Unit 1 Metals金属Unit 2 Selection of Construction Materials工程材料的选择淬透性：指在规定条件下，决定钢材淬硬深度和硬度分布的特性。

即钢淬火时得到淬硬层深度大小的能力，它表示钢接受淬火的能力。

钢材淬透性好与差，常用淬硬层深度来表示。

淬硬层深度越大，则钢的淬透性越好。

钢的淬透性是钢材本身所固有的属性，它只取决于其本身的内部因素，而与外部因素无关。

钢的淬透性主要取决于它的化学成分，特别是含增大淬透性的合金元素及晶粒度，加热温度和保温时间等因素有关。

淬透性好的钢材，可使钢件整个截面获得均匀一致的力学性能以及可选用钢件淬火应力小的淬火剂，以减少变形和开裂。

淬透性主要取决于其临界冷却速度的大小，而临界冷却速度则主要取决于过冷奥氏体的稳定性，影响奥氏体的稳定性主要是：1.化学成分的影响碳的影响是主要的，当C％小于1.2％时，随着奥氏体中碳浓度的提高，显著降低临界冷却速度，C曲线右移，钢的淬透性增大；当C％大于时，钢的冷却速度反而升高，C曲线左移，淬透性下降。

其次是合金元素的影响，除钴外，绝大多数合金元素溶入奥氏体后，均使C曲线右移，降低临界冷却速度，从而提高钢的淬透性。

2.奥氏体晶粒大小的影响奥氏体的实际晶粒度对钢的淬透性有较大的影响，粗大的奥氏体晶粒能使C曲线右移，降低了钢的临界冷却速度。

但晶粒粗大将增大钢的变形、开裂倾向和降低韧性。

3.奥氏体均匀程度的影响在相同冷度条件下，奥氏体成分越均匀，珠光体的形核率就越低，转变的孕育期增长，C曲线右移，临界冷却速度减慢，钢的淬透性越高。

4.钢的原始组织的影响钢的原始组织的粗细和分布对奥氏体的成分将有重大影响。

5.部分元素，例如Mn，Si等元素对提高淬透性能起到一定作用，但同时也会对钢材带来其他不利的影响。

可锻性(forgeability)金属具有热塑性，在加热状态(各种金属要求温度不同)，可以进行压力加工，称为具有可锻性。

可锻性：指金属材料在压力加工时，能改变形状而不产生裂纹的性能。

它包括在热态或冷态下能够进行锤锻，轧制，拉伸，挤压等加工。

可锻性的好坏主要与金属材料的化学成分有关[讨论] 元素在钢中的形成物对可锻性的影响1C 与Fe形成渗碳体Fe3C，与其它合金元素形成合金渗碳体(FeM)3C或合金碳化物。

所有碳化物都有硬度高、塑性低、熔点高的特点，但渗碳体型碳化物在加热到锻造温度时经适当保温可大部分或全部溶入固溶体中，而合金碳化物较难溶入固溶体中，对钢的可锻性影响最大。

