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不鏽鋼的力學性能

作者:AM8亚美来源:[AM8亚美公司]访问:001时间:2019-11-13

特 性  不鏽鋼的發展是由於有其本身的特性,而特性滿足了需要。不鏽鋼的最首要的特性是耐蝕性能 ,但是又盡不是僅僅具有耐蝕性能,而且還具有特有的力學性能(屈服強度、抗拉強度、蠕變強度 、高溫強度、低溫強度等)、物理性能(密度、比熱容 、線膨脹係數、、導熱係數、電阻率、磁導率、彈性係數等)、工藝性能(成形性能、焊接性能 、切削性能等)和金相(相構成、組織結構等)等。這些性能構成了不鏽鋼的特性,下麵僅就其中一些最基本的特性進行扼要的先容。  一、力學性能 (一)強度(抗拉強度、屈服強度)  不鏽鋼的強度是由各種身分不確定,但最首要的和最基本的身分是其中添加的不同化學身分,首要是金屬元素。不同類型的不鏽鋼由於其化學成分的差異,就有不同的強度特性。  (1)馬氏體型不鏽鋼  馬氏體型不鏽鋼與普通合金鋼一樣具有通過淬火實現硬化的特性,是以可通過選擇牌號及熱處理條件來得到較大範圍的不同的力學性能。  馬氏體型不鏽鋼從大的方麵來區分,屬於鐵-鉻-碳係不鏽鋼。進而可分為馬氏體鉻係不鏽鋼和馬氏體鉻鎳係不鏽鋼。在馬氏體鉻係不鏽鋼中添加鉻、碳和鉬等元素時強度的變化趨勢和在馬氏體鉻係不鏽鋼中添加鎳的強度特性如下所述。  馬氏體鉻係不鏽鋼在淬火-回火條件下,增加鉻的含量可使鐵素體含量增加,因此會降低硬度和抗拉強度。低碳馬氏體鉻不鏽鋼在退火條件下,當鉻含量增加時硬度有所進步,而延伸率略有下降。在鉻含量一定的條件下,碳含量的增加使鋼在淬火後的硬度也隨之增加,而塑性降低。添加鉬的首要目的是進步鋼的強度、硬度及二次硬化效果。在進行低溫淬火後,鉬的添加效果十分明顯 。含量通常少於1%。  在馬氏體鉻鎳係不鏽鋼中,含一定量的鎳可降低鋼中的δ鐵素體含量,使鋼得到最大硬度值。  馬氏體型不鏽鋼的化學成分特征是 ,在0.1%-1.0%C,12%-27%Cr的不同成分組合基礎上添加鉬、鎢 、釩、和铌等元素。由於組織結構為體心立方結構,因此在高溫下強度急劇下降。而在600℃以下,高溫強度在各類不鏽鋼中最高,蠕變強度也最高。 (2)鐵素體型不鏽鋼  據研究結果,當鉻含量小於25%時鐵素體組織會抑製馬氏體組織的形成,因此隨鉻含量的增加其強度下降;高於25%時由於合金的固溶強化感化,強度略有進步。鉬含量的增加可使其更易獲得鐵素體組織,可促進α ’相、б相和x相的析出,並經固溶強化後其強度進步。但同時也進步了缺口敏感性,從而使韌性降低。鉬進步鐵素體型不鏽鋼強度的感化大於鉻的感化。  鐵素體型不鏽鋼的化學成分的特征是含11%-30%Cr,其中添加铌和鈦。其高溫強度在各類不鏽鋼中是最低的 ,但對熱疲憊的抗力最強。 (3)奧氏體型不鏽鋼  奧氏體型不鏽鋼中增加碳的含量後,由於其固溶強化感化使強度得到進步。  奧氏體型不鏽鋼的化學成分特性是以鉻、鎳為基礎添加鉬、鎢 、铌和鈦等元素。由於其組織為麵心立方結構,因此在高溫下有高的強度和蠕變強度。還由於線膨脹係數大,是以比鐵素體型不鏽鋼熱疲憊強度差。 (4)雙相不鏽鋼  對鉻含量約為25%的雙相不鏽鋼的力學性能研究表明,在α+r雙相區內鎳含量增加時r相也增加。當鋼中的鉻含量為5%時,鋼的屈服強度達到最高值;當鎳含量為10%時,鋼的強度達到最大值。 (二)蠕變強度  由於外力的感化隨時間的增加而發生變形的現象稱之為蠕變。在一定溫度下特別是在高溫下、載荷越大則發生蠕變的速度越快;在一定載荷下,溫度越高和時間越長則發生蠕變的可能性越大。與此相反,溫度越低蠕變速度越慢 ,在低至一定溫度時蠕變就不成題目了。這個最低溫度依鋼種而異,一般來說純鐵在330℃擺布,而不鏽鋼則因己采取各種措施進行了強化,所以該溫度是550℃以上。  和其他鋼一樣 ,熔煉方式 、脫氧方法、凝固方法、熱處理和加工等對不鏽鋼的蠕變特性有很大的影響。據先容,在美國進行的對18-8不鏽鋼進行蠕變強度試驗表明,取自同一鋼錠同一部位的試料的蠕變斷裂時間的標準今偏差是均勻值的約11%,而取自不同鋼錠的上、中、下不同部位的試料的標準偏差與均勻值相差則達到兩倍之多。又據在德國進行的試驗結果表明,在10的5次冪h時間下0Cr18Ni11Nb鋼的強度為小於49MPa至118MPa,散差很大。 (三)疲憊強度  高溫疲憊是指材料在高溫下由於周期反複變化著的應力的感化而發生損傷至斷裂的過程。對其進行的研究結果表明,在某一高溫下,10的8次冪次高溫疲憊強度是該溫度下高溫抗拉強度的1/2。  熱疲憊是指在進行加熱(膨脹)和冷卻(收縮)的過程中 ,當溫度發生變化和受到來自外部的束縛力時,在材料的內部相應於其本身的膨脹和收縮變形產生應力,並使材料發生損傷。當快速地反複加熱和冷卻時其應力就具衝擊性,所產生的應力與通常情況相比更大,此時有的材料呈脆性破壞。這類現象被稱之為縶衝擊。熱疲憊和熱衝擊是有著相似的地方的現象,但前者首要伴隨大的塑性應變,而後者的破壞首要是脆性破壞。  不鏽鋼的成分和熱處理條件對高溫疲憊強度有影響。特別是當碳的含量增加時高溫疲憊強度明顯進步,固溶熱處理溫度也有明顯的影響 。一般來說鐵素體型不鏽鋼具有良好的熱疲憊性能。在奧氏體不鏽鋼中,高矽的且在高溫下具有良好的延伸性的牌號有著良好的熱疲憊性能 。  熱膨脹係數越小、在同一熱周期感化下應變量越小、變形抗力越小和斷裂強度越高,壽命就越長。可以說馬氏體型不鏽鋼1Cr17的疲憊壽命最長,而0Cr19Ni9、0Cr23Ni13和2Cr25Ni20等奧氏體型不鏽鋼的疲憊壽命最短。另外鑄件較鍛件更易發生由於熱疲憊引發的破壞。在室溫下,10的7次冪次疲憊強度是抗拉強度的1/2。與高溫下的疲憊強度相比可知,從室溫到高溫的溫度範圍內疲憊強度沒有太大的差異。 (四)衝擊韌性  材料在衝擊載荷感化下,載荷變形曲線所包括的麵積稱為衝擊韌性。對於鑄造馬氏體時效不鏽鋼,當鎳含量為5%時其衝擊韌性較低。隨著鎳含量的增加,鋼的強度和韌性可得到改善,但鎳含量大於8%時,強度和韌性值又一次下降。在馬氏體鉻鎳係不鏽鋼中添加鉬後,可進步鋼的強度且可保持韌性不變。  在鐵素體型不鏽鋼中增加鉬的含量雖可進步強度,但缺口敏感性也被進步而使韌性下降。  在奧氏體型不鏽鋼中具有穩定奧氏體組織和鉻鎳係奧氏體不鏽鋼的韌性(室溫下韌性和低溫下韌性)非常良好,因此適用於在室溫下和低溫下的各種環境中使用。對於有穩定奧氏體組織和鉻錳係奧氏體不鏽鋼。添加鎳可進一步改善其韌性。  雙相不鏽鋼的衝擊韌性隨鎳含量的增加而進步。一般來說,在a+r兩相區內其衝擊韌性穩定在160-200J的範圍內。

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