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金屬材料材質分析范文第1篇

運用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，并進行相關實驗，將仿真結果與實驗結果進行對比。結果表明:金屬材料HEL跟材料凹凸變形轉換范圍有關。

關鍵詞:

激光噴丸成形;ABAQUS;金屬材料HEL

激光噴丸成形技術是在激光沖擊強化和機械噴丸的基礎上提出來的。與激光沖擊強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彈丸沖擊材料表面，將誘發的等離子體爆炸產生的沖擊波作為材料成形的動力來源，使得金屬零件發生塑性變形［1－2］。2010年，Edwards等發現:在使用納秒激光進行薄板噴丸成形后，金屬薄板發生了彎曲，這種彎曲呈凹變形。江蘇大學張永康等［3－5］最先對激光沖擊處理工藝進行研究，隨后又在激光噴丸彎曲成形機理、激光誘導沖擊波壓力模型的建立、約束層對成形特性的影響、沖擊波壓力的測量和模擬、激光噴丸成形的數值仿真等方面進行了一系列的探討。胡永祥等［6］對激光噴丸彎曲變形機制進行了試驗和理論分析，結果表明:在不同的工藝參數和加工條件下，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度的降低，彎曲成形能夠從凹變形連續、光滑地轉變成凸變形。雖然國內外對激光噴丸成形進行了大量的研究，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，并進行相關實驗，分析不同HEL的材料所產生的折彎變形角度。

1板材折彎變形

激光噴丸成形是一個以力效應為主導的成形過程。板料彎曲變形的實質是激光脈沖誘導殘余應力使得板料發生變形。因此，在分析激光噴丸板料彎曲變形時，可將激光噴丸引起的殘余應力看作外力，將由殘余應力產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。當外力作用于板材時，原為直線的軸線發生變形成為曲線，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生的彎曲擾度通常小于板材的厚度，所以本文重點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為基礎，其中基本假設主要包括如下4點［7］:①假設板料是均勻、連續的理想彈性體;②假設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;④假定板材在變形過程忽略垂直于中面的法向應力。這些假設在滿足相對工程精度的同時大大簡化了求解過程。而且，采用基爾霍夫假設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。在進行板料彎曲的分析時可以采用與解決材料力學梁純彎曲問題相同的方法。板材的激光噴丸成形其實質是在激光脈沖的誘導應力波的作用下，在材料內部形成不均勻的應力分布，使得板料上產生彎矩，在彎矩作用下產生彎曲變形。每一種材料的HEL不同，在材料內部形成的應力分布也不同，進而產生不同的彎曲變形。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生凹變形，也能產生凸變形，這是由不均勻的應力分布導致的，不同的應力分布又是由材料的HEL不同導致的。不同的材料有不同的HEL，因此在相同條件下，材料會產生不同的變形。

2仿真

2．1有限元分析過程運用ABAQUS建立在相同條件下不同材料的仿真模型，運用顯示分析ABAQUS/Explicit求解模塊，模擬金屬板料成形的過程，得到材料的動態響應。然后將求解結果導入ABAQUS/Standard模塊進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力來源于激光沖擊波的壓力。首先計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］發現，沖擊波持續時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間為脈寬的3倍甚至更多。本實驗采用的激光寬度為8ns，在模擬時將壓力波加載時間設為20ns。計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，不同材料所產生的激光沖擊波壓力也不同。

2．3材料的屈服極限及本構模型在高應變率106s－1下，金屬板料的機械性能將發生改變。特別是板料的彈性模量和屈服強度都會發生不同的變化。所以，本文根據Ballard建立的激光沖擊波加載理論分析模型，定義材料的動態屈服強度。仿真時采用AZ31B和1060Al材料［12］，與實驗一致，并且認為材料各向同性，塑性應變服從VonMises屈服準則。模擬中調用ABAQUS中材料本構模型和失效模型，并考慮應變率的影響。

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

3實驗

實驗路線見圖6。采用3軸聯動工作臺用于精確定位試件的噴丸區域。由于采用不同的約束層(空氣、水)進行實驗，因此在進行水下激光噴丸實驗時還需要水箱。聚焦透鏡焦距為500mm。激光束經透鏡后再經水箱表面方形K9窗口到達試件表面。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)標定。實驗結果在小型工具顯微鏡(JGX－1型)上進行彎曲角度的測量(見圖8)，工具顯微鏡精度為1’。激光噴丸折彎實驗臺架見圖9。兩種材料的折彎變形角度實驗結果見表1。將實驗得到的兩種板材折彎變形角度進行對比后發現: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結果分析

