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金屬材料學(xué)基礎(chǔ) 國網(wǎng)山西省電力科學(xué)研究院 杜曉剛 2017.5.10 金屬材料學(xué)基礎(chǔ) 第一章 金屬的概述 §1-2 金屬的分類 §1-3 金屬的基本結(jié)構(gòu) 金屬中常見的晶體結(jié)構(gòu) 第二章 金屬的性能 §2-1 金屬的物理性能 金屬在力、熱、光、電等物理作用下所反映的特性稱為金屬的物理性能，其主要物理性能指標(biāo)有： 密度：金屬單位體積的質(zhì)量，單位為克/立方厘米，用ρ表示。例如鋼的密度為7.85g/cm3，鋁的密度為2.7g/cm3 。 熔點(diǎn)：金屬由固態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)橐簯B(tài)時(shí)的溫度稱為熔點(diǎn)，用tR表示。不同的金屬有不同的熔點(diǎn)。易熔金屬(如鋰、鎂、錫、鉛等)具有很好的塑性、鑄造性和焊接性，可用于制作熔斷件和焊料。難熔金屬(如鎢、鉬、鉭、鈮、鈦、鋯等)有很高的硬度、高溫強(qiáng)度和耐腐蝕性，可用來制作各種耐高溫器件。 比熱容：c表示單位質(zhì)量的物體每升高1 ℃所吸收的熱量，或每降低1 ℃所放出的熱量，是制定材料熱加工工藝規(guī)范的重要工藝參數(shù)。 熱導(dǎo)率：金屬材料熱傳導(dǎo)速度的物理量，衡量材料導(dǎo)熱性好壞的指標(biāo)，用λ表示。 熱膨脹系數(shù)：金屬在加熱過程中發(fā)生體積增大的性能，通常以線膨脹系數(shù)al 做指標(biāo)。 電導(dǎo)率（電阻率）：指金屬和合金傳導(dǎo)電流的能力。用電導(dǎo)率γ或電阻率ρ來表示(二者互為倒數(shù)關(guān)系)。導(dǎo)電性高的常見金屬有銀(定為100%)，銅(97%)，鋁(57%)等，銅和鋁由于導(dǎo)電性高且價(jià)格便宜，在電力工業(yè)中被大量作為導(dǎo)電材料使用。導(dǎo)電性低的材料則作為電阻元件，還有導(dǎo)電性很微弱的鍺、硅、硒等則做半導(dǎo)電體用。通常金屬的導(dǎo)電性隨溫度的升高而下降。 磁導(dǎo)率：磁導(dǎo)率是磁感應(yīng)強(qiáng)度和磁場強(qiáng)度的比值，用μ表示，用來衡量磁性材料磁化難易程度的指標(biāo)，單位特斯拉/安培每米。 §2-2金屬的化學(xué)性能 §2-3 金屬的機(jī)械性能 金屬材料的機(jī)械性能（也稱力學(xué)性能）是指金屬材料抵抗各種外加載荷的能力，其中包括：彈性和剛度、強(qiáng)度、塑性、硬度、沖擊韌度、斷裂韌度及疲勞強(qiáng)度等，它們是衡量材料性能極其重要的指標(biāo) 。 §2-3-1 金屬材料的拉伸試驗(yàn) 金屬材料的拉伸試驗(yàn)是應(yīng)用最廣泛的力學(xué)性能試驗(yàn)方法之一。它具有簡單易行、試樣制備方便等特點(diǎn)。試驗(yàn)所得到的材料強(qiáng)度和塑性性能數(shù)據(jù)，對于設(shè)計(jì)和選材、新材料的研制、材料的采購和驗(yàn)收、產(chǎn)品的質(zhì)量控制以及設(shè)備的安全和評(píng)估都有很重要的應(yīng)用價(jià)值和參考價(jià)值。 金屬材料的拉伸試驗(yàn)是用靜拉伸力對試樣軸向拉伸，測量力和相應(yīng)的伸長，一般拉至斷裂，測定其力學(xué)性能指標(biāo)。 