简答题2. 解释Fe-Fe
3C状态图中的特性线及其含义。
Fe-Fe
3C状态图中的特性线,是各个不同成分的合金具有相同意义的特性点的连接线。Fe-Fe
3C状态图中的特性线及其含义见表4-3。
表4-3 Fe-Fe3C状态图中的特性线
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特性线 |
含义 |
ACD |
铁碳合金的液态线,液态合金开始结晶出奥氏体 |
CD |
铁碳合金开始结晶出渗碳体 |
AECF |
铁碳合金的固态线,即奥氏体的结晶终了线 |
ECF |
铁碳合金的共晶转变线 |
CS |
奥氏体转变为铁素体的起始线 |
DP |
奥氏体转变为铁素体的终了线 |
ES |
碳在奥氏体中溶解度线 |
PQ |
碳在铁素体中溶解度线 |
PSK |
奥氏体转变为珠光体的共析转变线 |
3. 碳钢的定义是什么?
通常将含碳量在0.02%~2.11%的铁碳合金称为碳钢,又称碳素钢。实际使用的碳钢含碳量一般不超过1.4%,同时还含有少量的硫、磷、锰、硅等杂质元素。
4. 碳钢分类及其含量有什么?
按含碳量分——低碳钢含碳量≤0.25%的钢。中碳钢含碳量在0.25%~0.60%的钢。高碳钢含碳量>0.60%的钢。
按硫磷含量分——普通碳素钢硫含量≤0.055%,磷含量≤0.045%。优质碳素钢硫磷含量均≤0.040%。高级优质碳素钢硫含量≤0.030%,磷含量≤0.035%。
按用途分——碳素结构钢含碳量在0.7%以下。碳素工具钢含碳量在0.7%以上。
5. 铸铁的特性有哪些?
铁碳合金在含碳量大于2.11%时就称之为铸铁。铸铁有较低的熔点,优良的铸造性能,高的减摩性和耐磨性,良好的消振性和低的缺口敏感性,生产工艺简单,成本低廉。合金化后还有良好的耐热性或耐蚀性。
近几年,高强度球墨铸铁的强度极限可达1200MPa,并具有一定的韧性使得铸铁的应用范围更为广泛。
6. 合金钢的性能是什么?
在碳钢中加入一些其他的元素后形成的钢就叫合金钢。它具有比碳钢更为优良的综合机械性能和较高的淬透性,更为优良的耐磨性和热硬性以及特殊的物理性能。缺点是冶炼工艺较复杂,某些加工性能较差,价格昂贵。
7. 什么是耐热钢?
能在常温下长期工作而不致于因介质侵蚀造成破损的钢称为热稳定钢。在高温下仍具有足够的强度能长期工作而不发生大量变形或破断的钢称为热强钢。一般热强钢也兼有抗氧化性。这两种钢通称耐热钢。电厂用的耐热钢主要指工作温度在450~620℃范围内的低合金耐热钢。
8. 什么是不锈钢?
不锈耐酸钢(简称不锈钢),是由不锈钢和耐酸钢两大部分组成的。简言之,能抵抗大气腐蚀的钢叫不锈钢,而能抵抗化学介质(如酸类)腐蚀的钢叫做耐酸钢。一般说来,含铬量大于12%的钢,就具有了不锈钢的特点。
不锈钢按热处理后的显微组织,又分为五大类,即铁素体不锈钢、马氏体不锈钢、奥氏体不锈钢、奥氏体-铁素体不锈钢及沉淀硬化不锈钢。
9. 试述优质碳素结构钢在电厂锅炉及其辅机的应用。
优质碳素结构钢一般是在热处理后使用。10号、15号、20号和25号钢因为含碳量低、强度低、塑性高、焊接性好,常用来制作冷冲压零件,如扩容器、疏水器、管子以及垫圈等。中压锅炉的管子也用这类材料制作。
10. 试述优质碳素结构钢在电厂锅炉及其辅机的应用。
优质碳素结构钢一般是在热处理后使用。10号、15号、20号和25号钢因为含碳量低、强度低、塑性高、焊接性好,常用来制作冷冲压零件,如扩容器、疏水器、管子以及垫圈等。中压锅炉的管子也用这类材料制作。
15号、20号、25号钢经过渗碳、淬火、回火,还可以制作转动机械用的齿轮、凸轮、活塞销子等。
35号、40号、45号、50号钢经过调质处理,用来制作受力较大的紧固件、轴、齿轮。
60号、65号钢因为具有高的强度和弹性,常用来制作各类弹簧。
11. 试述铸铁在锅炉上的用途。
铸铁在锅炉上的用途见表4-4。
表4-4 铸铁在锅炉上的用途
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铸铁类别 |
牌号 |
热处理方法 |
使用举例 |
铁素体基 |
灰口HT10-26 |
最高300~330℃ |
轴承盖 |
铁索体珠光体基 |
灰口HT15-33 |
最高300~330℃ |
油泵体 |
珠光体基 |
灰口HT20-40 |
最高300~330℃ |
水泵体 |
珠光体基 |
灰口HT25-54 |
最高300~330℃ |
轴承座 |
铁素体(完全) |
球墨QT40-17 |
退火 |
泵、阀体、受压 容器 |
铁素体(>80%) |
球墨QT42-10 |
退火或铸态 |
轮毂、齿轮箱 阀门壳 |
铁素体(<80~ 50%)+珠光体 |
球墨QT50-5 |
铸态 |
机械座、传动轴 |
珠光体(<80~ 50%)+铁索体 |
球墨QT60-2 |
铸态 |
齿轮、曲轴、连 杆 |
珠光体或回火索 氏体 |
球墨QT70-2 |
铸态或正火、淬 火、回火 |
齿轮、曲轴、连 杆 |
珠光体或回火索 氏体 |
球墨QT80-2 |
铸态或正火、淬 火、回火 |
齿轮、曲轴、连 杆 |
下贝氏体或回火 托氏体、回火马氏 体 |
球墨QT120-1 |
等温淬火或淬火、 回火 |
高速重载齿轮 传动轴、轴承套圈 |
含硅耐热球墨铸 铁① |
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喷火燃器喷嘴 锅炉蛇形管的垂直 夹板 |
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①可在900℃的高温下工作。
12. 什么叫锅炉钢?对其性能要求有哪些?
