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金屬材料的性能是選擇材料的主要依據。金屬材料的性能一般分為工藝性能和使用性能。使用性能是指金屬零件在使用條件下金屬材料表現出來(lái)的性能。金屬材料的使用性能決定了它的使用范圍。使用性能包括物理性能、化學(xué)性能和力學(xué)性能。
金屬在力、熱、光、電等物理作用下所反映的特性為金屬的物理性能，其主要物理性能指標見(jiàn)表 1。
表1 金屬的物理性能
金屬材料的化學(xué)性能是指金屬材料在室溫或高溫條件下，抵抗各種腐蝕性介質(zhì)對它進(jìn)行化學(xué)侵蝕的一種能力。金屬材料的化學(xué)性能，主要在于耐腐蝕性。金屬材料抵抗周?chē)橘|(zhì)腐蝕破壞作用的能力稱(chēng)為耐腐蝕性。
化學(xué)腐蝕是金屬與周?chē)橘|(zhì)直接起化學(xué)作用的結果，它包括氣體腐蝕和金屬在非電解質(zhì)中腐蝕兩種腐蝕形式。其特點(diǎn)是腐蝕過(guò)程不產(chǎn)生電流，并且腐蝕產(chǎn)物沉積在金屬表面上。如純鐵在水中或在高溫下受蒸汽和氣體的作用而引起的生銹現象，就是化學(xué)腐蝕的典型例子。
金屬與酸、堿、鹽等電解質(zhì)溶液接觸時(shí)發(fā)生作用而引起的腐蝕，稱(chēng)為電化學(xué)腐蝕。它的特點(diǎn)是腐蝕過(guò)程中有電流產(chǎn)生（即所謂微電池作用），其腐蝕產(chǎn)物（鐵銹）不覆蓋在作為陽(yáng)極的金屬表面上，而是在距離陽(yáng)極金屬的一定距離處。引起電化學(xué)腐蝕的原因，一般認為與金屬的電極電位有關(guān)。電化學(xué)腐蝕的過(guò)程比化學(xué)腐蝕要復雜得多，其危害性也比較大。金屬材料遭受到腐蝕破壞，大多屬于這一類(lèi)型的腐蝕。
表2 常見(jiàn)金屬腐蝕類(lèi)型
腐蝕率是指將試樣置于試驗介質(zhì)中，經(jīng)一定時(shí)間后測量其重量變化所求得的材料的全面腐蝕 （即均勻腐蝕）速度。腐蝕率可用單位時(shí)間、單位面積上的質(zhì)量損失來(lái)表示，計算公式如下：
表3 金屬材料耐腐蝕性能的分類(lèi)及級別
材料的力學(xué)性能是指材料在不同環(huán)境（如溫度、介質(zhì)、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(shí)所表現出的力學(xué)特征。由于載荷施加的方式多種多樣，而環(huán)境、介質(zhì)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(huì )大不相同，致使金屬材料力學(xué)性能所研究的內容非常廣泛，它已發(fā)展成為介于金屬學(xué)和材料力學(xué)之間的一門(mén)邊緣學(xué)科。因為金屬構件的承載條件一般用各種力學(xué)參量 （如應力、應變和沖擊能量等）來(lái)表示，因此，人們便將表征金屬材料力學(xué)行為的力學(xué)參量的臨界值或規定值稱(chēng)為金屬材料力學(xué)性能指標，如強度指標、塑性指標和韌性指標等。金屬的力學(xué)性能見(jiàn)表4。
表4 金屬的力學(xué)性能
金屬焊接性是金屬材料本身對焊接加工的適應性，主要指在一定的焊接工藝條件下（包括焊接材料、焊接方法、焊接工藝參數和結構形式等），能否獲得優(yōu)質(zhì)焊接接頭的難易 程度以及該接頭能否在規定的使用條件下可靠運行。它包括兩方面內容：一是焊接接頭的接合性能，即在一定焊接工藝條件下，能否得到優(yōu)質(zhì)而無(wú)缺陷焊接接頭的能力；一是使用性能，即焊接接頭或焊后的整體構件能否滿(mǎn)足技術(shù)要求所規定的各種使用條件。影響焊接性的因素很多，對鋼鐵材料而言，有選用的材料、結構及其接頭的設計、工藝方法及其規范，接頭服役的環(huán)境條件等因素。
