、裂纹（冷、热裂纹）、缩孔、疏松、气孔、热裂纹）、缩孔、疏松、气孔、冷隔冷隔等等二、金属材料加工缩孔和缩松缩孔和缩松 铸件凝固时，熔液供给不足，在某些部铸件凝固时，熔液供给不足，在某些部位出现孔洞位出现孔洞, ,大而集中的孔洞称为缩孔，大而集中的孔洞称为缩孔，细小而分散的孔洞称为缩松细小而分散的孔洞称为缩松 缩孔和缩松产生的基本原因是合金的液缩孔和缩松产生的基本原因是合金的液态收缩和凝固收缩远大于固态收缩态收缩和凝固收缩远大于固态收缩 二、金属材料加工铸件的热裂铸件的热裂 热裂是在铸件凝固末期时由热应力作热裂是在铸件凝固末期时由热应力作用而形成的用而形成的铸件的冷裂与变形铸件的冷裂与变形 铸件在凝固冷却时，相变使各部分体铸件在凝固冷却时，相变使各部分体积变化不一致，产生了残余铸造应力。积变化不一致，产生了残余铸造应力。当当铸件的铸造应力超过屈服强度时，铸件就铸件的铸造应力超过屈服强度时，铸件就会发生变形；当铸造应力超过极限强度时，会发生变形；当铸造应力超过极限强度时，铸件就会发生冷裂铸件就会发生冷裂二、金属材料加工气孔和非金属夹杂物气孔和非金属夹杂物 铸件凝固时，当中的气体未来得及逸出，铸件凝固时，当中的气体未来得及逸出，形成气孔。气孔是铸件中最常见的一种缺形成气孔。气孔是铸件中最常见的一种缺陷。陷。 铸件中常会混入的氧化物、硫化物、氮铸件中常会混入的氧化物、硫化物、氮化物、硅酸盐等非金属夹杂物，即有内部化物、硅酸盐等非金属夹杂物，即有内部生成的，也有外部掉入的。生成的，也有外部掉入的。二、金属材料加工冷隔冷隔 冷隔是在同一铸件中一次浇铸或两次浇冷隔是在同一铸件中一次浇铸或两次浇铸时由于温度偏低，金属液体没有充分熔铸时由于温度偏低，金属液体没有充分熔和在一起，其边界形成带有氧化层的隔层和在一起，其边界形成带有氧化层的隔层三、三、使用过程中产生的缺陷使用过程中产生的缺陷1.1.腐蚀和应力腐蚀腐蚀和应力腐蚀 金属材料与周围环境发生化学作用而引金属材料与周围环境发生化学作用而引起的变质和破坏起的变质和破坏 它会显著降低金属材料的力学性能，破它会显著降低金属材料的力学性能，破坏构件的几何形状、增加转动件间的磨损、坏构件的几何形状、增加转动件间的磨损、缩短设备使用寿命缩短设备使用寿命 腐蚀分为两种类型：腐蚀分为两种类型：化学腐蚀和电化学化学腐蚀和电化学腐蚀腐蚀三、三、使用过程中产生的缺陷使用过程中产生的缺陷 化学腐蚀遵守纯化学多相反应的各定律，化学腐蚀遵守纯化学多相反应的各定律，不伴随产生电流不伴随产生电流 电化学腐蚀在有导电介质存在的条件下电化学腐蚀在有导电介质存在的条件下进行。金属的电离和介质中氧化组分的还进行。金属的电离和介质中氧化组分的还原不在同一作用中进行。电化学腐蚀遵守原不在同一作用中进行。电化学腐蚀遵守电化学动力学各定律，并伴随电流的流动。电化学动力学各定律，并伴随电流的流动。 三、三、使用过程中产生的缺陷使用过程中产生的缺陷 金属在应力和腐蚀介质的共同作金属在应力和腐蚀介质的共同作用下发生开裂称为应力腐蚀用下发生开裂称为应力腐蚀 应力腐蚀是一种极为隐蔽的局部腐应力腐蚀是一种极为隐蔽的局部腐蚀，常常造成严重破坏蚀，常常造成严重破坏 三、三、使用过程中产生的缺陷使用过程中产生的缺陷 应力腐蚀的特点如下：应力腐蚀的特点如下： （1 1）应力腐蚀要在拉应力作用下才发）应力腐蚀要在拉应力作用下才发生，而且主要是在残余应力的作用下发生。生，而且主要是在残余应力的作用下发生。因为残余应力一般远远大于工作应力，而因为残余应力一般远远大于工作应力，而应力腐蚀一定要在某个很大的临界应力以应力腐蚀一定要在某个很大的临界应力以上才会发生。上才会发生。三、三、使用过程中产生的缺陷使用过程中产生的缺陷 （2 2）对一种合金只有在腐蚀介质中含）对一种合金只有在腐蚀介质中含有特定的离子、分子才会发生应力腐蚀。有特定的离子、分子才会发生应力腐蚀。低碳钢在硝酸盐中的低碳钢在硝酸盐中的“硝脆硝脆”，奥氏体不，奥氏体不锈钢在含有氯离子溶液中的锈钢在含有氯离子溶液中的“氯脆氯脆”等等三、三、使用过程中产生的缺陷使用过程中产生的缺陷 （3 3）介质中的腐蚀剂在浓度很低时就）介质中的腐蚀剂在浓度很低时就会发生应力腐蚀。