1、一、金属的机械性能一、金属的机械性能 2 2 二、金属的化学性能二、金属的化学性能 7 7 三、破坏性试验三、破坏性试验 12 12 四、概述四、概述 2727 一、金属的机械性能一、金属的机械性能我们将讨论金属的一些重要的机械性能；这里我们将讨论金属的一些重要的机械性能；这里的讨论限于以下五种性能：的讨论限于以下五种性能：强度强度 延展性延展性 硬度硬度 韧性韧性 疲劳强度疲劳强度1.1.强度强度强度强度 :“材料能够承受所加载荷的能力材料能够承受所加载荷的能力”。有很多种强度，每一种都取决于这一载有很多种强度，每一种都取决于这一载荷是如何施加到材料上的，如荷是如何施加到材料上的，如:拉伸强
2、度，拉伸强度，剪切强度，抗扭强度，冲击强度和疲劳强剪切强度，抗扭强度，冲击强度和疲劳强度。度。拉伸强度拉伸强度被描述为当金属承受张力或拉力载荷而被描述为当金属承受张力或拉力载荷而不失效的能力。不失效的能力。拉伸强度通常以两种不同方式描述。所拉伸强度通常以两种不同方式描述。所用的术语是最大的拉伸强度和屈服强度。用的术语是最大的拉伸强度和屈服强度。p4of29p4of29图图6.26.2一些金属的机械性能一些金属的机械性能延展性延展性延展性是材料在承受载荷而没有失效情况下变形或伸延展性是材料在承受载荷而没有失效情况下变形或伸长的能力。长的能力。它可能影响到金属在受载下是慢慢失效还是突然失效。它可能
3、影响到金属在受载下是慢慢失效还是突然失效。如果金属有高的延展性，它通常会慢慢地断裂。如果金属有高的延展性，它通常会慢慢地断裂。金属的延展性直接与其温度有关。当温度上升时，金金属的延展性直接与其温度有关。当温度上升时，金属的延展性会增加。当温度下降时，延展性会减小。属的延展性会增加。当温度下降时，延展性会减小。具有高延展性的金属可以称为韧性材料，低延展性金具有高延展性的金属可以称为韧性材料，低延展性金属可称为脆性材料。属可称为脆性材料。轧制金属，在材料的横向，相对于轧制方向的性能，轧制金属，在材料的横向，相对于轧制方向的性能，强度要降低强度要降低30%30%，延伸性要减少，延伸性要减少50%50
4、%。在厚度方向，其。在厚度方向，其强度和延伸性甚至更低。强度和延伸性甚至更低。上述所涉及的三个方向的每一个都分配了一个识别字上述所涉及的三个方向的每一个都分配了一个识别字母。轧制方向是母。轧制方向是X X，横向是，横向是Y Y，厚度方向是，厚度方向是Z Z。 硬度硬度它被定义为一材料抵抗压痕或侵它被定义为一材料抵抗压痕或侵入的能力。入的能力。对于碳钢，硬度和强度是直接相对于碳钢，硬度和强度是直接相关的。当强度增加，也硬度随之增关的。当强度增加，也硬度随之增加，反之亦然。加，反之亦然。P5of29P5of29图图6.46.4所示是通常使用的硬度试验的压头以所示是通常使用的硬度试验的压头以及产生的
5、压痕形状及产生的压痕形状韧性韧性韧性是材料光滑无缺口时吸收能量的能力。金韧性是材料光滑无缺口时吸收能量的能力。金属的韧性是在某温度下确定的。没有试验温度属的韧性是在某温度下确定的。没有试验温度的韧性值几乎是无意义的。的韧性值几乎是无意义的。金属韧性是可以用应力应变曲线下的面积的计金属韧性是可以用应力应变曲线下的面积的计算来确定，如算来确定，如P5of29P5of29图图6.56.5所示。所示。在测定金属韧性的试验中，通常要确定的是金在测定金属韧性的试验中，通常要确定的是金属从韧性转为脆性的温度。该温度被称为金属属从韧性转为脆性的温度。该温度被称为金属的脆性转变温度。的脆性转变温度。大部分试验是
6、将金属在某一温度时施加冲击载大部分试验是将金属在某一温度时施加冲击载荷。常用的缺口韧性或冲击试验包括夏比试验，荷。常用的缺口韧性或冲击试验包括夏比试验，落锤无延性转变温度试验，爆破试验，动态撕落锤无延性转变温度试验，爆破试验，动态撕裂以及裂纹尖端张开位移试验（裂以及裂纹尖端张开位移试验（CTODCTOD）。）。疲劳强度疲劳强度金属的疲劳强度定义为金属在重复载荷下抵金属的疲劳强度定义为金属在重复载荷下抵御失效的必要强度。御失效的必要强度。通常疲劳试验是以拉伸施加应力，然后再在通常疲劳试验是以拉伸施加应力，然后再在以同样的量压缩，如此循环反复。这种试验以同样的量压缩，如此循环反复。这种试验称为反向