焊接接頭一般包括焊縫金屬區、熔合線(xiàn)、熱影響區幾部分。熱影響區系指焊縫兩側金屬因焊接加熱致使組織和性能發(fā)生變化的區域。熱影響區組織性能的變化不僅取決于所受的熱循環(huán)，而且還取決于母材的成分和原始狀態(tài)，如圖2所示。
圖2 焊接熱影響區的分布特征 1一熔合區；2一過(guò)熱區；3一正火區；4一不*重結晶區；5一母材；6-淬火區；7一部分淬火區；8一回火區
不易淬火鋼是指在焊后自然冷卻條件下不易形成馬氏體的鋼種，如普通低碳鋼等。如圖2所示，不易淬火鋼的熱影響區由熔合區、過(guò)熱區、正火區和不*結晶區四部分組成。
(1)熔合區。熔合區包括填充金屬熔化區和半熔化區（即加熱溫度在液相線(xiàn)和固相線(xiàn)之間），半熔化區由于化學(xué)成分和組織性能有較大的不均勻性，其強度、韌性較差，應引起注意。
(2）過(guò)熱區。受熱溫度一般在1100℃左右，該區晶粒開(kāi)始急劇長(cháng)大，冷卻后會(huì )得到粗大的過(guò)熱組織，也叫粗晶區。此區容易產(chǎn)生脆化和 引起裂紋。
(3)正火區（相變重結晶區）。受熱溫度在 Ac3以上到晶粒開(kāi)始急劇長(cháng)大的溫度范圍內，此區晶粒未顯著(zhù)長(cháng)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，具有好的綜合性能。
(4）不*重結晶區。受熱溫度處于A(yíng)c1~Ac3之間，此區組織不均勻，晶粒大小不一，其力學(xué)性能不均勻。
以上四區是低碳鋼、低合金鋼熱影響區的基本組織特征。但有些母材在焊前，經(jīng)過(guò)冷軋或冷加工變形后，則會(huì )在處于受熱溫度接近 500℃-Ac1之間的范圍內，金屬發(fā)生再結晶過(guò)程，使加工硬化作用消失，強度下降，塑性、韌性提高。但對于有時(shí)效敏感性的鋼，在 Ac1-300℃溫度范圍內，如時(shí)間稍長(cháng)、極易發(fā)生應變時(shí)效，使此區脆化，因此，此區又叫時(shí)效脆化區，雖其金屬組織無(wú)明顯變化，但具有缺口敏感性，焊接時(shí)應注意。
易淬火鋼是指在焊后空冷條件下容易淬火形成馬氏 體等淬硬組織的鋼種、如調質(zhì)鋼和 中碳鋼等。
(1)*淬火區。受熱溫度處于固相線(xiàn)到A,之間，此區由于晶粒長(cháng)大，得到粗大的馬氏體，如冷卻速度不同，還可能出現馬氏體和貝氏體混合組織。淬火組織容易產(chǎn)生脆性和裂紋。
(2）不*淬火區。受熱溫度處于 Ac1-Ac3之間，相當于不*重結晶區。隨母材元素含量或冷卻速度的不同，也可能出現貝氏體、索氏體、珠光體等混合組織。
(3)回火區。如母材在焊前是經(jīng)過(guò)調質(zhì)處理的鋼材，還會(huì )存在一個(gè)回火軟化區。如母材焊前調質(zhì)回火溫度為t1時(shí)，焊接過(guò)程中，當受熱溫度超過(guò)此回火溫度 t1（且小于A(yíng)c1時(shí)），則發(fā)生過(guò)回火軟化現象。如低于t1，其組織性能不變。
焊接裂紋可以通過(guò)肉眼或探傷手段發(fā)現。焊接裂紋的分類(lèi)：如按裂紋產(chǎn)生的部位可分焊縫裂紋、熔合區裂紋、根部裂紋、焊趾裂紋、弧坑裂紋等；如按裂紋產(chǎn)生的機理可分熱裂紋、再熱裂紋、冷裂紋、應力腐蝕裂紋等。焊接裂紋是焊接接頭中最嚴重的缺陷，在結構和設備部件中，都不允許存在。
表5 各種焊接裂紋分類(lèi)表
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