一般高合金工具钢含碳高，故具有变形抗力大，塑性差，碳化物不易被粉碎等特点。

2Mn 在钢中形成MnS以代替FeS。

因MnS熔点高（1620℃），且呈断续分布，不像FeS 熔点988℃，呈网状分布在晶界，所以可减少热脆。

锰对钢的过热性（粗晶）很敏感，钢锭加热温度过高，易生粗晶，使锻造困难。

锰对珠光体钢的可锻性影响较小，奥氏体锰钢临界点将降低。

3 Ni 炼钢时有Ni极易吸收氢形成大量气泡，锻造时引起开裂。

Ni与Mn的作用相反，它促使硫化物成网状分布于晶界，使锻造时开裂，所以不宜在含硫的炉气中加热。

珠光体Ni钢在锻造时易形成片状破裂和带状组织。

为了消除这种组织可采用镦粗和拔长交错进行，或在1000～1100℃下长时期扩散退火。

4 Cr 铬在钢中形成较稳定的碳化物，提高碳化物在钢中的溶解温度，减慢溶解速度。

铬能促进使铸锭生成大晶粒，冷却时沿晶界形成内裂。

高铬钢在空气中冷却即能淬火，常在表面生裂，所以不易锻造。

5 V 与碳形成稳定碳化物V能使钢生成细晶组织，阻止过热，适当加入对锻性有利。

6 Mo 钼的熔点高，能降低钢的过热倾向它和Ni一样，使硫化物以网状分布在晶界。

含有0.7%C，2～5%Mo的钼钢，锻造时无特殊困难。

这些钢在空冷时间淬火，要防止冷裂。

Mo提高钢的热强性，提高变形抗力。

7 W 与碳形成稳定的碳化物提高钢的热强性，增大变形抗力8 Cu 铜在钢中可溶于铁素体中，也可沿晶界析出游离铜铜中含0.15%Cu时，加热不当，表面易生裂纹，高温轧制时易产生热脆9 B 硼能细化晶粒，能溶解在γ和α固溶体中，与Fe化合成Fe2B钢中含B＞0.007%时，锻造易裂10 S 在钢中形成硫化物或共晶体，如FeS、Fe的熔点为985℃，且成网状布于晶界显著降低可锻性（红脆）11 P 促成偏析，使晶粒粗大，容易引起锻件表面龟裂降低可锻性Unit 3 Mechanical Properties of MaterialsUnit 4 Membrane Stresses in Shells of Revolution回转壳的薄膜应力A shell of revolution is the form swept out by a line or curve rotated about an axis (A solid of revolution is formed by rotating an area about an axis). Most process vessels are made up from shells of revolution; cylindrical and conical sections; and hemispherical, ellipsoidal and torispherical heads; Fig.1.13.回转壳是由一条直线或曲线绕着一根轴旋转形成的曲面（回转体是由一个面绕着一轴旋转而成的）。

大多数过程容器是由回转壳组成的：圆柱和圆锥形的；半球形的；椭球形的和准球形的；如图1.13.Fig.1.13 Fig.1.14The walls of thin vessels can be considered to be “membranes”; supporting loads without significant bending or shear stresses; similar to the walls of a balloon.薄容器的器壁可以看成是“薄膜”；假设载荷没有明显挠度和剪应力；就像气球的薄膜。

The analysis of the membrane stresses induced in shells of revolution by internal pressure gives a basis for determining the minimum wall thickness required for vessel shells. The actual thickness required will also depend on the stresses arising from the other loads to which the vessel is subjected.对受内压回转体的薄膜应力分析为确定容器壳体最小壁厚奠定了基础。

实际所需壁厚也依赖于容器上所受其他载荷引起的应力。

Consider the shell of revolution of general shape shown in Fig.1.14 under a loading that is rotationally symmetric; that is, the load per unit area (pressure) on the shell is constant round the circumference, but not necessarily the same from top to bottom.如图1.14，研究的是回转壳一般模型在旋转轴对称的载荷作用下的情行；也就是，单位圆周面积上的载荷是一定的，但不都是从上到下。

Let P=pressure,令：P=压力t=thickness of shell, t=壁厚σ=the meridional (longitudinal) stress, the stress acting along a 1meridian,1σ=经向应力σ=the circumferential or tangential stress, the stress acting 2along parallel circles (often called the hoop stress),2σ=周向应力r=the meridional radius of curvature,r1=经向曲率半径12r =circumferential radius of curvature.r 2=环向曲率半径 Note: the vessel has a double curvature; the values of 1r and 2r are determined by the shape.注意：容器有两个曲率；r 1 和r 2值由模型决定。

Consider the forces acting on the element defined by the points a. b c, d. Then the normal component (component acting at right angels to the surface) of the force on the element12[2sin(/2)][2sin(/2)]P r d r d θθ=假设作用在元件上的力由a 、b 、c 、d 四点确定。

那么元件上的法向力（垂直于表面的分力）12[2sin(/2)][2sin(/2)]P r d r d θθ=This force is resisted by the normal component of the forces associated with the membrane stresses in the walls of vessel （given by, force=stress ⨯area ）2121212sin(/2)2sin(/2)tdS d tdS d σθσθ=+通过与容器器壁的薄膜应力联系的法向力来抵抗这个力（即，力=应力*面积）2121212sin(/2)2sin(/2)tdS d tdS d σθσθ=+Equating these forces and simplifying, and noting that in the limit/2/2d dS r θ→, and sin d d θθ→, gives:假设这些力是相等的并简化，取极限/2/2d dS r θ→, 和sin d d θθ→，有1212P r r tσσ+= (1.12)An expression for the meridional stress 1σ can be obtained by considering the equilibrium of the forces acting about any circumferentialline, Fig 1.14. The vertical component of the pressure force2P πθ=2（r sin ）经向应力1σ的一个表达式可由作用在周向线上力的平衡得到，如图1.14.压力的垂直分量2P πθ=2（r sin ）This is balanced by the vertical component of the force due to the meridional stress acting in the ring of the wall of the vessel =2σ1t л(r 2sin θ) sin θ这与作用在容器壁上的经向力的垂直分力是平衡的 =2σ1t л(r 2sin θ) sin θEquating these forces gives:令这两个力相等有： 21Pr 2tσ=(1.13)Equations (1.12) and (1.13) are completely general for any shell of revolution.方程（1.12）和（1.13）对所有的回转壳都适用。