導語

金屬材料的(de)(de)性(xing)(xing)能(neng)(neng)是選擇(ze)材料(liao)的(de)(de)主要依據。金屬(shu)材料(liao)的(de)(de)性(xing)(xing)能(neng)(neng)一般分為(wei)工藝(yi)性(xing)(xing)能(neng)(neng)和使(shi)用(yong)(yong)(yong)性(xing)(xing)能(neng)(neng)。使(shi)用(yong)(yong)(yong)性(xing)(xing)能(neng)(neng)是指(zhi)金屬(shu)零件在使(shi)用(yong)(yong)(yong)條件下金屬(shu)材料(liao)表現(xian)出來(lai)的(de)(de)性(xing)(xing)能(neng)(neng)。金屬(shu)材料(liao)的(de)(de)使(shi)用(yong)(yong)(yong)性(xing)(xing)能(neng)(neng)決定了它的(de)(de)使(shi)用(yong)(yong)(yong)范圍。使(shi)用(yong)(yong)(yong)性(xing)(xing)能(neng)(neng)包(bao)括物理性(xing)(xing)能(neng)(neng)、化學性(xing)(xing)能(neng)(neng)和力學性(xing)(xing)能(neng)(neng)。

01物理性能

金(jin)屬(shu)在力、熱、光(guang)、電等物理作(zuo)用下所反映(ying)的(de)特性為金(jin)屬(shu)的(de)物理性能，其主要物理性能指標見表 1。

02化學性能

金(jin)屬(shu)材(cai)(cai)料(liao)的化(hua)學性(xing)(xing)(xing)能(neng)(neng)是指(zhi)金(jin)屬(shu)材(cai)(cai)料(liao)在室溫(wen)(wen)或高溫(wen)(wen)條件下(xia)，抵抗各種腐蝕(shi)性(xing)(xing)(xing)介質(zhi)對(dui)它進行化(hua)學侵蝕(shi)的一種能(neng)(neng)力。金(jin)屬(shu)材(cai)(cai)料(liao)的化(hua)學性(xing)(xing)(xing)能(neng)(neng)，主要在于耐腐蝕(shi)性(xing)(xing)(xing)。金(jin)屬(shu)材(cai)(cai)料(liao)抵抗周圍(wei)介質(zhi)腐蝕(shi)破(po)壞(huai)作用的能(neng)(neng)力稱(cheng)為耐腐蝕(shi)性(xing)(xing)(xing)。

化學腐蝕

化學腐蝕(shi)是(shi)金(jin)屬(shu)與周圍介質直接起化學作用(yong)的(de)結果(guo)，它包括氣(qi)體(ti)腐蝕(shi)和金(jin)屬(shu)在(zai)(zai)非電解(jie)質中(zhong)腐蝕(shi)兩(liang)種腐蝕(shi)形式。其特點是(shi)腐蝕(shi)過程不產(chan)生電流(liu)，并且腐蝕(shi)產(chan)物沉積在(zai)(zai)金(jin)屬(shu)表面上(shang)。如(ru)純鐵在(zai)(zai)水中(zhong)或在(zai)(zai)高溫下受蒸汽和氣(qi)體(ti)的(de)作用(yong)而引(yin)起的(de)生銹現(xian)象，就是(shi)化學腐蝕(shi)的(de)典型例子(zi)。

電化學腐蝕

金(jin)屬與酸、堿、鹽等電(dian)(dian)解質溶液接觸(chu)時發生(sheng)作(zuo)用(yong)(yong)而引(yin)起(qi)的腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)，稱為電(dian)(dian)化學腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)。它(ta)的特點是腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)過程中(zhong)有(you)電(dian)(dian)流產生(sheng)（即所謂微電(dian)(dian)池作(zuo)用(yong)(yong)），其腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)產物（鐵銹）不覆蓋在作(zuo)為陽極的金(jin)屬表面上，而是在距離陽極金(jin)屬的距離處。引(yin)起(qi)電(dian)(dian)化學腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)的原因，一(yi)般認為與金(jin)屬的電(dian)(dian)極電(dian)(dian)位(wei)有(you)關。電(dian)(dian)化學腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)的過程比化學腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)要復雜(za)得(de)多(duo)，其危(wei)害(hai)性也比較(jiao)大(da)。金(jin)屬材料遭受到腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)破壞(huai)，大(da)多(duo)屬于(yu)這(zhe)一(yi)類型的腐(fu)(fu)蝕(shi)(shi)(shi)。