實驗結果和仿真結果表明:材料HEL與材料凹凸變形轉換范圍有關。為了進一步分析這種關系，在相同條件下對ZK60鎂合金和6061－T6鋁合金進行有限元模擬。根據模擬結果繪制在0．2J激光能量下凹凸轉變厚度與材料HEL的關系曲線，見圖10。由圖10可見:在一定激光能量下，材料HEL值越大，凹凸變形轉變厚度值就越小;隨著HEL值的繼續增大，凹凸轉變厚度趨于平緩。因而影響板材凹凸變形轉變機制除了與金屬材料厚度和激光能量有關，還與材料的HEL有關。本研究為給定金屬材料選用合理工藝參數提供了參考。

參考文獻:

［1］王廣龍，周建忠，張興權，等．激光沖擊波技術在金屬表面改性和成形中的應用［J］．農業機械學報，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］．重慶理工大學學報(自然科學)，2014(11):24－31．

［3］周建忠，張永康，周明，等．激光沖擊成形技術的研究［J］．激光技術，2002，26(6):478－480．

［4］周建忠，杜建鈞，黃舒，等．金屬板料的激光噴丸變形理論［J］．材料研究學報，2009，21(6):622－626．

［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值建模與沖擊效應研究［D］．上海:上海交通大學，2008．

金屬材料材質分析范文第2篇

關鍵詞：對流過熱器；金屬材料狀態；監督運行

中圖分類號：C35文獻標識碼： 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

任何設備或部件都具有一定的功能。衡量設備或部件的優劣是看它能否很好地實現規定的功能。設備或部件喪失其規定功能的現象稱為失效。失效分析是分析設備或部件失效的原因，并提出對策，以防止失效再次發生的技術活動和管理活動。

在火力發電廠機組服役期間，金屬部件由于失效造成的損失是驚人的，而導致金屬失效的原因是多方面的。因此通過金屬技術監督、實驗的方法，對使用中的材料特性及失效分析到位，對受監督的部件進行檢測與診斷，及時了解并掌握金屬部件的質量狀況，準確地找出失效的原因，防止機組在設計、制造、安裝中出現的與金屬材料相關的問題，以及運行中材料老化、性能下降等因素而引起的各類事故，從而減少非計劃停運次數和時間，提高設備安全運行的可靠性，延長設備的使用壽命。因此，金屬材料失效分析是火力發電廠一項重要的工作，對電廠安全生產和新技術的產生和發展起著重要作用。

陡河發電廠#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日投入運行。本次實驗取樣管材為對流過熱器管（冷段），取樣管位置為對流過熱器（冷段）左數第26排，前數第一根距下彎一米處；運行溫度525℃，規格Ф42×5，材質12Cr1MoVG。該管段自機組投產以來未進行過更換，累計運行時間約21萬小時，在整個運行過程中，未發現因金屬材料不良引起的重大事故。由于運行時間已經超過20萬小時，為了確實了解與掌握該種管材（12Cr1MoVG鋼）經過長時間運行后組織、性能變化情況，通過對取樣管進行宏觀檢查、材質分析、金相組織、力學性能試驗，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，為能否繼續服役，恰當掌握換管時機以防止管材失效以及舊材料的合理使用提供依據，對保證機組安全、經濟運行具有十分重要指導意義。

2 試驗項目

2.1 外觀檢查

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

（2）氧化皮厚度，向火側0.2mm，背火側0.15mm。

（3）管壁外表面用放大鏡（10x）檢查，未發現表面裂紋。

2.2 蠕脹測量

取樣管材規格Ф42×5，使用游標卡尺對取樣管進行測量，實測直徑為Ф41.9mm、壁厚5.0mm。

2.3 材質分析

取樣管設計材質為12Cr1MoVG鋼。經光譜材質分析確定，管材為12Cr1MoV鋼。

2.4 金相組織（1）向火側金相組織：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3-4級；晶粒度等級：6-7級，見圖1；

圖1 向火側金相組織500×

（2）背火側金相組織：鐵素體+珠光體，珠光體球化等級為2級；晶粒度等級評定：6-7級，見圖2。

圖2 背火側金相組織500×

2.5 機械性能試驗

對取樣的管件試樣背火側及向火側各取兩個標準試樣（縱向），進行機械性能試驗，結果如表1 所示。

表1 機械性能試驗結果

序號 試樣位置 抗拉強度(Mpa) 延伸率(δ)% 備注

標準要求（GB5310-2008） 試驗數據 結果 標準要求（GB5310-2008） 試驗數據 結果

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 檢驗結果分析

3.1 從外觀檢查及查詢運行記錄得知，該管段在運行期間未發生管壁超溫情況，根據中華人民共和國電力行業標準DL/T438-2009《火力發電廠金屬技術監督規程》9.3.12要求，當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；當低合金鋼管外徑蠕變大于公稱直徑的2.5%時，必須進行更換。宏觀檢查發現，表面氧化皮厚度未超標，未發現表面裂紋，未發現管徑脹粗現象，符合規程規定的使用要求。