室溫拉伸試驗(yàn)試件圖例 典型碳鋼拉伸試驗(yàn)曲線圖 各種拉伸曲線 幾種材料的強(qiáng)度、塑性和韌性指標(biāo) 拉伸試驗(yàn)主要標(biāo)準(zhǔn)： GB/T 228.1-2010《金屬材料 室溫拉伸試驗(yàn)方法》 GB/T 4338-2006《金屬材料 高溫拉伸試驗(yàn)方法》 GB/T 13239-2006《金屬材料 低溫拉伸試驗(yàn)方法》 GB/T 2039-1997 《金屬拉伸蠕變及持久試驗(yàn)方法》 金屬的硬度是表示金屬材料抵抗局部變形，特別是塑性變形、壓痕或劃痕的能力。 常用的金屬硬度試驗(yàn)方法有：布氏硬度試驗(yàn)、洛氏硬度試驗(yàn)、維氏硬度試驗(yàn)和里氏硬度試驗(yàn)等。 金屬材料的硬度與強(qiáng)度有一定的對應(yīng)關(guān)系，其中碳鋼與合金鋼的硬度與強(qiáng)度極限的相互換算可查閱GB/T 1172－1999《黑色金屬硬度及強(qiáng)度換算值》。 布氏硬度試驗(yàn)是用一定直徑的球體，以相應(yīng)的試驗(yàn)力壓入試樣表面，經(jīng)規(guī)定保持時(shí)間后卸除試驗(yàn)力。用測量的表面壓痕直徑計(jì)算硬度。數(shù)據(jù)通常用HBS（鋼球）或HBW（硬質(zhì)合金球表示）。 電廠鍋爐管取樣布氏硬度測試樣品 維氏硬度試驗(yàn)是將相對夾角為1360的正四棱錐體金剛石壓頭，以選定的試驗(yàn)力壓入試樣表面，經(jīng)規(guī)定保持時(shí)間后卸除試驗(yàn)力，用測量的壓痕對角線長度計(jì)算硬度。數(shù)據(jù)通常用HV表示。 里氏硬度計(jì)的檢測原理：里氏硬度計(jì)的沖擊裝置將沖頭從固定位置釋放，沖頭快速?zèng)_擊在試件表面上，通過線圈的電磁感應(yīng)測量沖頭距離試件表面1毫米處的沖擊速度與反彈速度（感應(yīng)為沖擊電壓和反彈電壓），里氏硬度值即以沖頭反彈速度和沖擊速度之比來表示：HL=(Vr/Vi)式中：HL-里氏硬度值；Vr-沖頭反彈速度；Vi-沖頭沖擊速度（注：實(shí)際應(yīng)用裝置中是以沖擊裝置中的閉合線圈感應(yīng)的沖擊電壓和反彈電壓代表沖擊速度和反彈速度）。常用HL表示。 優(yōu)點(diǎn)：里氏硬度計(jì)的主機(jī)接收到?jīng)_擊裝置獲得的信號(hào)進(jìn)行處理、計(jì)算，然后在屏幕上直接顯示出里氏硬度值，便攜式里氏硬度計(jì)用里氏（HL）測量后可以轉(zhuǎn)化為：布氏（HB）、洛氏（HRC）、維氏（HV）、肖氏（HS）硬度。或用里氏原理直接用布氏（HB）、洛氏（HRC）、維氏（HV）、里氏（HL）、肖氏（HS）測量硬度值，同時(shí)可折算出材料的抗拉強(qiáng)度σb，還可以將測量結(jié)果儲(chǔ)存、直接打印輸出或傳送給計(jì)算機(jī)作進(jìn)一步的數(shù)據(jù)處理。應(yīng)用范圍：里氏硬度計(jì)是一種便攜袖珍裝置，可應(yīng)用于各種金屬材料、工件的表面硬度測量，特別是大型鍛鑄件的測量，其最大的特點(diǎn)是可以任意方向檢測，免去了普通硬度計(jì)對工件大小、測量位置等的限制。缺點(diǎn)：受現(xiàn)場工件表面狀況影響較大，準(zhǔn)確性相對較低，尤其是與其它硬度換算。 