7、弯曲试验。当所施加的最大的应力称为反向弯曲试验。当所施加的最大的应力增加，所需的产生失效的循环次数减少。增加，所需的产生失效的循环次数减少。如果试验是在各种应力下进行的，那么就可如果试验是在各种应力下进行的，那么就可以作出以作出S-NS-N曲线曲线，如，如P6of29P6of29图图6.76.7所示。所示。S-NS-N曲曲线是用图来描述在各种应力下产生疲劳失效线是用图来描述在各种应力下产生疲劳失效所需要的循环次数。所需要的循环次数。这些曲线显示了钢有明确的疲劳极限，这些曲线显示了钢有明确的疲劳极限，但铝的曲线并没有明确的疲劳极限。但铝的曲线并没有明确的疲劳极限。疲劳极限是指无论载荷施加了多少个
8、循疲劳极限是指无论载荷施加了多少个循环次数，金属不出现失效的最大应力。环次数，金属不出现失效的最大应力。对于钢，只要应力保持在疲劳极限下，对于钢，只要应力保持在疲劳极限下，可以无限地维持。碳钢的疲劳强度常常大可以无限地维持。碳钢的疲劳强度常常大约等于其拉伸强度的一半。约等于其拉伸强度的一半。焊缝表面的不连续，如咬边，焊瘤，焊缝表面的不连续，如咬边，焊瘤，加强高过大或凸面都对焊件的疲劳强度加强高过大或凸面都对焊件的疲劳强度有影响。有影响。焊缝内部的不连续也能造成疲劳失效，焊缝内部的不连续也能造成疲劳失效，那些在表面上的不连续更让人忧虑。因那些在表面上的不连续更让人忧虑。因为表面的不连续比内部的不
9、连续更快地为表面的不连续比内部的不连续更快地导致疲劳失效。导致疲劳失效。二、金属的化学性能二、金属的化学性能合金合金钢的合金划分为三个分类：普通碳钢，钢的合金划分为三个分类：普通碳钢，低合金钢和高合金钢。低合金钢和高合金钢。普通碳钢普通碳钢它它的基本元素为铁，但还含有少量的碳，的基本元素为铁，但还含有少量的碳，锰，磷，硫和硅。含碳量对钢的性能锰，磷，硫和硅。含碳量对钢的性能有最大的影响。有最大的影响。P8of29P8of29图图6.116.11( (参见下参见下页页) )所示的是含碳量和普通碳钢的一些所示的是含碳量和普通碳钢的一些特性。特性。P8of29P8of29图图6.11 6.11 普通
10、碳钢的种类普通碳钢的种类普通名字普通名字 碳含量碳含量 应用应用 可焊性可焊性 工业纯铁工业纯铁 最大最大0.03% 0.03% 镀锌和深度引长薄板镀锌和深度引长薄板 非常好非常好 和板条和板条 低碳钢低碳钢 最大最大0.15% 0.15% 焊条，各种形状的板，焊条，各种形状的板， 非常好非常好 薄板和板条薄板和板条 低碳钢低碳钢 0.15%-0.30% 0.15%-0.30% 各种结构形状的板和条各种结构形状的板和条 好好 中碳钢中碳钢 0.30%-0.50% 0.30%-0.50% 机器零部件机器零部件 中等（预热中等（预热 和经常要求和经常要求 后热）后热） 高碳钢高碳钢 0.50%-1
11、.00% 0.50%-1.00% 弹簧，模具，铁轨弹簧，模具，铁轨 低（没有适低（没有适 当的预热和当的预热和 后热很难接）后热很难接）低合金钢低合金钢它包含非常少量的另一些元素，如镍，铬，它包含非常少量的另一些元素，如镍，铬，锰，硅，钒，钶，钼和硼。锰，硅，钒，钶，钼和硼。这些元素的不同含量能够引起在机械性能上这些元素的不同含量能够引起在机械性能上的显著不同。这些低合金钢一般分为高强度低的显著不同。这些低合金钢一般分为高强度低合金结构钢，低温用钢或高温用钢。合金结构钢，低温用钢或高温用钢。低合金钢也能根据它们的化学成份进行分类。低合金钢也能根据它们的化学成份进行分类。如如p8of29p8of