3.2 材質分析

鍋爐受熱面管設計使用的材料，是根據金屬材料的特性、使用工況及經濟性等多方面因素而確定。金屬材料都有相應的使用溫度范圍，在這一溫度范圍內，這些鋼材可以按其設計使用壽命安全運行。在安裝、檢修等環節中若選用了不符合設計要求的或以不合適鋼材代用，將導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，發生爆管。為確定金屬材料使用是否合理，必須進行材質分析鑒定。取樣管設計材質為12Cr1MoVG。經光譜分析確定，管材為12Cr1MoV鋼，材質符合設計要求。

3.3從金相顯微組織觀察，未發現晶間裂紋，未發現蠕變孔洞。顯微組織變化表明，該管段12Cr1MoVG鋼組織珠光體中碳化物已經產生球化現象，并且向火側珠光體球化程度比背火側材質珠光體球化程度嚴重。

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力作用下，隨時間的延長逐步改變自己的形狀和尺寸而成為球狀的現象。球化后的碳化物繼續增大自己的尺寸，使小直徑的球變成大直徑的球，這就是碳化物的集聚。珠光體的球化的結果使材料的常溫強度及高溫強度顯著降低，包括材料的屈服點、抗拉強度、沖擊韌性、蠕變極限和持久極限各指標全面下降，塑性、韌性變差，材質老化。

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

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

該管段珠光體已經產生球化現象、向火側較背火側材質珠光體球化程度嚴重；根據中華人民共和國電力行業標準DL/T438-2009《火力發電廠金屬技術監督規程》9.3.12要求，金相組織檢驗發現晶間裂紋、珠光體球化達到5級時必須進行更換，但取樣管金相組織狀態未超出標準要求。

3.4 機械性能試驗數據表明，向火側材質老化程度比背火側材質老化程度嚴重；向火測性能試驗數據（抗拉強度(Mpa)570-580）低于背火側（抗拉強度(Mpa)605-620），產生這種情況的原因在于在室溫時，鋼的組織性能是穩定的，但鍋爐受熱面管都是長期在高溫及應力條件下運行，由于原子擴散過程的加劇，鋼的組織將逐漸發生變化，從而引起鋼的性能發生變化。特別是對鋼的高溫強度和塑性產生不利的影響，金屬材料的強度隨著溫度的提高而呈現下降的趨勢。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，金屬強度也因溫度高而低。

根據中華人民共和國電力行業標準DL/T438-2009《火力發電廠金屬技術監督規程》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標準要求時進行更換，試驗數據表明取樣管常溫性能指標未超出標準要求，不需要立即更換。

4 結論

綜合上述試驗分析，參照相關標準、規程的要求，得到以下結論：雖然#6爐過熱器管金相組織已發生明顯珠光體球化現象，并且向火側較背火側球化更為嚴重；向火側比背火側材質老化程度嚴重，力學性能指標較低，但其各項性能指標仍滿足標準規程規定的使用要求；根據實驗結果與分析判斷，該管段在正常運行工況下，可繼續監督運行。

5 建議

（1）根據上面試驗數據分析結果，該管材并沒有達到更換條件，但由于#6爐對流過熱器管（冷段）運行時間已經超過20萬小時，建議加強監督檢查，在今后每次檢修中對過熱器管取樣進行管材使用壽命分析與評估，以達到預防管材失效之目的。

（2）加強鍋爐運行操作管理，嚴格控制運行工況，杜絕超溫、超壓運行。

參考文獻

[1]吳非文. 火力發電廠高溫金屬運行[M]. 北京：水利電力出版社，1979.

[2]胡光立，謝希文. 鋼的熱處理[M]. 西安：西北工業大學出版社，2010.