洛氏硬度試驗(yàn)是在初始試驗(yàn)力及主試驗(yàn)力先后作用下，將壓頭（金剛石圓錐或鋼球）壓入試樣表面，經(jīng)規(guī)定保持時(shí)間后卸除主試驗(yàn)力，用測量的殘余壓痕深度增量計(jì)算硬度。根據(jù)標(biāo)尺不同表征的洛氏硬度有HRA、HRB和HRC。 金屬的韌性是指金屬材料在斷裂前吸收變形能量的能力，一般是通過沖擊試驗(yàn)進(jìn)行測定的。 金屬夏比缺口沖擊試驗(yàn)是用規(guī)定高度的擺錘對處于簡支梁狀態(tài)的缺口試樣進(jìn)行一次擊打，測量試樣折斷時(shí)沖擊吸收能量的試驗(yàn)。 試驗(yàn)方法：用一定尺寸和形狀的金屬試樣在規(guī)定類型的沖擊試驗(yàn)機(jī)上承受沖擊載荷而折斷時(shí)，斷口上單位橫截面積上所消耗的沖擊功表征材料的韌性。 沖擊試驗(yàn)可用于檢測電網(wǎng)金屬部件抵抗沖擊破壞的能力。 在檢驗(yàn)材料內(nèi)部結(jié)構(gòu)變化、脆性破壞缺口及熱加工質(zhì)量方面，沖擊試驗(yàn)具有比其它方法更為敏感的優(yōu)點(diǎn)，并且方法比較簡單，所以廣泛應(yīng)用于生產(chǎn)中。 當(dāng)溫度降低時(shí)，金屬材料由韌性狀態(tài)變化為脆性狀態(tài)的溫度區(qū)域，稱為脆性轉(zhuǎn)變溫度或稱為韌性－脆性轉(zhuǎn)變溫度。因測定方法不同有多種表示方法。 在脆性轉(zhuǎn)變溫度區(qū)域以上，金屬材料處于韌性狀態(tài)，發(fā)生斷裂的形式主要是韌性斷裂；在此溫度區(qū)域以下，材料處于脆性狀態(tài)，斷裂主要為脆性狀態(tài)。 在工程應(yīng)用中，為防止構(gòu)件脆斷，應(yīng)選用脆性轉(zhuǎn)變溫度低于構(gòu)件下限工作溫度的材料。 緊固件（含螺栓、螺母、螺釘和螺柱）作為電網(wǎng)企業(yè)廣泛應(yīng)用的設(shè)備構(gòu)件之一，其性能優(yōu)劣對保障設(shè)備安全、正常運(yùn)行具有極其重要的作用。企業(yè)生產(chǎn)的各類緊固件必須符合國家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的要求。 國家標(biāo)準(zhǔn)緊固件機(jī)械性能標(biāo)準(zhǔn)GB系列 GB/T 3098.1－2010 緊固件機(jī)械性能 螺栓、螺釘和螺柱 GB/T 3098.2－2000 緊固件機(jī)械性能 螺母 粗牙螺紋 GB/T 3098.3－2000 緊固件機(jī)械性能 緊定螺釘 GB/T 3098.4－2000 緊固件機(jī)械性能 螺母 細(xì)牙螺紋 GB/T 3098.5－2010 緊固件機(jī)械性能 自攻螺釘 GB/T 3098.6－2010 緊固件機(jī)械性能 不銹鋼螺栓、螺釘和螺柱 … … … … GB/T 3098.20－2004 緊固件機(jī)械性能 蝶形螺母 保證扭矩 GB/T 3098.21－2008 緊固件機(jī)械性能 不銹鋼自攻螺釘 GB/T 3098.22－2009 緊固件機(jī)械性能 細(xì)晶非調(diào)質(zhì)鋼螺栓、螺釘和螺柱 第三章 電網(wǎng)中常見金屬 概述 電網(wǎng)中金屬技術(shù)監(jiān)督主要受監(jiān)設(shè)備有：桿塔、架構(gòu)等重要金屬構(gòu)件，電力金具，高壓絕緣開關(guān)，絕緣子及套管，壓力容器等。