腐蝕率

腐(fu)蝕(shi)率是指將試樣置于試驗介質(zhi)中，經時間(jian)后測量(liang)其重量(liang)變化所求得的材料的腐(fu)蝕(shi) （即均勻(yun)腐(fu)蝕(shi)）速度。腐(fu)蝕(shi)率可用單(dan)位(wei)時間(jian)、單(dan)位(wei)面(mian)積上的質(zhi)量(liang)損失來表示，計(ji)算公式如下：

03力學性能

材料的力學性能是指材料在不同環境（如溫度、介質、濕度）下，承受各種外加載荷（拉伸、壓縮、彎曲、扭轉、沖擊、交變應力等）時所表現出的力學特征。由于載荷施加的方式多種多樣，而環境、介質的變化又十分復雜，所以金屬在這些條件下所表現的行為就會大不相同，致使金屬材料力學性能所研究的內容非常廣泛，它已發展成為介于金屬學和材料力學之間的一門邊緣學科。因為金屬構件的(de)承載條(tiao)件一般用各(ge)種力學(xue)(xue)參量 （如(ru)應力、應變和沖擊能(neng)量等）來表示，因(yin)此，人們(men)便(bian)將表征金屬材(cai)(cai)料(liao)力學(xue)(xue)行為(wei)(wei)的(de)力學(xue)(xue)參量的(de)臨界值或規定值稱(cheng)為(wei)(wei)金屬材(cai)(cai)料(liao)力學(xue)(xue)性能(neng)指(zhi)標(biao)(biao)，如(ru)強度指(zhi)標(biao)(biao)、塑性指(zhi)標(biao)(biao)和韌性指(zhi)標(biao)(biao)等。金屬的(de)力學(xue)(xue)性能(neng)見表4。

04焊接功能

金屬焊接性(xing)是(shi)金屬資(zi)(zi)(zi)料(liao)自身對(dui)焊(han)(han)接(jie)(jie)(jie)加(jia)工的適應性(xing)，首(shou)要(yao)指在焊(han)(han)接(jie)(jie)(jie)工藝(yi)條(tiao)(tiao)件(jian)(jian)下(xia)（包(bao)含(han)焊(han)(han)接(jie)(jie)(jie)資(zi)(zi)(zi)料(liao)、焊(han)(han)接(jie)(jie)(jie)辦(ban)法(fa)、焊(han)(han)接(jie)(jie)(jie)工藝(yi)參數和結(jie)(jie)構形式等(deng)），能(neng)否(fou)(fou)(fou)(fou)取得焊(han)(han)接(jie)(jie)(jie)接(jie)(jie)(jie)頭的難易 程(cheng)度以(yi)及該接(jie)(jie)(jie)頭能(neng)否(fou)(fou)(fou)(fou)在規(gui)(gui)則的運(yun)(yun)用(yong)條(tiao)(tiao)件(jian)(jian)下(xia)牢靠運(yun)(yun)轉(zhuan)。它包(bao)含(han)兩方(fang)面內容：一是(shi)焊(han)(han)接(jie)(jie)(jie)接(jie)(jie)(jie)頭的接(jie)(jie)(jie)合功能(neng)，即在焊(han)(han)接(jie)(jie)(jie)工藝(yi)條(tiao)(tiao)件(jian)(jian)下(xia)，能(neng)否(fou)(fou)(fou)(fou)得到而無缺點焊(han)(han)接(jie)(jie)(jie)接(jie)(jie)(jie)頭的能(neng)力；一是(shi)運(yun)(yun)用(yong)功能(neng)，即焊(han)(han)接(jie)(jie)(jie)接(jie)(jie)(jie)頭或焊(han)(han)后的全體構件(jian)(jian)能(neng)否(fou)(fou)(fou)(fou)滿意技(ji)術要(yao)求所規(gui)(gui)則的各種運(yun)(yun)用(yong)條(tiao)(tiao)件(jian)(jian)。影響(xiang)焊(han)(han)接(jie)(jie)(jie)性(xing)的因素(su)很多，對(dui)鋼鐵資(zi)(zi)(zi)料(liao)而言(yan)，有(you)選用(yong)的資(zi)(zi)(zi)料(liao)、結(jie)(jie)構及其(qi)接(jie)(jie)(jie)頭的設計、工藝(yi)辦(ban)法(fa)及其(qi)規(gui)(gui)范(fan)，接(jie)(jie)(jie)頭服役的環(huan)境條(tiao)(tiao)件(jian)(jian)等(deng)因素(su)。