12、29图图6.126.12所示。这种分类是由美国钢铁所示。这种分类是由美国钢铁研究所（研究所（AISIAISI）和汽车工程师学会）和汽车工程师学会(SAE)(SAE)编制的，编制的，并经常地在钢生产中并经常地在钢生产中应用。应用。P8of29P8of29图图6.12 6.12 AISI-SAE AISI-SAE碳钢和低合金钢的命名碳钢和低合金钢的命名(1)(1)系列命名系列命名 型式和类别型式和类别 10 xx 10 xx 无再硫化碳钢等级无再硫化碳钢等级 11xx 11xx 再硫化碳钢等级再硫化碳钢等级 13xx 13xx 1.75%1.75%锰锰 23xx 23xx 3.50%3.50%镍镍
13、 25xx 25xx 5.00%5.00%镍镍 31xx 31xx 1.25%1.25%镍镍 0.65% 0.65%或或0.80%0.80%的铬的铬 33xx 33xx 3.50%3.50%镍镍 1.55% 1.55%铬铬 40 xx 40 xx 0.25%0.25%钼钼 41xx 41xx 0.50-0.95% 0.50-0.95% 铬铬 0.12% 0.12%或或0.20%0.20%钼钼 43xx 43xx 1.80%1.80%镍镍 0.50% 0.50%或或0.80%0.80%铬铬 0.25% 0.25%钼钼 46xx 46xx 1.55%1.55%或或1.80%1.80%镍镍 0.20
14、% 0.20%或或0.25%0.25%钼 P8of29P8of29图图6.12 6.12 AISI-SAE AISI-SAE碳钢和低合金钢的命名碳钢和低合金钢的命名(2)(2)47xx 47xx 1.05%1.05%镍镍 0.45% 0.45%铬铬 0.25% 0.25%钼钼 48xx 48xx 3.50%3.50%镍镍 0.25% 0.25%钼钼 50 xx 50 xx 0.28%0.28%或或0.40%0.40%铬铬 51xx 51xx 0.80%, 0.90%, 0.95%, 1.00%, 0.80%, 0.90%, 0.95%, 1.00%, 或或1.45%1.45%铬铬5xxxx 5
15、xxxx 1.00% 1.00%碳碳 0.50%, 1.00%, 0.50%, 1.00%, 或或1.05%1.05%铬铬 61xx 61xx 0.80%0.80%或或0.95%0.95%铬铬 最小最小0.10%0.10%或或0.15%0.15%的钒的钒 86xx 86xx 0.55%0.55%镍镍 0.50% 0.50%或或0.65%0.65%铬铬 0.20% 0.20%钼钼 87xx 87xx 0.55%0.55%镍镍 0.50% 0.50%铬铬 0.25% 0.25%钼钼 92xx 92xx 0.85%0.85%锰锰 2.00% 2.00%硅硅 93xx 93xx 3.25%3.25%镍
16、镍 1.20% 1.20%铬铬 0.12% 0.12%钼钼 94xx 94xx 1.00%1.00%锰锰 0.45% 0.45%镍镍 0.40% 0.40%铬铬 0.12% 0.12%钼钼 97xx 97xx 0.55%0.55%镍镍 0.17% 0.17%铬铬 0.20% 0.20%钼钼 98xx 98xx 1.00%1.00%镍镍 0.80% 0.80%铬铬 0.25% 0.25%钼钼高合金钢高合金钢高合金钢包括高合金钢包括不锈钢和其它耐腐不锈钢和其它耐腐蚀合金。不锈钢含有至少蚀合金。不锈钢含有至少12%12%的铬。的铬。P9of29P9of29图图6.136.13是一些不锈钢的化学是一些
17、不锈钢的化学成分。它们可以划分成五个组：奥成分。它们可以划分成五个组：奥氏体，马氏体，铁素体，沉淀硬化氏体，马氏体，铁素体，沉淀硬化和双相组织。和双相组织。P9of29P9of29图图6.13 6.13 一些不锈钢的化学成分一些不锈钢的化学成分2.2.化学元素对钢的影响化学元素对钢的影响碳碳 一般认为是钢中最重要的合金元素，能达一般认为是钢中最重要的合金元素，能达到最大到最大2%2%的含量（虽然最可焊钢含碳量小于的含量（虽然最可焊钢含碳量小于0.5%0.5%）。碳既能溶解于铁，也能以碳化物的形式）。碳既能溶解于铁，也能以碳化物的形式存在，如碳化铁（存在，如碳化铁（FeFe3 3C C）。含碳量