這些設(shè)備中所用到的材料主要是金屬，金屬材料的材質(zhì)和性能必須符合國家標(biāo)準(zhǔn)和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。 尤其是受監(jiān)督的金屬材料必須經(jīng)質(zhì)量驗(yàn)收合格，應(yīng)有合格證或質(zhì)量保證書。金屬材料應(yīng)標(biāo)明牌號(hào)、化學(xué)成分、機(jī)械性能及必要的金相、熱處理工藝等。電瓷材料瓷件規(guī)定部位的制造廠商標(biāo)及制造年份應(yīng)清晰、牢固，并應(yīng)具有永久性。 受監(jiān)督的金屬材料若系有色金屬、合金鋼時(shí)，在使用前應(yīng)進(jìn)行光譜分析，檢測結(jié)果與設(shè)計(jì)要求相符才能使用。重要部件除進(jìn)行光譜分析外，必要時(shí)還應(yīng)進(jìn)行金相及硬度抽查，符合要求才能使用。 目前在電網(wǎng)中常見的金屬材料主要有：碳素結(jié)構(gòu)鋼，低合金高強(qiáng)鋼，不銹鋼，鑄造鋁合金和銅合金等。 §3-1 碳素結(jié)構(gòu)鋼 碳素結(jié)構(gòu)鋼是一類含碳量約0.05％～0.70％的碳素鋼，個(gè)別高達(dá)0.90％。電網(wǎng)中主要用于鐵塔承重部件，金具緊固用螺栓和螺母等機(jī)械零件。 這類鋼主要保證力學(xué)性能，故其牌號(hào)體現(xiàn)其力學(xué)性能，用Q＋數(shù)字表示 ，其中“Q”為屈服點(diǎn)“屈”字的漢語拼音字首，數(shù)字表示屈服點(diǎn)數(shù)值，例如Q275表示屈服點(diǎn)為275MPa。若牌號(hào)后面標(biāo)注字母A、B、C、D，則表示鋼材質(zhì)量等級(jí)不同，含S、P的量依次降低，鋼材質(zhì)量依次提高。若在牌號(hào)后面標(biāo)注字母“F”則為沸騰鋼，標(biāo)注“b”為半鎮(zhèn)靜鋼，不標(biāo)注“F”或“b”者為鎮(zhèn)靜鋼。例如Q235-A.F表示屈服點(diǎn)為235MPa的A級(jí)沸騰鋼，Q235-C表示屈服點(diǎn)為235MPa的C級(jí)鎮(zhèn)靜鋼。 碳素結(jié)構(gòu)鋼一般情況下都不經(jīng)熱處理，而在供應(yīng)狀態(tài)下直接使用。通常Q195、Q215、Q235鋼碳的含量較低，焊接性能好，塑性、韌性好，有一定強(qiáng)度，常軋制成薄板、鋼筋、焊接鋼管等，用于橋梁、建筑等結(jié)構(gòu)和制造普通螺釘、螺母等零件。Q255和Q275鋼碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)稍高，強(qiáng)度較高，塑性、韌性較好，可進(jìn)行焊接，通常軋制成型鋼、條鋼和鋼板作結(jié)構(gòu)件以及制造簡單機(jī)械的連桿、齒輪、聯(lián)軸節(jié)、銷等零件。 具體化學(xué)成分和力學(xué)性能可參考標(biāo)準(zhǔn)GB/T 700-2006《碳素結(jié)構(gòu)鋼》和DL/T 764.4-2002《輸電線路鐵塔及電力金具緊固用冷鐓熱浸鍍鋅螺栓與螺母》。 §3-2 低合金高強(qiáng)鋼 不銹鋼一般是不銹鋼和耐酸鋼的統(tǒng)稱。它們化學(xué)成分上的共同特點(diǎn)一般是含有12％以上的Cr的以鐵為基的合金。