[3]DL/T 438-2009. 火力發電廠金屬技術監督規程[S]．

[4]DL/T 939-2005. 火力發電廠鍋爐受熱面管監督檢驗技術標準[S]．

金屬材料材質分析范文第3篇

“電廠金屬材料學”與火力發電廠生產實際緊密結合的專業課程，是熱能與動力工程專業的一門必修專業基礎課。通過本課程的學習，使學生掌握金屬材料學的基礎理論和鍋爐、汽輪機以及相關輔機，比如泵、風機、加熱器、除氧器、凝汽器等設備常用的金屬材料及熱處理方法等方面的知識；掌握解決工程實際問題的技能；為學生從事電力行業相關的設計、安裝、檢修工作奠定基礎[1]。

根據我國“十五”規劃教材對工程類應用型本科院校教材的要求，該課程針對熱能與動力工程專業學生的教學課時已經縮短到32學時。鑒于本課程授課內容多、學時少、學生學習難度大、綜合性強的特點，本文分析該課程的教學難點，希望對提高該課程的授課效果有所裨益。

一、教學體系構建與難點分析

首先精選教學內容，這就要求授課教師結合教學大綱要求，一方面照顧知識面的廣度，另一方面要注重基本概念和基本原理的深度。該課程內容以大容量、高參數機組，主要以600MW及以上的火力發電廠主力機組主要設備的金屬材料為主，兼顧300MW的火力發電廠主力機組主要設備的金屬材料。授課時盡可能反映國內外電廠金屬材料的先進的科學技術、新成果。

該課程涉及以前所學的各門專業課程較多，如“工程制圖”、“機械設計基礎”、“工程力學”、“工程熱力學”、“金屬工藝學”等。在講授時幫助學生復習和回憶已學專業知識，比如“碳鋼拉伸試驗”這部分內容時，與“工程力學”課程內容基本相同，不必再次講授，可以減少相關課時。在講授“金屬的晶體結構與結晶” 內容時，有的部分內容在高中曾經學習過，也不必再次講授，可以減少相關課時。還比如教師在講解“模具鋼、切屑用鋼”的教學內容時，由于熱能動力專業的學生將來不可能從事金屬切削加工、模具制造方面的工作，教師可以酌情相應縮減教學時間。

二、知識點的聯系與鞏固

對于熱能動力專業學生學習“金屬材料學”來講，既不是材料專業學生學習“金屬材料學”，也不是機械專業學生學習“金屬材料學”，那么，摸索出一套培養適合熱能動力專業學生學習“金屬材料學”的方法，那就更為重要的。對于熱能動力專業學生學習“金屬材料學”來講，不能過于專業學習金屬材料理論，熱能動力專業學生更多關注熱力系統的熱力計算，對于熱力系統管道的金屬材料的選定不熟悉。針對這種情況，在學習“金屬材料學”時，哪些內容，熱能動力專業學生可以作為一般了解，哪些內容，熱能動力專業學生作為重點掌握，必須給學生明確交代。

“電廠金屬材料”課程并不難學，沒有多少計算題，計算題也沒有積分和求導。“電廠金屬材料”課程只有一個定律，即杠桿定律。但是“電廠金屬材料”課程理論性強，規定條文多，需要記憶的概念多，有時一個概念套著另一個概念。相當于英語語法中的一個從句套著另一個從句。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，各個知識點串聯起來，從而達到融會貫通，使學生加深理解和記憶。

教師在講授“電廠金屬材料學”開始時，為了提高學生的學習興趣和愛好，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、長信宮燈等國家級青銅器出土文物，從一方面反映，我國的冶煉技術歷史久遠，冶煉技術水平精湛，從另一個方面反映我國悠久歷史和燦爛的文化。

為了提高學生的學習興趣和愛好，教師可以提出與金屬相關的中國成語，學生加以補充。比如：金戈鐵馬、枕戈待旦、刀槍入庫，馬放南山、趁熱打鐵、點石成金、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。

為了提高學生的學習興趣和愛好，教師可以向學生提出一些問題，比如：我們在日常生活和學習中，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”課程有頭重腳輕的感覺。比如“鐵碳合金相圖”內容非常重要，是金屬材料學的重要基礎理論，由于理論理解難度大，學生學習感覺有些吃力，教師需要增加課時。本課程圍繞“鐵碳合金相圖”進行，所以要求學生必須掌握鐵碳合金相圖，必須徒手繪畫，掌握各點、線和相區的物理意義。

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

教師在講授“鑄鐵”內容時，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。“鑄鐵鍋爐”，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。“鑄鐵式省煤器”用于非沸騰式鍋爐，適合中小型鍋爐。

還可以介紹“城鎮供熱管網設計規范”CJJ34的相關內容。比如“室外采暖計算溫度低于-10℃地區露天敷設的熱水管道設備附件均不得采用灰鑄鐵制品；室外采暖計算溫度低于-30℃地區露天敷設的熱水管道，應采用鋼制閥門及附件，蒸汽管道在任何條件下均應采用鋼制閥門及附件。”

