单元机组运行原理课件金属性能

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1、第二章金属材料的高温特性2-1金属材料的机械性能一、强度金属在受力时抵抗破坏的能力称为材料的强度。有抗拉、抗压、抗弯、抗扭强度等指标。可用极限应力值表示。σe——弹性极限，不产生永久变形，所能承受的最大应力，。σs——屈服极限，不增加负荷，变形增加的最小应力，。σb——强度极限，金属发生破坏时承受的最大应力，。本文档由知识社http://www.zhishishe.com分享二、塑性应力超过屈服点后，材料产生永久变形而不发生断裂破坏的能力。可以用延伸率和断面收缩率来表示。δ=%ψ=%三、硬度材料抵抗硬的物体压入其表面的能力，常用布氏硬度和洛氏硬度

2、两种表示方法。四、冲击韧性定义：抵抗冲击负荷的能力。2-2金属疲劳1．定义金属材料在交变应力（随时间作周期性改变的应力）的长期作用下发生断裂破坏的现象称为金属疲劳。金属疲劳最易发生在做旋转或往复运动的承载部件上，如汽轮机的转子、叶片等。2．疲劳破坏的特征由于频繁的设备启、停，变负荷运行时压力和温度的变化和波动，因此疲劳破坏的特点是突然性的。3.疲劳的分类按照试验破坏前经历的负荷循环周期的多少分为：高周期疲劳:周期>小时例如：热疲劳低周期疲劳:周期<小时例如：腐蚀疲劳4.疲劳产生的原因一般认为在交变应力作用下，虽然应力小于强度极限，但由于金属材料表

3、面或内部有毛刺、划痕及夹杂等缺陷，造成应力集中而导致微裂纹，由此造成疲劳源，在交变应力的长期作用下裂纹逐渐扩展，直至破坏。5.疲劳极限金属材料承受疲劳的能力可以用疲劳极限衡量。。6．影响疲劳极限的因素⑴内在因素：材料本身的强度、塑性、组织结构、纤维方向、内部缺陷等，材料的强度和塑性越好，抗疲劳断裂的能力越大。⑵外在因素：零件的工作条件、表面光洁度等。内部有夹杂、表面光洁度低，有刀痕和磨痕，都可以引起应力集中而使疲劳极限下降。另外，在酸性、碱性、盐的水溶液等腐蚀性介质中长期工作的金属制品，表面会发生腐蚀，腐蚀产物嵌入金属内，会造成应力集中而使疲劳极

4、限下降。150电厂1＃机转子裂纹A处形貌照片1＃机转子裂纹B、C处形貌照片1＃机转子裂纹D、E、F、G、H、I、J处形貌照片2-3金属蠕变1.金属的蠕变现象金属在高温条件下工作，虽然受到的热应力较小，但长期在该应力的作用下，也会发生缓慢的但是连续的塑性变形。金属在一定的温度和压力下，随时间的延续所发生缓慢的连续的塑性变形现象称为蠕变现象，金属的变形称为蠕变。不同的金属材料，开始发生蠕变的温度各不相同，速度也不相同，且温度越高，蠕变现象愈显著，普通碳素钢约在200～350℃,合金钢则在400℃以上。电厂热力设备中，长期工作在高温下的过、再热器管道等

5、都会发生蠕变现象，严重时会造成管壁变薄，强度下降，最后引起爆管破坏。引起蠕变的应力可能是一种，也可能发生在复杂的应力下，多数情况下，引起蠕变的应力主要是由于拉应力。2．蠕变过程（曲线）金属蠕变时，其变形（ε）与时间（τ）的关系曲线称为金属的蠕变曲线。典型的蠕变曲线如图2—3所示，大致可以分为四个部分：①瞬时变形oa开始加载后的瞬时变形，如果加载力超过金属在该温度下的弹性极限，变形则包括弹性变形和塑性变形。②第一阶段ab特点：减速阶段，变形速度逐渐下降。③第二阶段bc特点：稳定阶段，变形速度保持平稳。④第三阶段cd特点：加速阶段，直至材料发生破坏。

6、3.应力与温度对蠕变的影响不同材料在相同条件下蠕变曲线不同，同一材料随着应力与温度的不同，蠕变曲线也不相同。从图2-4中可以看出，应力与温度对蠕变的影响相类似，相同温度下，材料蠕变的第二阶段，随着应力的增大而缩短，应力越大，蠕变速度越大，应力越小，第二阶段持续时间越长，甚至不出现第三阶段。蠕变直接影响到零部件的寿命，因此，运行时不允许有较大的变形量，对蠕变变形量有严格的要求。因此，对这些部件进行强度计算时，要以蠕变极限作为强度计算指标。4．蠕变极限试件在一定温度下，在规定时间内，产生小于某规定值的蠕变变形量或蠕变速度时的最大应力称为蠕变极限。用或

7、表示。式中：σ—应力，Mpa,t—工作温度，℃—持续时间，h—变形量，%—变形速度，%例：表示试件在700℃，持续时间为10000h，产生的变形量为1%时，能承受的最大应力。5．持久强度试件在某一温度下，在规定时间内，引起断裂的最大应力值称为持久强度。=30Mpa，表示在700℃时，持续时间为100h，持久强度为30MPa。以上二种指标都能反映金属材料的高温性能，但侧重点不同。蠕变极限以材料变形为主，如汽轮机叶片，只允许产生一定的变形，设计时必须考虑蠕变极限。持久强度对材料变形要求不严格，如锅炉受热面管子，要求运行中不发生爆管即可，以持久强度作为

8、高温强度的性能指标。6．影响蠕变的因素通常认为蠕变取决于合金的化学成分、冶炼工艺、晶格大小及工作温度等。①化学成分普通碳钢抗蠕变性能较差