不銹鋼的研究開發(fā)近年來取得了重大進(jìn)展，出現(xiàn)了化學(xué)成分和性能上有獨(dú)特之處且工業(yè)上已獲得應(yīng)用的一些鋼種。 電網(wǎng)金具，拉桿，夾具很多采用的都是不銹鋼。 不銹鋼按照基體金相組織基本分5類： a) 馬氏體不銹鋼：含Cr量12～18％，高溫得到單相γ，。如1Cr13、2Cr13、 1Cr17Ni2等； b) 鐵素體不銹鋼：加熱、冷卻時(shí)沒有αγ轉(zhuǎn)變，有Cr13型、 Cr16-19型和Cr25-28型三類。如0Cr13、Cr17Ti， Cr25Ti等； c) 奧氏體不銹鋼：應(yīng)用最為廣泛，約占不銹鋼總產(chǎn)量的2/3，典型成分為18％-Cr8%Ni，其特點(diǎn)是利用鉻、鎳的配合來獲得單相奧氏體并提高耐蝕性。如0Cr18Ni9、1Cr18Ni9Ti等； d) 鐵素體-奧氏體不銹鋼（雙相不銹鋼）：目前精選成分為18～26 ％Cr、4～7%Ni。如AISI329、3RE60等 e)奧氏體-馬氏體型沉淀硬化不銹鋼：屬超高強(qiáng)度不銹鋼。如17－7PH、AM350等。 §3-3-2 幾種常見不銹鋼 0Cr18Ni9鋼是一種含碳量超低的奧氏體不銹鋼，不但具有良好的耐蝕性還具有一定的抗晶間腐蝕能力。該鋼的焊接性能也較好，焊后不需要熱處理。塑性和低溫韌性也很好，并能拋光。 1.用途：用于制造要求耐腐蝕的設(shè)備零部件，并可用作耐酸容器及設(shè)備襯里，輸送管道等設(shè)備和零件。這類材料即使在苛刻條件下焊接和使用，也沒有產(chǎn)生晶間腐蝕的危險(xiǎn)。可應(yīng)用于石油、化工、紡織、輕工、核能等工業(yè)中要求焊接的容器、塔、槽、管道等。 2.化學(xué)成分（％）：C：≤0.06；Si：≤1.00；Mn：≤2.00；S：≤0.030；P：≤0.035；Cr：17.00～19.00；Ni：8.00～11.00。 3.化學(xué)性能：這類鋼中含C量降到0.10％以下，即使較長時(shí)間敏化處理（或焊接），由于沒有或僅有少量鉻碳化物的沉淀，在腐蝕介質(zhì)作用下，也不會(huì)再出現(xiàn)晶間腐蝕。在不同濃度和不同溫度的一些有機(jī)酸和無機(jī)酸中，尤其在氧化性介質(zhì)中都有良好的耐蝕性能。 1Cr17Ni2鋼屬于馬氏體型鋼，經(jīng)淬火至低溫回火后，具有高的強(qiáng)度、韌性和耐腐蝕性能，可以用各種方法進(jìn)行焊接。另外還具有良好的切削性能、冷沖壓性能及品拋光性能。為控制鋼中a－鐵素體含量，以免引起力學(xué)性能降低，應(yīng)控制鋼的鉻、鎳含量，即鉻控制在10％～17％，鎳控制在2％～2.5％。該鋼經(jīng)淬火－回火后在400℃以下使用。 1. 用途：用于高強(qiáng)度和高耐腐蝕性的零部件，如要求耐蝕的葉片、葉輪、主軸、高中壓閥桿及緊固件。 2. 化學(xué)成分（％）：C：0.11～0.17；Si：≤0.80；Mn：≤0.80；S： ≤0.030；P：≤0.035；Cr：16.00～18.00；Ni：1.50～2.50。 3. 力學(xué)性能：950～1050℃油冷，275～350 ℃空冷回火； Rm≥1100MPa；A≥10％；ak ≥ 50J/cm2；HB(退火)≤285。 4. 化學(xué)性能：在800℃以下空氣介質(zhì)中，具有穩(wěn)定的抗氧化性能。不同介質(zhì)條件下（酸性、堿性）的耐腐蝕性能高。 §3-4 鑄造鋁合金 2）Al-Cu合金 Al-Cu系合金具有高的強(qiáng)度和耐熱性，Cu4%，加入過渡族元素可進(jìn)一步提高耐熱性。