在講授“不銹鋼”的章節內容時，介紹高純氣體管道選材的有關規定，比如：“氣體純度大于或等于99.999%，露點低于-70℃，應采用內壁電拋光低碳不銹鋼管EP。閥門應選用同等級的隔膜閥或波紋管閥。”“氣體純度大于99.99%、小于99.999%，露點低于-60℃，應采用BA管或EP管。閥門宜采用波紋管閥。”還可以介紹醫用氣體管道選材的有關規定，“醫用氣體的管材均應采用無縫銅管或無縫不銹鋼管。其中無縫不銹鋼管的材質性能不應低于0Cr18Ni9奧氏體。”“醫用氣體閥門應使用銅或不銹鋼材質的等徑閥門。”“無縫不銹鋼管、管材和醫用氣體低壓軟管潔凈度應達到內表面碳的殘留量不超過20mg/m2。”

“金屬材料學”與“金屬工藝學”密不可分。一般地，熱能動力工程專業沒有設置“金屬工藝學”課程，那么需要補充一些“金屬工藝學”課程相關的知識，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優質碳素鋼制造，通常用于工作壓力不超過1.6 MPa，介質最高溫度不超過200℃凝結水管道中。

在講授“軸承合金”內容時，聯系相關汽輪機運行常見故障，比如：若汽輪機轉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，使轉子產生較大軸向位移，造成汽輪機的嚴重事故。比如，講到“錫基軸承合金”時，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，同時介紹云南個舊是中國最大錫礦產地等。

在講授“汽輪機用鋼”內容時，提高汽輪機單機最大功率的措施之一是采用高強度、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%，而其屈服強度σ0.2=550MPa，使用這些材料均可使汽輪機末級葉片高度增加，從而增大極限功率。

在講授“有色金屬及其合金”內容時，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，防止堿對管道的腐蝕。由于電阻率低的特點，銅及銅合金作為導體使用。管壁導熱率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熱管，采用鋁材作為翅片。

在講解電廠金屬材料后，教師有時間情況下，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。擴大熱能動力學生知識面，以適應將來工作需要。

三、授課的幾點體會

根據培養方案的要求，“電廠金屬材料學”教學課時已經縮短到32學時，在這么短的時間內，學生不可能成為金屬材料學方面專家，也不可能辦到。那么，學習這門課程的最終目的就是，要求熱能動力的學生達到自己學會“查工程師手冊”，教會學生使用選擇需要的金屬材料的牌號的方法。受人之魚不如受之以漁，適應將來的工作需要。

選用金屬材料總原則，在滿足工程實際使用要求的前提下，盡可能選擇價格低的金屬材料，盡可能選擇常用的金屬材料，性價比高的金屬材料，哪些材料是常用的金屬材料，便于采購的金屬材料。比如火力發電廠冷卻水水質是選擇表面式雙流程凝汽器管材的主要依據，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，可以在受污染的海水中使用，但價格較貴。不銹鋼管耐腐蝕性，抗沖擊腐蝕的性能優于黃銅管，但價格較高，隨著需求和產量的提高，價格可以降下來。由于表面式雙流程凝汽器用量非常大，數量達到Ф18內徑4500根，考慮滿足使用要求的前提下，盡量選用價格較低，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總原則這條主線，理論和實際相結合，理論應用到實踐中去，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，與選取傳感器型號類似[3]。要求學會金屬材料應用就可以，金屬材料牌號多。根據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、擴建機組向大機組、大容量方向發展，這些機組均是超臨界、超超臨界的高參數。大量新技術、新材料、新工藝被廣泛應用，由于我國的冶煉技術和工藝制造技術還比較落后，需要引進大量國外材料和工藝技術。教師在講授“合金鋼的分類”內容時，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，比如美國、日本、德國、俄羅斯、法國常用的合金鋼的牌號，與我國合金鋼相應鋼號對比。

隨著全球科技的迅猛的發展，授課的內容也要與時俱進，如果還沿襲教材的內容按部就班的授課，那就落后與時代的發展了。在各個章節中盡量多地介紹前沿性研究方向，開闊學生眼界、拓展思路。比如向學生們介紹“金屬學報”、“新金屬材料”等雜志，國內外的前沿技術，新技術、新工藝等。