锅炉钢主要指用来制造过热器、主蒸汽和锅炉燃烧室受热面用的材料。对锅炉钢的性能要求主要有良好的焊接性能、一定的高温强度和耐碱性腐蚀、耐氧化等。常用的锅炉钢有平炉冶炼的低碳镇静钢或电炉冶炼的低碳钢,含碳量在0.16%~0.26%范围内。制造高压锅炉时则应用珠光体耐热钢或奥氏体耐热钢。近年来也采用普通低合金钢建造锅炉,如12Mn、15MnV、18-MnVNb等。
13. 锅炉常用哪些合金结构钢?
(1)普通低合金钢:铁素体与珠光体(索氏体),如锅炉钢管、汽包、炉顶主梁、风机叶片。常用钢号有09Mn2,16Mn,15MnTi,15MnV,14MnMoV。
(2)调质合金钢:回火索氏体,如连接螺丝、连杆、轴类。钢号45Mn2,40Cr,40MnVB,40CrNiMo。
(3)弹簧钢:回火托氏体,如各种弹簧。钢号55Si2Mn,55SiMnVB,50CrVB。另外45Cr1MoV和30W4CrVA则用作锅炉主安全阀弹簧。
(4)滚动轴承钢:回火马氏体与残余奥氏体与粒状碳化物,如各类轴承套圈、滚动体。钢号GCr6,GCr15,GCr15SiMn。
14. 锅炉钢管的工作条件和要求是什么?
锅炉钢管即水冷壁、过热器、再热器、省煤器、联箱及主蒸汽管、导汽管等管道的用管。由于这些管子在高温、高压、应力以及腐蚀介质的环境中长期工作,因此就会产生蠕变和氧化、腐蚀。
为了保证机组安全可靠运行,要求管子用钢有足够的蠕变极限、持久的强度和良好的持久塑性,有高的抗氧化性能和耐腐蚀性能,有足够的组织稳定性,有良好的工艺性能,尤其是焊接性能。
15. 电厂锅炉用钢管的范围是什么?
温度在450℃以下的低压锅炉钢管主要使用10号、20号优质碳素钢。中、高压机组水冷壁和省煤器钢管用20A碳钢外,其余大部分采用合金钢管。另外锅炉管道可采用低合金耐热钢、马氏体耐热钢和奥氏体耐热钢。
16. 电厂锅炉钢管钢号及使用范围是哪些?
见表4-5。
表4-5 电厂锅炉钢管钢号及使用范围
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钢的 种类 |
钢号 |
标准 编号 |
使用范围 |
用途 |
工作压力(MPa) |
壁温(℃) |
碳 素 钢 |
10,20 |
GB3087 |
受热面管子 |
≤5.9 |
≤450 |
联箱、蒸汽管道 |
≤425 |
碳 素 钢 |
20g |
GB5310 |
受热面管子 |
不限 |
≤450 |
联箱、蒸汽管道 |
≤425 |
合 金 钢 |
12CrMog 15CrMog |
GB5310 |
受热面管子 |
不限 |
≤560 |
联箱、蒸汽管道 |
≤550 |
12Cr1MoVg |
GB5310 |
受热面管子 |
不限 |
≤580 |
联箱、蒸汽管道 |
≤565 |
12Cr2MoWVTiB |
GB5310 |
受热面管子 |
不限 |
≤600 |
12Cr3MoVSiTiB |
≤600 |
17. 电厂钢材在使用过程中,常见的腐蚀损坏类型有哪些?
电厂钢材在使用过程中常见的腐蚀损坏类型有蒸汽腐蚀(氢脆)、烟气腐蚀(硫腐蚀)、垢下腐蚀、苛性脆化、应力腐蚀、腐蚀疲劳等。
18. 金属技术监督的目的是什么?
