材料基础知识
一、金属材料的性能：
包括使用性能和加工工艺性能两个方面。
⒈使用性能——金属材料在使用条件下所表现的性能。它包括材料的物理、化学和力学性能。
⑴物理、化学性能——密度、熔点、导热性、导电性、热膨胀性、磁性、抗氧化性、耐腐蚀性等。
⑵力学性能——是指金属在外力作用下所显示与弹性和非弹性反应相关或涉及应力-应变关系的性能，或金属在外力作用时表现出来的性能。它是反映金属抵抗各种损伤作用能力的大小，是衡量金属材料使用性能的重要指标。力学性能指标主要包括强度、塑性、韧性、硬度和断裂力学等。
⒉加工工艺性能：材料承受各种冷、热加工的能力。
⑴冷加工：切削性能等。
达到规定的几何形状和尺寸，公差配合，表面粗糙度等的要求。
⑵热加工：铸造性能、压力加工性能、焊接性能、热处理等。
（液态成形）（塑性变形） （连接） （性能潜力）
二、影响金属材料性能的因素：
化学成分、组织结构及加工工艺等的影响。
⒈化学成分
⑴含碳量C%增加，则强度、硬度提高，而塑性、韧性下降。
⑵合金元素各有不同的作用：
Mn增加可提高强度（但应控制<1.9%），强化元素。
V、Ti、Nb等元素可以细化晶粒，提高韧性及材料致密度。
Mo提高钢的热强性能、在高温时保持足够强度、细化晶粒，防止钢的过热倾向。
Cr、Ni提高钢的热强性能、高温氧化性和耐腐蚀性。
⑶有害元素：P、S
形成低熔点化学物，导致热脆性和冷脆性，使塑性、韧性下降。
⑷微量元素Re、稀土元素，综合力学性能有所提高。
⒉组织结构、晶粒度及供贷状态等。
①常见的显微组织：
奥氏体（A）——强度硬度不高，塑性韧性很好，无磁性。
铁素体（F）——强度硬度低，塑性韧性好。
渗碳体（Fe3C）——硬而脆，随C%增加，强度硬度提高，而塑性韧性下降。
珠光体（P）——性能介于F与Fe3C之间。
马氏体（M）——具有很高的强度和硬度，但很脆；延展性差，易导致裂纹。
魏氏组织——粗大的过热组织，塑性韧性下降，使钢变脆。
带状组织——双相共存的金属材料在热变形时沿主伸长方向呈带状或层状分布的组织。
②晶粒度：常见1～8级。8级细小而均匀、综合力学性能好。
③热轧、调质、正火状态供货，以正火状态组织性能最好。
⒊加工工艺对组织性能影响
冷作变形会带来纤维组织、加工硬化及残余内应力。
热变形会提高材料塑性变形能力及降低变形抗力。
三、金属材料性能方面的名词术语：
⒈强度——金属抵抗永久变形和断裂的能力。常用的强度判据如屈服强度、抗拉强度。
①屈服强度——当金属材料呈屈服现象时，在试验期间达到塑性变形发生而力不增加的应力点。
上屈服强度ReH、下屈服强度ReL。
②抗拉强度——试样在屈服阶段之后所能抵抗最大应力。Rm
2、塑性——断裂前材料发生不可逆永久变形能力。常用的塑性判据是伸长率A和断面收缩率Z。
①伸长率——原始标距的伸长（Lu-Lo）与原始标距（Lo）之比的百分率。
断后伸长率Lu-Lo为断后标距的残余伸长。
②断面收缩率——断裂后试样横断面积的最大缩减量（So-Su）与原始横截面积（So）之比的百分率。
⒊冷弯性能——用于衡量材料在室温时的塑性。
是焊接接头常用的一种工艺性能试验方法，它不仅可以考核焊接接头的塑性，还可以检查受拉面的缺陷，分面弯、背弯、侧弯三种。
⒋韧性——金属在断裂前吸收变形能量的能力。
金属的韧性通常随加载速度提高、温度降低、应力集中程度加剧而减小。
冲击韧度(冲击值)——冲击试样缺口底部单位横截面积上的冲击吸收功。
⒌蠕变——在规定温度及恒定力作用下，材料塑性变形随时间而增加的现象。
①蠕变极限——在规定温度下，引起试样在一定时间内蠕动总伸长率或恒定蠕变速率不超过规定值的最大应力。
②持久强度——在规定温度及恒定力作用下，试样至断裂的持续时间的强度。
⒍疲劳——材料在循环应力和应变作用下，在一处或几处产生局部永久性累积性损伤，经一定循环次数后产生裂纹或突然发生完全断裂的过程。
①高周疲劳——材料在低于其屈服强度的循环应力作用下，经105以上循环次数而产生的疲劳。
②低周疲劳——材料在接近或超过其屈服强度的循环应力作用下，经102～105塑性应变循环次数而产生的疲劳。