18、增加，硬度和）。含碳量增加，硬度和拉伸强度也增加，相应的淬硬性也增加了。在另拉伸强度也增加，相应的淬硬性也增加了。在另一方面，含碳量的增加降低了可焊性。一方面，含碳量的增加降低了可焊性。 硫硫 通常在钢中硫是比其它合金元素更不受欢通常在钢中硫是比其它合金元素更不受欢迎的杂质。在钢生产期间，常常要用特定的方法迎的杂质。在钢生产期间，常常要用特定的方法去减少它的含量。如果超过去减少它的含量。如果超过0.05%0.05%，就会引起脆性，就会引起脆性并降低可焊性。在合金中加入并降低可焊性。在合金中加入0.10%0.10%到到0.30%0.30%的硫，的硫，可以改善钢的机加工性能。称为再硫化或快削。可以
19、改善钢的机加工性能。称为再硫化或快削。快削（高速切削）合金不会用于有焊接要求的地快削（高速切削）合金不会用于有焊接要求的地方。方。磷磷 通常认为是钢中的杂质。在大多数通常认为是钢中的杂质。在大多数的碳钢中其含量通常最大为的碳钢中其含量通常最大为0.04%0.04%。在淬硬钢。在淬硬钢中，它会引起脆化。在低合金高强度钢中，中，它会引起脆化。在低合金高强度钢中，磷能加至磷能加至0.10%0.10%以改善强度和耐腐蚀性。以改善强度和耐腐蚀性。 硅硅 通常只有少量（通常只有少量（0.20%0.20%）的硅存在）的硅存在于轧制的钢中作为脱氧剂。然而，在铸钢件于轧制的钢中作为脱氧剂。然而，在铸钢件中，通常
20、有中，通常有0.30%0.30%到到1.00%1.00%。锰锰 通常钢含有至少通常钢含有至少0.30%0.30%的锰。因为的锰。因为它有三个方面的作用。帮助钢脱氧。防它有三个方面的作用。帮助钢脱氧。防止形成硫化铁。提高钢的淬硬性以增大强止形成硫化铁。提高钢的淬硬性以增大强度。在碳钢中，锰的含量可达度。在碳钢中，锰的含量可达1.5%.1.5%.铬铬 是一个很有用的合金元素。加入铬主要有是一个很有用的合金元素。加入铬主要有二个原因。首先是大大地增加了钢的淬硬性。再则二个原因。首先是大大地增加了钢的淬硬性。再则就是改进了合金在氧化介质中的抗腐蚀性。有些钢就是改进了合金在氧化介质中的抗腐蚀性。有些钢材
21、中它会使材料太硬，从而在焊缝区域或靠近焊缝材中它会使材料太硬，从而在焊缝区域或靠近焊缝的区域产生裂纹。不锈钢中铬含量超过的区域产生裂纹。不锈钢中铬含量超过12%12%。 钼钼 该元素能促使碳化物的形成，通常在合金该元素能促使碳化物的形成，通常在合金钢中含量小于钢中含量小于1.0%1.0%。加入钼是为了增强淬硬性及高。加入钼是为了增强淬硬性及高温强度。加入奥氏体不锈钢中能改善抗麻点腐蚀。温强度。加入奥氏体不锈钢中能改善抗麻点腐蚀。 镍镍 加入钢中的镍是为了增加其淬硬性。它在加入钢中的镍是为了增加其淬硬性。它在增强淬硬性上起着很大作用。因为它常常能改善钢增强淬硬性上起着很大作用。因为它常常能改善钢
22、的韧性及延展性，而同时又能增加强度和硬度。镍的韧性及延展性，而同时又能增加强度和硬度。镍常常用于改善钢在低温时的韧性。常常用于改善钢在低温时的韧性。铝铝 加入钢中的铝非常少，只是作为脱加入钢中的铝非常少，只是作为脱氧剂。它能细化晶粒而改善韧性；在钢中加氧剂。它能细化晶粒而改善韧性；在钢中加入适量的铝，这种方法成为晶粒细化法。入适量的铝，这种方法成为晶粒细化法。 钒钒 加入钒将会增加钢的淬硬性。它非加入钒将会增加钢的淬硬性。它非常有效地增加钢的淬硬性。因此它常常以精常有效地增加钢的淬硬性。因此它常常以精确的量加入。当超过确的量加入。当超过0.05%0.05%时，在消除应力热时，在消除应力热处理时
23、钢有脆化倾向。处理时钢有脆化倾向。 铌铌 与钒一样，通常认为它也是增加钢与钒一样，通常认为它也是增加钢的淬硬性。然而，由于它对碳有很强的亲合的淬硬性。然而，由于它对碳有很强的亲合力，它能与钢中的碳结合，使淬硬性大大地力，它能与钢中的碳结合，使淬硬性大大地降低。它作为稳定剂加入奥氏体不锈钢以改降低。它作为稳定剂加入奥氏体不锈钢以改善焊态的性能。善焊态的性能。溶解气体溶解气体 氢气，氧气和氢气，氧气和氮气都能溶于熔化了的钢中，如氮气都能溶于熔化了的钢中，如果不尽量减少，能使钢脆化（并果不尽量减少，能使钢脆化（并能引起气孔）。钢的精炼工艺就能引起气孔）。钢的精炼工艺就是尽可能消除这些气体的存在。是尽