可以進(jìn)行固溶、時(shí)效強(qiáng)化，但抗蝕性、鑄造性能不如Al-Si合金。 可用于制備葉輪、靜葉片。例如用于柴油機(jī)活塞和飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)氣冷汽缸頭的242合金（Al-4Cu-2Ni-1.5Mg）。加入Re元素能使耐熱性有進(jìn)一步提高。 3）Al-Mg合金 Al-Mg系鑄造鋁合金具有高的拉伸性能、抗蝕性和良好的切削加工性，但其鑄造性能、熱強(qiáng)度較差。 鑄造鋁合金的發(fā)展向著高強(qiáng)、耐高溫以及耐磨等方向發(fā)展。提高原材料純度，復(fù)雜合金化，改進(jìn)熱處理工藝，采用優(yōu)質(zhì)熔鑄技術(shù)均為提高鑄造鋁合金性能的重要手段。 具體牌號(hào)和技術(shù)要求參見GB/T 1173-1995《鑄造鋁合金》。 §3-5 銅合金 銅是人類最早使用的金屬。純銅的導(dǎo)電、導(dǎo)熱性能僅次于Ag（Ag、Cu、Al、Mg、Zn、Ni）；密度8.94g/cm3， 熔點(diǎn)1083℃;為fcc結(jié)構(gòu)，無同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變。 純銅通常呈紫紅色，故稱紫銅。紫銅具有好的導(dǎo)電、導(dǎo)熱、耐蝕和可焊等性能，并可冷、熱壓力加工成各種半成品，工業(yè)上制備導(dǎo)電、導(dǎo)熱和耐蝕等器材。只能冷加工硬化，σbmax：400～450 MPa。為改善銅的性能，有時(shí)須添加某些其它微量元素。 無氧銅及脫氧銅所有雜質(zhì)及微量元素均不同程度地降低銅的導(dǎo)電性和導(dǎo)熱性。 固溶于銅對于銅的導(dǎo)電性和導(dǎo)熱性降低較多，而呈第二相析出則對銅的導(dǎo)電性和導(dǎo)熱性降低較少。 銅合金分類： 黃銅：Cu-Zn為基的銅合金； 白銅：Cu-Ni為基的銅合金; 青銅：除黃銅、白銅以外的銅合金。 具體牌號(hào)和技術(shù)要求參見 GB/T 20078-2006《銅和銅合金鍛件》。 §3-5-1 黃銅 白銅 Cu-Zn為基的合金為黃銅。 低Zn黃銅有H96、H90、H85，具備良好的導(dǎo)電、導(dǎo)熱、耐蝕，易冷熱加工，可做冷凝管、散熱片、導(dǎo)電部件。 三七黃銅有H70、H68，特點(diǎn)是高塑、較高抗拉強(qiáng)度，冷成形好，適用于冷沖壓、深拉法制造形狀復(fù)雜零件，可做 彈殼、炮彈筒。 普通白銅是Cu-Ni合金 結(jié)構(gòu)白銅 該類白銅焊接性能好，可用做冷凝管、蒸發(fā)器。主要有以下幾類： 1）鐵白銅中的微量Fe用于細(xì)化晶粒，可耐海水腐蝕。 2）鋅白銅俗稱“德銀”，Zn大量固溶于 Cu-Ni合金中，抗大氣腐蝕。 3）BZn15-20呈銀白色，機(jī)械性能好，可用于生產(chǎn)精密儀器、電工和醫(yī)療器材、藝術(shù)制品。 §3-5-2 青銅 錫青銅 有三千多年的歷史，青銅器、銅鏡、武器、鼎。主要特點(diǎn)是耐磨、耐蝕、彈性好、鑄件收縮小。主要用途有三：1）彈性材料：彈性元件；2）耐磨材料：軸承軸套、軸瓦、齒輪；3）藝術(shù)鑄件：銅像。 Cu-Sn合金結(jié)晶T間隔大，流動(dòng)性差，枝晶偏析嚴(yán)重，可以通過均勻化退火消除，但分散縮孔多，不形成集中縮孔，體積收縮小，目前用做工藝品較多。 