焊接接頭熱(re)影響區(qu)的基(ji)本(ben)組(zu)織(zhi)

焊接接頭一般包括(kuo)焊縫(feng)(feng)金屬(shu)區(qu)、熔合(he)線、熱(re)影響區(qu)幾部分。熱(re)影響區(qu)系指焊縫(feng)(feng)兩(liang)側金屬(shu)因(yin)焊接加熱(re)致使組織(zhi)和(he)性能發生變(bian)(bian)化的(de)區(qu)域。熱(re)影響區(qu)組織(zhi)性能的(de)變(bian)(bian)化不僅取決(jue)于所受的(de)熱(re)循環，而且還取決(jue)于母材的(de)成分和(he)原始狀態，如(ru)圖2所示。

圖2 焊接熱影響區的分布特征 1一熔合區；2一過熱區；3一正火區(qu)；4一不完全重結晶區(qu)；5一母(mu)材；6-淬火區(qu)；7一部分淬火區(qu)；8一回火區(qu)

不易(yi)淬火(huo)鋼熱(re)影響區的組織分布(bu)及性能(neng)

不易淬火鋼(gang)是指在焊后自然冷卻條件下不易形(xing)成馬(ma)氏體(ti)的鋼(gang)種，如普通低碳鋼(gang)等。如圖2所示，不易淬火鋼(gang)的熱影響(xiang)區由熔合區、過熱區、正(zheng)火區和不完(wan)全(quan)結晶區四部(bu)分組成。 

(1)熔(rong)合區(qu)(qu)。熔(rong)合區(qu)(qu)包(bao)括填充金屬熔(rong)化(hua)區(qu)(qu)和半(ban)(ban)熔(rong)化(hua)區(qu)(qu)（即加熱溫度在液相(xiang)線和固相(xiang)線之(zhi)間），半(ban)(ban)熔(rong)化(hua)區(qu)(qu)由(you)于化(hua)學成分(fen)和組織(zhi)性(xing)能有較大的不均勻(yun)性(xing)，其強度、韌性(xing)較差，應引起注(zhu)意。

(2）過熱(re)區。受熱(re)溫度一般在1100℃左(zuo)右，該(gai)區晶粒開始急劇長大，冷卻后會得到粗(cu)大的過熱(re)組織，也叫粗(cu)晶區。此區容易產生脆化和 引起裂紋(wen)。

 (3)正火區（相變重結晶區）。受熱溫度在 Ac3以上到晶粒開始急劇長大的溫度范圍內，此區晶粒未顯著長大，冷卻后得到均勻而細小的珠光體和鐵素體，相當于正火熱處理組織，具有好的綜(zong)合性能。 

(4）不(bu)完全重(zhong)結晶區(qu)。受熱溫(wen)度處于(yu)Ac1~Ac3之間，此(ci)區(qu)組織(zhi)不(bu)均勻，晶粒大小不(bu)一，其力(li)學性能不(bu)均勻。 