金屬材料材質分析范文第4篇

【關鍵詞】 稀土元素金屬材料作用機理

稀土元素在當前新能源技術的發展中有著重要的作用,尤其是在金屬材料的運用中能有效降低硫含量,并且能徹底改變雜物形態。在稀土元素的整體作用分析中,通過技術的改進措施,充分發揮稀土元素在金屬材料中的凈化作用、吸收作用等,形成整體的機理及功能運用模式。因此,要整體分析稀土元素與金屬材料的融合性,在整個技術運用的過程中,通過對稀土元素在金屬材料中的機理的全面分析,尤其是突出在化學效應、作用發揮等多方面的整體機能,更好的推動稀土元素的作用。在實際的操作過程中突出稀土元素的化學原理,構建更為有效的稀土元素運用機制,形成高標準的機理效能,充分發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世紀末葉開始陸續發現,當時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個元素密切相關的元素——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它們的原子結構相似;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它們在自然界密切共生。

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,性質極為相似,常見化合價+3,其水合離子大多有顏色,易形成穩定的配化合物。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,由于熔點較低,在電解過程可呈熔融狀態在陰極上析出,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主要的功能運用,作為稀土原子的整體效能是一個不容忽視的問題,在晶界上的偏聚形成于其他元素相融合的方式,這樣就會產生晶界的結構以及化學成分等多方面的改變,形成不同元素的擴散效果,最終導致鋼組織發生性能的變化。在這些稀土元素與鋼結構的整體融合中,形成不同的鋼結構模式,在冶煉方法上也會有不同稀土加入的方法,形成很大的差異,這些稀土強化的作用,阻礙整個晶間裂縫的形成,并出現相應擴展現象,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態結晶,對于其中的微量元素具有很大的促進效果,并在溶解的稀土作用下,從而有效改變滲碳體組成以及結構的物理球化、細化等效果。

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行有效的綜合作用,尤其是在與鋼結構中的磷、砷、錫、銻、鉍等一些低熔點、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的化合物,并且還能抑制這些有害物質在晶界的偏離效果。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,可以生成高熔點的金屬化合物,這些稀土元素就會不溶于鋼中,并產生在爐渣之中,從而起到凈化的作用。有效減少在鋼結構中的雜質,有效避免熱脆性現象的發生。其中,對于稀土元素的脫硫、脫氧效果,可以從大量的研究數據中得到證實:鋼中氧、硫含量在一定范圍內,鋼液中加入稀土時,極易生成稀土的氧硫化物。尤其是鋼結構中在一定范圍內加入稀土,就會容易生成稀土的氧化物質,譬如鋼中的氧、硫等含量在一定范圍內上升的情況下,尤其是在鋼中含氧量逐漸下降到201ppm以下時,就會形成RE203S型夾雜物,而后形成RE3S4或RES型的硫化物。這些物質就可以有效的包裹在氧硫化物的表層,在經過組成復合夾雜物或稀土硅酸鹽化合物的情況下,就會產生熔點高、性能穩定、球狀物質較多的鋼化液體,稀土元素在鋼中的作用通過硫化物的形態進行全面控制,從而達到最佳的效果。其次,還可以發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上,形成一些儲氫材料,將稀土元素融入這些鋼結構之中,從而有效的移植鋼中氫引起的脆性以及相應的白點,從當前的相關研究表明來看,稀土元素可以有效降低氫的擴散效果,能有效抑制鋼的氫脆作用。同時,稀土元素在金屬材料中還可以有效起到控制整個效果的運用,在鋼結構的設計中,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成的粉劑,在此基礎上提高鋼的強度與韌性,有效降低脆性在溫度中的轉變,從而更好的提升金屬材料的持久性。并可以提高結晶界對位錯運動的相應阻力,提高剛性的疲勞性能,可以有效提升氧化鋁夾雜轉為球狀機能的技術水平,全面發揮鋁酸稀土的整體效果,從而構建良好的運行模式。

2.3 稀土在對鋼材性能的影響

從目前稀土元素發展來看,目前主要開采的稀土品種在鋼中的運用相對較多,尤其是出現了稀土泥重軌、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要素。在當前的技術運用下,稀土元素可以有效提高這些鋼結構的耐鋼性能,增強不銹鋼的抗腐蝕效果,并且可以增強鋼結構的抗氧化性能,提升整體的高溫強度。在具體的運用中,可以結合彈簧鋼、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,增強金屬材質的耐磨性。在無縫管金屬材質中融入一定的稀土元素,可以增強無縫管的橫向沖擊韌性,實現這種韌性的整體功能,并促進其他性能的整體提升,從整體作用來看,這些性能的出現,有利于提高整個管材的使用效果,增強抗腐蝕性的整體功能。