如核电站高温水中仅有会发生应力腐蚀。如核电站高温水中仅有几个几个ppmppm的氯离子便可使奥氏体不锈钢发的氯离子便可使奥氏体不锈钢发生应力腐蚀。有时介质的整体浓度很低，生应力腐蚀。有时介质的整体浓度很低，但局部会产生浓缩作用。如在正常循环和但局部会产生浓缩作用。如在正常循环和热交换受到破坏的蒸发器中，裂缝和间隙热交换受到破坏的蒸发器中，裂缝和间隙等处可能发生氯化物的浓缩。等处可能发生氯化物的浓缩。三、三、使用过程中产生的缺陷使用过程中产生的缺陷 （4 4）应力腐蚀的开裂速度远大于均匀）应力腐蚀的开裂速度远大于均匀腐蚀，而且隐蔽性强，危害性大往往失效腐蚀，而且隐蔽性强，危害性大往往失效断裂时才发现。断裂时才发现。三、三、使用过程中产生的缺陷使用过程中产生的缺陷2.2.冲蚀、气蚀和流动加速腐蚀冲蚀、气蚀和流动加速腐蚀 由于固体、液体或者气体向固体表面由于固体、液体或者气体向固体表面不断进行动态撞击导致表面被磨去的现象不断进行动态撞击导致表面被磨去的现象称为冲蚀称为冲蚀 例如：气轮机的叶片被凝结的水滴撞例如：气轮机的叶片被凝结的水滴撞击；冷凝器的管段受到蒸气的冲蚀；弯管击；冷凝器的管段受到蒸气的冲蚀；弯管处所受的水流的冲蚀处所受的水流的冲蚀 三、三、使用过程中产生的缺陷使用过程中产生的缺陷 由于流动液体中的气泡撞击破裂形成的由于流动液体中的气泡撞击破裂形成的振动波而引起固体表面局部被磨去的现象振动波而引起固体表面局部被磨去的现象称为气蚀称为气蚀 这也是一种常见的磨损现象，如一些泵这也是一种常见的磨损现象，如一些泵和阀门的气蚀和阀门的气蚀三、三、使用过程中产生的缺陷使用过程中产生的缺陷 流动加速腐蚀是腐蚀性的介质流体，在流动加速腐蚀是腐蚀性的介质流体，在局部形成湍流，大大加快了氧化膜的溶解局部形成湍流，大大加快了氧化膜的溶解和化学、电化学反应的速度，使局部腐蚀和化学、电化学反应的速度，使局部腐蚀迅速加快的现象迅速加快的现象三、三、使用过程中产生的缺陷使用过程中产生的缺陷3.3.疲劳疲劳 构件在交变载荷的长时间作用下发生失构件在交变载荷的长时间作用下发生失效的现象称为疲劳效的现象称为疲劳 构件的疲劳破坏一般分为裂纹萌生、疲构件的疲劳破坏一般分为裂纹萌生、疲劳扩展、瞬时断裂等几个阶段。构件承受劳扩展、瞬时断裂等几个阶段。构件承受交变载荷的每一循环之后，金属局部就积交变载荷的每一循环之后，金属局部就积累一定数量的微观缺陷。累计到一定程度累一定数量的微观缺陷。累计到一定程度就会萌生疲劳裂纹。裂纹随着交变载荷慢就会萌生疲劳裂纹。裂纹随着交变载荷慢慢扩展，最后破坏。慢扩展，最后破坏。三、三、使用过程中产生的缺陷使用过程中产生的缺陷4.4.过载过载 承受疲劳负荷的构件，在运行过程中，承受疲劳负荷的构件，在运行过程中，其工作应力应力偶尔会有超过材料疲劳极其工作应力应力偶尔会有超过材料疲劳极限的过载运行现象限的过载运行现象 过载损伤可以认为是由于引发了非扩展过载损伤可以认为是由于引发了非扩展性的始裂纹达到了扩展性裂纹的临界尺寸，性的始裂纹达到了扩展性裂纹的临界尺寸，使此裂纹在过载后的恒载运行中不断扩展使此裂纹在过载后的恒载运行中不断扩展导致失效断裂导致失效断裂 三、三、使用过程中产生的缺陷使用过程中产生的缺陷5.5.脆性断裂脆性断裂 按断裂前金属在宏观上能贡献的延性或按断裂前金属在宏观上能贡献的延性或韧性的大小来分。韧性的大小来分。凡是延性或韧性很小的凡是延性或韧性很小的叫脆性断裂，反之则叫延性或韧性断裂叫脆性断裂，反之则叫延性或韧性断裂 按断裂过程在金属内部所经历的途径可按断裂过程在金属内部所经历的途径可分为穿晶断裂和沿晶断裂分为穿晶断裂和沿晶断裂 穿晶断裂在宏观上可表现为脆性断裂穿晶断裂在宏观上可表现为脆性断裂 三、三、使用过程中产生的缺陷使用过程中产生的缺陷6.6.磨损磨损 磨损有多种形式如高温磨损、磨差磨损、磨损有多种形式如高温磨损、磨差磨损、疲劳磨损、粘着磨损疲劳磨损、粘着磨损