金属技术监督的目的是通过对受监部件检测和诊断,及时了解并掌握设备金属部件的质量情况和健康状况,防止由于选材不当、材质不佳、焊接缺陷、运行工况不良、应力状况不当等因素而引起的各类事故,从而减少非计划停运次数,提高设备运行的可靠性,延长设备的使用寿命。
19. 何谓超温与过热?两者的关系如何?
超温,就是金属超过其额定温度运行。过热,它与超温的含义相同,但区别在于:超温是指运行而言,过热则是指爆管而言,过热是超温的结果,超温是过热的原因。
20. 何谓蠕变,蠕胀?
金属在高温下,即使其所受的应力低于该温度下的屈服点,在这样的应力长期作用下,也会发生缓慢的但是连续的塑性变形,这种现象叫蠕变。
人们把管子的蠕变变形称为蠕胀。
21. 何谓热处理?简述其在生产中的重要意义。
热处理就是将金属原材或者零件加热到一定温度,并在此温度下停留一段时间,然后以适当的冷却速度冷却至一定温度的工艺过程。
热处理是金属材料的热工艺之一,它是各类机械制造业工艺中重要的一环。尽管选材适当,但没有相应的热处理工艺,就不可能满足各种使用要求,也不能发挥材料的潜在能力。通过热处理可改变金属内部的组织结构,从而改善金属的性能,使其满足各种使用要求。
22. 什么是退火?其目的是什么?
将金属成材或零件加热到较高温度,保持一定时间,然后缓慢冷却,以得到接近于平衡状态组织的工艺方法,称为退火。
退火的主要目的是:
(1)降低硬度,改善加工性能;
(2)提高塑性和韧性;
(3)消除内应力;
(4)改善内部组织,为最终热处理做好准备。
另外,根据退火目的和工艺特点,可分为完全退火、不完全退火、等温退火、球化退火、去应力退火、再结晶退火、扩散退火等七类。
23. 什么是淬火?目的是什么?
淬火是把金属成材或零件加热到相变温度以上,保温后,以大于临界冷却速度的速度急剧冷却,以获得马氏体组织的热处理工艺。
淬火是为了得到马氏体组织,再经过回火后,使工件获得良好的使用性能,以充分发挥材料的潜力。其主要目的是:
(1)提高金属成材或零件的机械性能,例如提高工具、轴承等的硬度和耐磨性,提高弹簧钢的弹性极限,提高轴类零件的机械性能等。
(2)改善某些特殊钢的机械性能或化学性能,如提高不锈钢的耐蚀性,增加磁钢的永磁性等。
24. 什么是回火?其目的是什么?
回火是指将淬火(或正火)后的钢材或零件加热到临界点以下的某一温度,保温一定的时间后,以一定速度冷却至室温的热处理工艺的总称。回火是淬火后紧接着进行的一种操作,通常也是工件进行热处理的最后一道工序,因而把淬火和回火的联合工艺称为最终热处理。
淬火后回火的主要目的是:
(1)减少内应力和降低脆性。淬火件都存在着很大的应力和脆性,如不及时回火往往会产生变形甚至开裂。
(2)调整工件的机械性能。工件淬火后硬度高、脆性大,为了满足各种工件不同的性能要求,可通过回火来调整硬度、强度、塑性和韧性。
(3)稳定工件尺寸。通过回火可使金相组织趋于稳定,以保证在以后的使用过程中不再发生变形。
(4)改善某些合金钢的切削性能。
在生产中,常根据对工件性能的要求,按加热温度的不同把回火分为低温回火、中温回火和高温回火。
25. 什么是调质处理?其目的是什么?
淬火和随后高温回火相结合的热处理工艺称为调质。
调质的目的是为了获得回火索氏体,使工件具有良好的综合机械性能,即在具有高强度的同时,又有好的塑性和韧性。主要用于处理承受较大载荷的机器结构零件,比如机床主轴、汽车后桥半轴、强力齿轮等。
26. 什么是金属的化学处理?可分为哪几种?
化学热处理是将工件在含有活性元素的介质中加热和保温,使合金元素渗入表面层,以改变表层的化学成分和组织,提高工件的耐磨性、抗蚀性、疲劳抗力或接触疲劳抗力等性能的工艺方法。
化学热处理包含着分解、吸收、扩散三个基本过程。
根据渗入元素的不同,化学热处理可分为渗碳、渗氮、碳氮共渗、渗金属等。
27. 铜合金在锅炉中的应用范围?
铜合金是在纯铜的基础上如人锌、锡、镍、铝、铍等元素组成的合金,在电厂锅炉设备中应用较为广泛,如黄铜做的冷凝器管、冷却器管、轴承衬套、阀门压兰、阀门门杆铜套等。
28. 什么是铸造铝合金?其性能如何?
用来直接浇铸各种形状的机械零件(简称铸件)的铝合金,都称为铸造铝合金。铸造铝合金中的合金元素含量一般比变形铝合金的高些。铸造铝合金的流动性好,但塑性差。可以通过变质处理(起细化晶粒的作用)和热处理提高其机械性能。