③热疲劳——温度循环变化产生的循环热应力所导致的疲劳。
④腐蚀疲劳——腐蚀环境和循环应力（应变）的复合作用所导致的疲劳。
四、金属材料分类(以钢材为主)：
1、按化学成分分类：
①碳素钢：简称碳钢。除铁、碳外主要含有少量Si、Mn及P、S等杂质，这些总含量不超过2%，按含碳量不同分为：
低碳钢——含碳量小于0.25%
中碳钢——含碳量等于0.25%～0.6%
高碳钢——含碳量大于0.6%
②合金钢：碳钢所含元素外，还含有其它一些合金元素：Cr、Ni、Mo、W、V、B等，按合金元素含量不同分类：
低合金钢——合金元素含量小于5%
中合金钢——合金元素含量等于5%～10%
高合金钢——合金元素含量大于10%
⒉按用途分类：
①结构钢——碳钢、低合金钢等。
②工具钢
③特殊用途用钢——不锈钢、耐候钢、耐热钢、磁钢等。
⒊按冶炼中的脱氧方式分类：
①沸腾钢 F
②镇静钢 Z
③半镇静钢 b
④特殊镇静钢 TZ
⒋按品质分类：P、S杂质含量分类：
①普通钢
②优质钢
③高级优质钢 A
④特级优质钢 E
举例说明： Q235-A·F， 16MnR， 0Cr18Ni9
Q235-B
Q235-C
Q235-D
五．特种设备对材料方面的要求：
主要包括低碳钢、低合金钢、耐热钢、低温钢、不锈钢等。
⒈使用条件（服役条件）——设计温度、设计压力、介质特性和操作要点等。
①设计温度——选材类别及[б]t。
②设计压力——受压元件厚度。
③介质特性——选材类别。
④操作要点—频繁启动，疲劳作用等—选材类别及状态。
⒉材料的焊接性能：焊接性良好。
⒊制造工艺要求：冷、热加工能力，设备、设施、热处理能力等。
⒋经济合理性。
六．特种设备常用材料标准：
①钢板：
GB/T 699-1999 优质碳素结构钢
GB/T 700-1988 碳素结构钢
GB 3274-1988 碳素结构钢和低合金结构钢热轧厚钢板及钢带
GB/T 710-1991 优质碳素结构钢热轧薄钢板和钢带
GB/T 711-1988 优质碳素结构钢热轧厚钢板和宽钢带
GB/T 912-1989 碳素结构钢和低合金结构钢热轧薄钢板和钢带
GB/T 713-1997 锅炉用钢板
GB/T 13237-1991 优质碳素结构钢冷轧薄钢板和钢带
GB 6654-1996 压力容器用钢板
GB 4237-1992 不锈钢热轧板
GB 3280-1992 不锈钢冷轧板
GB 4238-1992 耐热钢板
GB/T 3531-1996 低温压力容器用低合金钢板
YB（T）40-1987 压力容器用碳素钢和低合金厚钢板
YB（T）41-1987 锅炉用碳素钢及低合金厚钢板
②钢管
GB/T 8163-1999 输送流体用无缝钢管
GB 3087-1999 低中压锅炉用无缝钢管
GB 5310-1995 高压锅炉用无缝钢管
GB 6479-2000 高压化肥设备用无缝钢管
GB/T 9948-1988 石油裂化用无缝钢管
GB/T 13296-1991 锅炉、热交换器用不锈钢无缝钢管
③焊接材料：
GB/T 983-1995 不锈钢焊条
GB/T 984-1985 堆焊焊条
GB/T 5117-1995 碳钢焊条
GB/T 5118-1995 低合金钢焊条
GB/T 14957-1994 熔化焊用钢丝
GB/T 14958-1994 气体保护焊用钢丝
GB/T 5293-1999 埋弧焊用碳钢焊丝和焊剂
GB/T 8110-1995 气体保护电弧焊用碳钢、低合金钢焊丝
GB/T 12470-1990 低合金钢埋弧焊用焊剂
GB/T 17854-1999 埋弧焊用不锈钢焊丝和焊剂
GB/T 10045-1988 碳钢药芯焊丝
GB/T 17493-1998 低合金钢药芯焊丝
④锻件：
JB 4726-2000 压力容器用碳素钢和低合金钢锻件
JB 4727-2000 低温压力容器用低合金钢锻件
JB 4728-2000 压力容器用不锈钢锻件。
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