24、可能消除这些气体的存在。焊剂或是保护气体用焊剂或是保护气体用 于防止这于防止这些气体溶入熔化了的焊缝金属。些气体溶入熔化了的焊缝金属。3.3.合金组合金组铝合金铝合金铝合金按其应用可以分为二铝合金按其应用可以分为二类：可热处理，不可热处理。类：可热处理，不可热处理。可热处理铝从可热处理铝从 “沉淀硬化沉淀硬化”的工艺中得的工艺中得到硬度和强度。到硬度和强度。不可热处理的铝是由应变硬化（冷加工）不可热处理的铝是由应变硬化（冷加工）和加入合金元素来增加强度。和加入合金元素来增加强度。P11of29图图6.146.14所列的是根据主要的合金所列的是根据主要的合金元素，对各种铝合金的命名。元素，对各种
25、铝合金的命名。 P11of29图图6.156.15所示的是按回火状态命名所示的是按回火状态命名的铝合金。的铝合金。P11of29P11of29图图6.14- 6.14- 铝协会对铝合金的分组铝协会对铝合金的分组主要合金元素主要合金元素 铝的组合号铝的组合号 * *纯铝纯铝 1xxx 1xxx 铜铜 2xxx 2xxx 锰锰 3xxx 3xxx 硅硅 4xxx 4xxx 镁镁 5xxx 5xxx 镁和硅镁和硅 6xxx 6xxx 锌锌 7xxx7xxx*(最小最小99%)P11of29P11of29图图6.15 6.15 按回火状态命名的铝合金按回火状态命名的铝合金命名命名 状况状况 F F 制
26、造状态制造状态 O O 退火了的退火了的 H1 H1 仅应变硬化仅应变硬化 H2 H2 应变硬化和部分回火应变硬化和部分回火 H3 H3 应变硬化和热稳定化应变硬化和热稳定化 W W 固溶热处理的固溶热处理的 T1 T1 从高温成形工艺中冷却并自然老化从高温成形工艺中冷却并自然老化 T2 T2 从高温成形工艺中冷却，冷加工并自然老化从高温成形工艺中冷却，冷加工并自然老化 T3 T3 固溶热处理，冷加工并自然老化固溶热处理，冷加工并自然老化 T4 T4 固溶热处理并自然老化固溶热处理并自然老化 T5 T5 从高温成形工艺中冷却，然后人工地老化从高温成形工艺中冷却，然后人工地老化 T6 T6 固溶
27、热处理然后人工老化固溶热处理然后人工老化 T7 T7 固溶热处理及稳定化固溶热处理及稳定化 T8 T8 固溶热处理，冷加工，然后人工老化固溶热处理，冷加工，然后人工老化 T9 T9 固溶热处理，人工老化，然后冷加工固溶热处理，人工老化，然后冷加工 T10 T10 从高温成形工艺中冷却，冷加工，然后人工老化从高温成形工艺中冷却，冷加工，然后人工老化镍合金镍合金镍是一种韧性的，银色的金属，密度镍是一种韧性的，银色的金属，密度与铜大致相同。即使在高温下，它也与铜大致相同。即使在高温下，它也具有非常良好的抗腐蚀和抗氧化的能具有非常良好的抗腐蚀和抗氧化的能力。力。镍很容易与许多材料合金。如铁，铬镍很容易
28、与许多材料合金。如铁，铬和铜。许多高温合金和耐腐蚀合金都和铜。许多高温合金和耐腐蚀合金都含有含有60%70%60%70%的镍。包括几种合金，如的镍。包括几种合金，如蒙乃尔蒙乃尔400400，因科镍，因科镍600600，哈氏合金，哈氏合金C-C-276276。常用的焊接方法都适用于镍及镍合金。常用的焊接方法都适用于镍及镍合金。铜合金铜合金铜的合金主要分成八个组，包括：铜的合金主要分成八个组，包括： 纯铜纯铜 高铜合金高铜合金 黄铜黄铜 青铜青铜 铜镍铜镍 铜镍锌合金（镍银）铜镍锌合金（镍银） 加铅铜加铅铜 特种合金特种合金 虽然大多数铜合金在一定程度上可以焊接和虽然大多数铜合金在一定程度上可以焊
29、接和/ /或或钎焊，但它们高导热性迅速地把焊接或钎焊热从接钎焊，但它们高导热性迅速地把焊接或钎焊热从接头处散掉，给焊缝成形带来困难。头处散掉，给焊缝成形带来困难。三、破坏性试验三、破坏性试验拉伸试验拉伸试验能够由拉伸试验所测定的性能包括：能够由拉伸试验所测定的性能包括： 极限拉伸强度极限拉伸强度 屈服强度屈服强度 延展性延展性 延伸率延伸率 断面收缩率断面收缩率 弹性模量弹性模量 比例极限比例极限 弹性极限弹性极限 韧性韧性焊接试样做拉伸试验仅仅是为了焊接试样做拉伸试验仅仅是为了 看焊缝的表现是否与母材一样。看焊缝的表现是否与母材一样。试样在垂直于焊缝纵轴的方向上试样在垂直于焊缝纵轴的方向上截