以上四(si)區(qu)是低碳鋼、低合金鋼熱影(ying)響區(qu)的基本(ben)組(zu)(zu)織(zhi)特征。但有些母材在(zai)焊前，經過冷軋(ya)或冷加工變形后，則會在(zai)處于受熱溫度接近 500℃-Ac1之間(jian)(jian)的范圍內，金屬發生(sheng)再結晶(jing)過程，使(shi)加工硬化(hua)作用(yong)消失，強(qiang)度下(xia)降，塑性(xing)、韌性(xing)提高。但對于有時(shi)(shi)效(xiao)敏(min)(min)感性(xing)的鋼，在(zai) Ac1-300℃溫度范圍內，如時(shi)(shi)間(jian)(jian)稍長(chang)、極易(yi)發生(sheng)應變時(shi)(shi)效(xiao)，使(shi)此區(qu)脆化(hua)，因此，此區(qu)又叫時(shi)(shi)效(xiao)脆化(hua)區(qu)，雖(sui)其金屬組(zu)(zu)織(zhi)無明顯變化(hua)，但具有缺(que)口敏(min)(min)感性(xing)，焊接時(shi)(shi)應注意。

易淬火鋼熱(re)影響區的組(zu)織(zhi)分布及性(xing)能

易淬火(huo)鋼是指在焊后空冷條(tiao)件下容(rong)易淬火(huo)形(xing)成(cheng)馬氏 體(ti)等淬硬組織的鋼種、如(ru)調質鋼和 中(zhong)碳鋼等。

 (1)完全淬火(huo)區(qu)。受熱溫度(du)處于(yu)固相線(xian)到A,之(zhi)間，此(ci)區(qu)由于(yu)晶粒長大，得到粗大的馬氏(shi)體，如(ru)冷卻速度(du)不同(tong)，還可能出現馬氏(shi)體和(he)貝氏(shi)體混合(he)組織。淬火(huo)組織容易產(chan)生脆性和(he)裂(lie)紋。

(2）不(bu)完(wan)全(quan)淬火(huo)區。受熱溫度處于(yu) Ac1-Ac3之間(jian)，相當于(yu)不(bu)完(wan)全(quan)重(zhong)結晶區。隨母材元素含量或冷卻速度的不(bu)同，也可能出現貝氏(shi)體(ti)、索氏(shi)體(ti)、珠(zhu)光體(ti)等混(hun)合組織(zhi)。 

(3)回火區。如母材在焊前是經過調質處理的鋼材，還(huan)會存在(zai)一個(ge)回(hui)(hui)火軟化(hua)區。如母材焊前調質(zhi)回(hui)(hui)火溫度(du)為t1時(shi)，焊接過(guo)程(cheng)中，當(dang)受熱溫度(du)超過(guo)此回(hui)(hui)火溫度(du) t1（且(qie)小于Ac1時(shi)），則發(fa)生過(guo)回(hui)(hui)火軟化(hua)現象(xiang)。如低于t1，其組(zu)織性能不變(bian)。

焊接裂紋

焊接裂(lie)(lie)紋(wen)(wen)(wen)可以通過肉眼或探(tan)傷手(shou)段發現(xian)。焊接裂(lie)(lie)紋(wen)(wen)(wen)的分(fen)類：如按(an)裂(lie)(lie)紋(wen)(wen)(wen)產生的部位可分(fen)焊縫裂(lie)(lie)紋(wen)(wen)(wen)、熔合區裂(lie)(lie)紋(wen)(wen)(wen)、根部裂(lie)(lie)紋(wen)(wen)(wen)、焊趾裂(lie)(lie)紋(wen)(wen)(wen)、弧坑裂(lie)(lie)紋(wen)(wen)(wen)等；如按(an)裂(lie)(lie)紋(wen)(wen)(wen)產生的機理可分(fen)熱裂(lie)(lie)紋(wen)(wen)(wen)、再(zai)熱裂(lie)(lie)紋(wen)(wen)(wen)、冷裂(lie)(lie)紋(wen)(wen)(wen)、應力腐(fu)蝕(shi)裂(lie)(lie)紋(wen)(wen)(wen)等。焊接裂(lie)(lie)紋(wen)(wen)(wen)是焊接接頭中嚴重的缺陷(xian)，在結構和設備部件中，都不允許(xu)存在。

參(can)考文(wen)獻：[1］阮於珍(zhen) ．核(he)電(dian)廠(chang)材料 ［M]．北京：原子能出(chu)版社，2010.