3 探討稀土元素在金屬材料中的機理

金屬材料材質分析范文第5篇

【關鍵詞】金屬材料；焊接缺陷；防止方法；機械制造；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接金屬材質不可缺失焊接，它是必備的流程。機械制造中常用焊接，焊接得到可用的金屬。然而檢測獲取的數值表明：超出40%現有的配件缺陷都被歸結為焊接缺陷。焊接配件附帶的接頭很難規避細微的裂痕、小孔以及夾帶的焊渣。查驗焊接的缺陷，便于及時著手去調控。確保配件彼此的整合，清除附帶的冗余焊渣、其余的雜物等。要調控適宜的電流速率，注重密閉配件銜接之處。唯有注重細節，才能全方位規避缺陷。

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。針對于母材類，若起初焊接并不透徹，材質將不會熔化，金屬沒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，沒能慎重地調控它的間隔；偏心度缺失了精準性，布設焊條有著偏差；電流強度偏低，沒能吻合設定好的熔深；母材根部夾帶著細微的雜物。焊接若沒能透徹，將縮減焊縫占到的總面積，接頭缺失了穩固性，焊縫很難長時段承載負荷。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力，很難提升本體的荷載。

1.2含有細微的裂痕。

（1）焊接得出的金屬常常存有細微裂痕，是常見的缺陷。結晶金屬經由焊接而被變更為后續的固態，轉化流程增添了裂痕。焊接終結之后，短時段內將會凸顯裂紋。裂紋被布設于熔合線條之內，母材邊界也會包含，冷熱雙重的焊接之下將會帶來裂痕。

（2）詳細來看，結晶帶來偏熱態勢下的裂痕，它起始于偏析的位置。熔池留存了晶體雜物，它們有著熔點偏低的特點，凝結點也很高。遇有外來的應力，晶體將會被拉伸，內部附帶了裂紋。與之相應，焊接流程終結以后才會增添冷裂痕。配件被焊接完畢，內部后期將延展紋路。焊接后幾分鐘，甚至一天以內都被歸入產生裂紋的時段。冷裂紋毀損了本體的構架，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，就會帶來夾渣。夾渣毀損了原本致密的焊縫，縮減它的強度。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；坡口被設定得過小，經由的電流偏小，設定了起初的過快焊接；焊條表現出偏酸性，偏小電流之下這類焊條會附帶著糊渣，干擾著后續的焊接。然而，即便選取的焊條傾向于堿性，若設定了偏差的電弧及極性，也將帶來夾渣狀態。此外，焊條如果偏芯，夾渣很易形成。

1.4咬邊及內在氣孔。

在邊緣之處焊縫殘存了凹凸，它們被看成咬邊。這是由于經由的總電流是偏大的，焊條提快了移動速率。此外，設定了偏長的電弧，焊絲布設了不適宜的方位角，都會添加焊縫內的不平。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這樣的咬邊。后續添加進來的額外金屬沒能填充凹陷，咬邊縮減了截面之處的有效接頭，聚集了凸顯的過大應力。為此，受力類的配件不準凸顯咬邊。焊接氣孔含有內外在的雙重氣孔，接頭及表層都會附帶氣孔。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。若選取了低氫類的焊條，氣孔產生于偏快的速率、過長電弧總量、偏高的自動電壓。氬弧焊更易附帶潛在的氣孔，若沒能及時排掉它們，這類氣孔將埋設于配件內。氣孔縮減了本體強度，金屬不再十分致密。

1.5其余常見缺陷。

金屬焊接若沒能達到預設的化學成分，將干擾焊接總的進程，也會造成缺陷。焊縫內在組織沒能吻合要求，減小了應有的力學特性，接頭可以耐住的腐蝕會縮減。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壓力，配件將會碎裂。

2. 防控各類的缺陷

伴隨技術進展，焊接被用于多重的現有領域，拓展了它的運用范疇。平日生產不可脫離金屬類的材質，搭配的焊接類手段也被更新。焊接中的弊病增添了后續危害，甚至威脅安全。為了規避復雜流程中的焊接弊病，要擬定更為科學的焊接步驟。采納焊接類的新穎技術，提升焊接得出的配件質量，這樣做不僅防控了焊接隱患，也協助把控了多重的產出流程。