30、取，使焊缝大约在试样的当中。截取，使焊缝大约在试样的当中。试样保持两侧平行。焊缝加强高常试样保持两侧平行。焊缝加强高常常是磨平的。常是磨平的。 试样按美国石油协会的试样按美国石油协会的API 1104API 1104的焊接工艺评定和焊工技能进行评的焊接工艺评定和焊工技能进行评定。定。2.2.硬度试验硬度试验三个硬度试验法：布氏硬度，洛氏硬度及三个硬度试验法：布氏硬度，洛氏硬度及显微硬度。显微硬度。布氏硬度布氏硬度常用于确定金属毛坯的硬度。它的压痕常用于确定金属毛坯的硬度。它的压痕面积大，消除了金属局部软硬点的影响。面积大，消除了金属局部软硬点的影响。试验前需要研磨或砂磨表面以获得相对试验前需要
31、研磨或砂磨表面以获得相对平的试验区域。另外该表面也应足够光平的试验区域。另外该表面也应足够光滑以使压痕尺寸能精确测量。滑以使压痕尺寸能精确测量。根据压头的尺寸和类型、所加的载荷以根据压头的尺寸和类型、所加的载荷以及压痕产生的直径，可以确定布氏硬度及压痕产生的直径，可以确定布氏硬度值值(BHN)(BHN)。BHNBHN乘以乘以500500大约等于金属拉伸强度。这种大约等于金属拉伸强度。这种关系只能用于碳钢和低合金钢。关系只能用于碳钢和低合金钢。布氏试验的另外信息请参照布氏试验的另外信息请参照ASTM E10ASTM E10，金，金属材料布氏硬度的标准试验方法。属材料布氏硬度的标准试验方法。布氏试
32、验的通常步骤是：布氏试验的通常步骤是： 准备试验表面准备试验表面; ; 施加试验载荷施加试验载荷; ; 保持载荷于一规定的时间保持载荷于一规定的时间; ; 测量压痕直径测量压痕直径; ; 从表格确定从表格确定BHNBHN。洛氏硬度洛氏硬度所使用的是圆锥形钻石压头，如所使用的是圆锥形钻石压头，如P19of29P19of29图图6.246.24所示，硬化钢球直径分别是所示，硬化钢球直径分别是1/161/16，1/81/8，1/41/4及及1/21/2英寸。洛氏试验所产生的压痕比英寸。洛氏试验所产生的压痕比布氏试验要小。这就可以在面积相对较小布氏试验要小。这就可以在面积相对较小的金属上做局部试验。的
33、金属上做局部试验。洛氏试验参见洛氏试验参见ASTM E18ASTM E18，金属材料洛，金属材料洛氏硬度和洛氏表面硬度标准测试方法。氏硬度和洛氏表面硬度标准测试方法。试验步骤如下：试验步骤如下： 准备试验表面准备试验表面; ; 把试验物放放洛氏试验机上把试验物放放洛氏试验机上; ; 用上升螺钉加入小载荷用上升螺钉加入小载荷; ; 施加主要载荷施加主要载荷; ; 撤掉主要载荷撤掉主要载荷; ; 读数读数; ; 撤掉小载荷并移走试验物撤掉小载荷并移走试验物显微硬度显微硬度显微硬度测试对了解金属的晶相结构很有显微硬度测试对了解金属的晶相结构很有用，因为它可以通过单个晶粒来确定这一用，因为它可以通过单
34、个晶粒来确定这一细微区域的金属硬度。细微区域的金属硬度。显微硬度试验分两种类型：维氏硬度和努显微硬度试验分两种类型：维氏硬度和努普氏硬度。都采用菱形压头，维氏压头的普氏硬度。都采用菱形压头，维氏压头的压痕为方形，对边几乎相等，而努普氏压压痕为方形，对边几乎相等，而努普氏压头有长边和短边。两种类型最终压痕的图头有长边和短边。两种类型最终压痕的图表见表见P19of29P19of29图图6.256.25。显微硬度是指加载范围从显微硬度是指加载范围从1 1到到10001000克。通常克。通常大多数显微硬度试验的载荷范围为大多数显微硬度试验的载荷范围为100100到到500500克。克。 显微硬度试验步
