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不锈钢的力学性能

2018/5/17

一:蠕变强度

由于外力的作用随时间的增加而发生变形的现象称之为蠕变。在一定温度下特别是在高温下、载荷越大则发生蠕变的速度越快;在一定载荷下,温度越高和时间越长则发生蠕变的可能性越大。与此相反,温度越低蠕变速度越慢,在低至一定温度时蠕变就不成问题了。这个最低温度依钢种而异,一般来说纯铁在330℃左右,而不锈钢则因己采取各种措施进行了强化,所以该温度是550℃以上。

和其他钢一样,熔炼方式、脱氧方法、凝固方法、热处理和加工等对不锈钢的蠕变特性有很大的影响。据介绍,在美国进行的对18-8不锈钢进行蠕变强度试验表明,取自同一钢锭同一部位的试料的蠕变断裂时间的标准今偏差是平均值的约11%,而取自不同钢锭的上、中、下不同部位的试料的标准偏差与平均值相差则达到两倍之多。又据在德国进行的试验结果表明,在10的5次幂h时间下0Cr18Ni11Nb钢的强度为小于49MPa至118MPa,散差很大。

二:疲劳强度

高温疲劳是指材料在高温下由于周期反复变化着的应力的作用而发生损伤至断裂的过程。对其进行的研究结果表明,在某一高温下,10的8次幂次高温疲劳强度是该温度下高温抗拉强度的1/2。

热疲劳是指在进行加热(膨胀)和冷却(收缩)的过程中,当温度发生变化和受到来自外部的约束力时,在材料的内部相应于其本身的膨胀和收缩变形产生应力,并使材料发生损伤。当快速地反复加热和冷却时其应力就具冲击性,所产生的应力与通常情况相比更大,此时有的材料呈脆性破坏。这种现象被称之为絷冲击。热疲劳和热冲击是有着相似之处的现象,但前者主要伴随大的塑性应变,而后者的破坏主要是脆性破坏。

不锈钢的成分和热处理条件对高温疲劳强度有影响。特别是当碳的含量增加时高温疲劳强度明显提高,固溶热处理温度也有显著的影响。一般来说铁素体型不锈钢具有良好的热疲劳性能。在奥氏体不锈钢中,高硅的且在高温下具有良好的延伸性的牌号有着良好的热疲劳性能。

热膨胀系数越小、在同一热周期作用下应变量越小、变形抗力越小和断裂强度越高,寿命就越长。可以说马氏体型不锈钢1Cr17的疲劳寿命最长,而0Cr19Ni9、0Cr23Ni13和2Cr25Ni20等奥氏体型不锈钢的疲劳寿命最短。另外铸件较锻件更易发生由于热疲劳引起的破坏。在室温下,10的7次幂次疲劳强度是抗拉强度的1/2。与高温下的疲劳强度相比可知,从室温到高温的温度范围内疲劳强度没有太大的差异。

三:冲击韧性

材料在冲击载荷作用下,载荷变形曲线所包括的面积称为冲击韧性。对于铸造马氏体时效不锈钢,当镍含量为5%时其冲击韧性较低。随着镍含量的增加,钢的强度和韧性可得到改善,但镍含量大于8%时,强度和韧性值又一次下降。在马氏体铬镍系不锈钢中添加钼后,可提高钢的强度且可保持韧性不变。

在铁素体型不锈钢中增加钼的含量虽可提高强度,但缺口敏感性也被提高而使韧性下降。

在奥氏体型不锈钢中具有稳定奥氏体组织和铬镍系奥氏体不锈钢的韧性(室温下韧性和低温下韧性)非常优良,因而适用于在室温下和低温下的各种环境中使用。对于有稳定奥氏体组织和铬锰系奥氏体不锈钢。添加镍可进一步改善其韧性。

双相不锈钢的冲击韧性随镍含量的增加而提高。一般来说,在a+r两相区内其冲击韧性稳定在160-200J的范围内。