2.1針對于配件的裂痕。

依循焊接擬定的流程慎重操控，把控關聯著的多重環節。焊接流程應被設定得更適當，選購最優的焊條。要辨識焊條本體的酸堿性，選購進來的焊條應被安放于預備好的保溫箱，隨時予以調取，這樣做規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，去除殘存于此的油漬、水漬以及銹蝕。可選取小電流，細分多重的焊接層次。設定更多現有的焊道，規避彼此銜接的微小裂紋。妥善調控焊縫的形態，縮減額外的總體應力。

2.2針對熔合不透徹。

焊接先要設定最佳的尺寸、坡口的角度等，依照設定出來的直徑來篩選焊條，選出來的焊條要確認是適當的。焊接進行中，隨時查驗經由的電流、各時點的焊接速率。輕微擺動焊條，熔合步驟之內要查驗雙側變更的焊條狀態。依循精準的技術規程予以操控，執行焊接規程。

2.3針對于夾渣。

若選取的焊條偏重酸性，要提升電流；若偏重于堿性，則要調控現有的電弧總長，電弧不可過長。這是因為，偏長電弧將引發凸顯的夾渣狀態。此外，確認坡口應有的角度，在可調控范疇之內調節速率，不要過快去焊接。杜絕夾渣的弊病要強化日常流程的焊接培訓。把控焊接的分支流程，自覺去查驗擬定好的焊接步驟。經由培訓流程后，焊工才可進到接續的焊接步驟。

2.4其他防控的路徑。

隨時辨識周邊潛在的環境偏差，調控溫濕度等。例如：若測得了現有溫度在0℃以下，則要填補必備的熱能，確保配件最適宜的溫度。要專設清潔區，定時去填補配件的凹凸，嚴格各時段內的查驗。打磨鎢絲燈時，應當把控角度，確認最佳的停留時段。管路之內不可透過氣流，應當阻塞這樣的管路頂部。施工場地增設定時通風，維持最優的濕潤。此外，妥善填充氬氣，增添焊接中的安全保障。

3. 修正細微的缺陷

3.1對于焊瘤予以修正。

焊接某一配件會凸顯焊瘤或外形存有細微的尺度差值，這是由于運條缺失了勻稱性，熔池測得了偏高的總體溫度。在熔池的內部，液體金屬慢慢就被凝固，而后慢慢墜落下來。這樣一來，焊縫表層將表現出金屬焊瘤。若擬定了偏大的弧長或經由的電流太大，也會突發焊瘤狀態。弧坑根源于偏短的熄滅時間，焊接很易被阻斷。初期設定了較大的經由電流，表層就不會維持著平整。如果存在焊瘤，縮減了配件應有的美感，表面將帶來夾渣。弧坑伴隨著更多的氣孔、配件的裂痕等，削減了縫隙強度。為此，仰焊要側重去調控電流，電流要被縮減成90%，至少不應超出平焊流程內的電流。調控熔池本體的溫度，焊條若呈現出堿性，還要選取短弧來銜接它們。運條應能確保勻稱，在某一時段內，焊條可以適當予以停留。

3.2阻止裂紋的延展。

裂痕是很危險的，如果裂痕被延展，將阻礙長久的焊接進展。若查出了延展的裂痕，先要辨識它的兩端深度，在這樣的基礎上再去清除表層雜物，可選取風鏟以便清除潛藏的裂痕。具體操作中，先要打出雙側的止裂孔，阻止裂痕接著延展。可設定10毫米特有的鉆頭直徑，鉆孔得出的深度應能超出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，直到消除了現有的裂痕。兩側被整平后，再除掉完整的裂痕。消除缺陷以后，要填補必備的坡口，妥善進行補焊。有些情形下，很難發覺內在的微小氣孔。一旦確認存有氣孔，則要立即去清除。先要形成坡口，而后依循設定的規程來焊補。

3.3補焊時的側重點。

補焊可選較小的、平穩狀態下的電流，補焊要設定很多道。不可選取偏大的這種電流來補焊。補焊若針對剛性配件，那么補焊得出的這類配件還要經由錘擊，確保它的穩固。起初及終結時的弧形應被彼此錯開。若測得了偏低的現場溫度，則增設預熱以便防控配件的裂開。針對查驗得出的某一缺陷應確保一次補焊，不可以突發中斷。

4. 結語

焊接金屬依循了多步驟，復雜流程之內也暗藏多樣的缺陷。金屬被焊接時，焊縫常常沒能被銜接牢固。此外，缺失了查驗及管控，也將添加材質的缺陷。受到時間約束，缺失了細微的查驗，才會增添潛在漏洞。消除焊接的缺陷，要提早去識別它們，辨識多重的細節隱患。依循擬定的規程慎重查驗金屬配件，提升焊接的總質量。

參考文獻

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