銅鋁線夾斷裂 第四章 常用的金屬理化檢驗(yàn)方法 §4-1 宏觀檢驗(yàn) 宏觀檢驗(yàn)也叫低倍檢驗(yàn)，指金屬結(jié)晶組織；金屬凝固時(shí)形成的氣孔、縮孔、疏松等缺陷；某些元素的宏觀偏析，如硫、磷；壓力加工形成的流線、纖維組織；熱處理件的淬硬層、滲碳層等；各種焊接缺陷以及夾雜物、白點(diǎn)、發(fā)紋、斷口等。 檢驗(yàn)方法有：酸蝕試驗(yàn)、斷口檢查、塔形車削發(fā)紋檢驗(yàn)、硫印檢驗(yàn)等幾種。 斷口可以記錄金屬斷裂時(shí)的全過程，即裂紋的產(chǎn)生、擴(kuò)展直至開裂。不同的材料和受力狀態(tài)，不同的作用時(shí)間和溫度以及不同的環(huán)境條件下產(chǎn)生的斷裂，可表現(xiàn)為斷口形貌特征的具體差異，具體分析各種斷口形貌與各種因素的內(nèi)在關(guān)系可揭示金屬斷裂機(jī)理，進(jìn)行事故分析及采取預(yù)防措施非常重要。 §4-2 元素分析 材料的性能首先決定于其化學(xué)成分。 化學(xué)成分分析 按其任務(wù)可分為：定性分析和定量分析。 按其測試范圍可分為：平均成分和微區(qū)化學(xué)成分分析。 §4-2-1 光譜分析 光譜化學(xué)分析是根據(jù)物質(zhì)的光譜測定物質(zhì)組分的儀器分析方法，通常簡稱光譜分析。其優(yōu)點(diǎn)是分析速度快，靈敏度高，即使含量在0.01%以下的微量元素也可分析，還可同時(shí)分析多個(gè)元素。 隔離開關(guān)觸頭 EDS對裂紋尖端面掃描 §4-2-2能譜分析EDS EDS微區(qū)成分分析 §4-3 金相分析 金相分析是在光學(xué)顯微鏡下觀察、辨認(rèn)和分析金屬的微觀金相組織、分布情況及缺陷的一種微觀分析�？捎糜陔娋W(wǎng)金具鍍層測厚（準(zhǔn)確度較高），金相組織的判斷等。 §4-4 電子顯微鏡技術(shù) §4-4-1 掃描電鏡成像原理 電子槍發(fā)射出高速運(yùn)動(dòng)的電子束，通過由電場或磁場組成的電子透鏡使之聚焦，聚焦后的電子束射到試樣表面，然后通過物鏡、中間鏡和投影鏡等電子透鏡進(jìn)一步放大，最后在熒光屏上得到具有一定襯度的電子圖像。下圖為原理圖。 §4-4-2 掃描電鏡的應(yīng)用 掃描電鏡在失效分析工作中具有特殊重要的作用，它的出現(xiàn)對斷口分析和斷口學(xué)形成起了重要的推動(dòng)作用。目前顯微斷口的分析工作大都是用掃描電鏡來完成的。 主要特點(diǎn)： 分辨率高，可達(dá)3－4nm 放大倍數(shù)范圍廣，從幾倍到幾十萬倍，且可連續(xù)調(diào)整 景深大，適用觀察粗糙的表面，有很強(qiáng)的立體感，能做表面形貌分析 可對樣品直接觀察而無需特殊制樣 可以加配電子探針（能譜儀或波譜儀）附件，將形貌觀察和微區(qū)成分分析結(jié)合起來。 掃描電鏡樣品制備一般原則： 顯露出所欲分析的位置 表面導(dǎo)電性良好，需能排除電荷 不得有松動(dòng)的粉末或碎屑（以避免抽真空時(shí)粉末飛揚(yáng)污染鏡柱體） 需耐熱，不得有熔融蒸發(fā)的現(xiàn)象 不能含液狀或膠狀物質(zhì)，以免揮發(fā) 非導(dǎo)體表面需鍍金或鍍碳 掃描電鏡照片示例 光學(xué)顯微鏡與掃描電鏡比較ZkK紅軟基地

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