35、骤如下显微硬度试验步骤如下: :预备测试表面预备测试表面; ; 将试样固定在夹持装置上将试样固定在夹持装置上; ; 确定测试位置确定测试位置, ,使用显微镜使用显微镜; ; 压痕压痕; ; 用显微镜测量压痕用显微镜测量压痕; ; 查表或计算出硬度。查表或计算出硬度。 韧性试验韧性试验美国最常用的缺口韧性试验是却贝美国最常用的缺口韧性试验是却贝V V缺口试验。缺口试验。这种试验的标准试样为：这种试验的标准试样为：10mmX10mm10mmX10mm正方形，长：正方形，长：55mm55mm。试样的一个长面上有一条精密加工的深试样的一个长面上有一条精密加工的深2mm2mm的的V V型缺口。缺口底部的
36、半径为型缺口。缺口底部的半径为0.25mm0.25mm。这一半径的。这一半径的加工非常关键，因为即便是很小的不连续也会对加工非常关键，因为即便是很小的不连续也会对试验结果产生很大的变化。标准却贝试样，参见试验结果产生很大的变化。标准却贝试样，参见P22of29P22of29图图6.286.28。金属试样比标准试样小的话，通常还金属试样比标准试样小的话，通常还可选用减小的横截面试样。正方形横截可选用减小的横截面试样。正方形横截面的尺寸分别为面的尺寸分别为7.5mm,5.0mm,2.5mm7.5mm,5.0mm,2.5mm。当使用这种减小尺寸的试样要注意它当使用这种减小尺寸的试样要注意它所产生的韧
37、性数据通常比标准尺寸的试所产生的韧性数据通常比标准尺寸的试样要高。因此，小尺寸的却贝试样数据样要高。因此，小尺寸的却贝试样数据不能直接与标准尺寸样品数据比不能直接与标准尺寸样品数据比 。ASTMASTM标准标准E23E23详细讲述了冲击试验。详细讲述了冲击试验。夏比试验吸收能量用英尺磅表示。夏比试验吸收能量用英尺磅表示。夏比试验还有其他用来测量缺夏比试验还有其他用来测量缺口韧性的其它试验包括口韧性的其它试验包括: :落锤试验落锤试验; ;爆破试验爆破试验; ;动态撕裂动态撕裂; ;裂缝尖端张开位移试验裂缝尖端张开位移试验(CTOD)(CTOD)。这些试验使用不同的试样和加这些试验使用不同的试样
38、和加载方式。载方式。 4.4.破坏性破坏性致密性试验致密性试验破坏性的致密性试验分三种类型：弯曲，缺口破坏性的致密性试验分三种类型：弯曲，缺口断裂，角焊缝断裂。（通常也用无损探伤断裂，角焊缝断裂。（通常也用无损探伤RTRT和和UTUT来测试致密性）来测试致密性）弯曲试验弯曲试验(2)(2)缺口断裂试验缺口断裂试验缺口断裂试验只有在工业管道中才采缺口断裂试验只有在工业管道中才采用这种试验，在用这种试验，在API 1104API 1104中有描述。中有描述。这种方法通过焊接试样在焊缝处的断这种方法通过焊接试样在焊缝处的断裂来判断。所以能通过断裂面检查出裂来判断。所以能通过断裂面检查出不连续。沿两个
39、或三个表面加工锯口不连续。沿两个或三个表面加工锯口使断裂发生在焊接区域。使断裂发生在焊接区域。典型的缺口断裂试样见典型的缺口断裂试样见P25of29P25of29图图6.366.36。( (见下页见下页) )典型的缺口断裂试样见典型的缺口断裂试样见P25of29P25of29图图6.366.36试样锯出缺口后，在受拉装置把试样拉断，试样锯出缺口后，在受拉装置把试样拉断，或支撑两端用锒头敲击中间的部分，或一段或支撑两端用锒头敲击中间的部分，或一段用夹具固定，另一端用榔头敲断。用夹具固定，另一端用榔头敲断。使它断裂的目的是让试样在焊接区域断裂，使它断裂的目的是让试样在焊接区域断裂，从而可以确定是否
40、有缺陷存在。断裂表面可从而可以确定是否有缺陷存在。断裂表面可以检查出各个区域的夹渣，气孔或未熔合。以检查出各个区域的夹渣，气孔或未熔合。如果存在以上缺陷，测量并按照规范的限制如果存在以上缺陷，测量并按照规范的限制来判断是否接受或拒绝。来判断是否接受或拒绝。缺口破坏试样的评价依据缺口破坏试样的评价依据API 1104API 1104的要求的要求 见见P25of29P25of29图图6.376.37。( (图见下页图见下页) )缺口破坏试样的评价见缺口破坏试样的评价见P25of29P25of29图图6.376.37角焊缝断裂试验角焊缝断裂试验根据根据AWS D1.1AWS D1.1这仅用于定位焊工
41、的资格测这仅用于定位焊工的资格测试。试。角焊缝断裂试样见角焊缝断裂试样见P25of29P25of29图图6.386.38。( (见下见下页左图页左图) )试样焊好后，该试样按如试样焊好后，该试样按如P25of29P25of29图图6.396.39所所示施载破坏。示施载破坏。( (见下页右图见下页右图) )在这一试验中，检验师要找一个令人满意在这一试验中，检验师要找一个令人满意外观的焊缝，另外，断面必须确保焊缝根外观的焊缝，另外，断面必须确保焊缝根部熔透，母材的任一区域都没有未熔合或部熔透，母材的任一区域都没有未熔合或大于大于3-323-32英寸的气孔。英寸的气孔。角焊缝断裂试样及破裂方法角焊缝
42、断裂试样及破裂方法5.5.疲劳试验疲劳试验疲劳试验用来确定金属的疲劳强度。疲劳试验用来确定金属的疲劳强度。疲劳极限受到表面加工的严重影响，试疲劳极限受到表面加工的严重影响，试验试样的预备显得尤为重要。微小的瑕验试样的预备显得尤为重要。微小的瑕疵都可能引起试验结果的无效。疵都可能引起试验结果的无效。疲劳试验可以用不同的方法进行。用哪疲劳试验可以用不同的方法进行。用哪种试验方法取决于载荷的类型。载荷可种试验方法取决于载荷的类型。载荷可以是平面载荷，旋转弯曲，力矩，轴向以是平面载荷，旋转弯曲，力矩，轴向拉伸，轴向压缩，或几种的结合。拉伸，轴向压缩，或几种的结合。测试化学性能的破坏性试验测试化学性能的
43、破坏性试验(1)(1)金属化学成分分析金属化学成分分析确定金属的化学成分三种常用方法确定金属的化学成分三种常用方法: :光谱测光谱测定定; ;燃烧燃烧; ;湿化学分析。湿化学分析。有关金属化学分析更多的信息，参见有关金属化学分析更多的信息，参见ASTM(ASTM(美美国材料与试验协会国材料与试验协会) )的有关说明。钢的特殊说的有关说明。钢的特殊说明见明见ASTM A 751ASTM A 751，标准方法，惯例，有关钢产，标准方法，惯例，有关钢产品的化学分析定义。品的化学分析定义。在现场，金属分析可以用在现场，金属分析可以用X X射线荧光技术。它射线荧光技术。它在避免材料混合和区分合金类型上很
44、有帮助。在避免材料混合和区分合金类型上很有帮助。如果只需要区分材料，可根据材料的磁化性如果只需要区分材料，可根据材料的磁化性能和对试剂定性颜色的变化来判断材料。如果能和对试剂定性颜色的变化来判断材料。如果现场需要更精确的分析，可用便携式光谱仪。现场需要更精确的分析，可用便携式光谱仪。(2)(2)腐蚀试验腐蚀试验它们专门用来确定金属或复合金属的抗腐蚀它们专门用来确定金属或复合金属的抗腐蚀能力。能力。腐蚀试验中必须考虑化学成分，腐蚀环境，腐蚀试验中必须考虑化学成分，腐蚀环境，温度，水分，含氧量或其他金属，以及应力。温度，水分，含氧量或其他金属，以及应力。忽略了任何一项，都可能导致试验无效。忽略了任
45、何一项，都可能导致试验无效。(3)(3)金相试验金相试验金相试验分成宏观（肉眼）和微观（显微镜）金相试验分成宏观（肉眼）和微观（显微镜）两种。宏观的一般放大两种。宏观的一般放大10 x10 x或更低。微观试验，或更低。微观试验，放大倍数放大倍数10 x10 x，通常，通常100 x 100 x 或更高。或更高。 宏观试样焊缝截面可以判断熔合深度，宏观试样焊缝截面可以判断熔合深度，焊透深度，有效焊喉，焊缝的致密性，熔焊透深度，有效焊喉，焊缝的致密性，熔合度，焊缝不连续，焊缝形状，焊道数等。合度，焊缝不连续，焊缝形状，焊道数等。典型的宏观照片如典型的宏观照片如P26of29P26of29图图6.406.40。微观试样可以判断微观试样可以判断: :金相组织，有无夹渣金相组织，有无夹渣和微观缺陷，裂纹的性质等。和微观缺陷，裂纹的性质等。p26of29p26of29图图6.416.41显示了一些典型的该类照片。显示了一些典型的该类照片。这两种金相试验对于失效分析，焊接工这两种金相试验对于失效分析，焊接工艺和焊工评定，工艺控制都很有帮助艺和焊工评定，工艺控制都很有帮助。典型的宏观照片如P26of29图6.40典型的显微照片典型的显微照片P26of29P26of29图图6.416.41
