選擇不銹鋼材料,除了要滿足工件的耐蝕性,還要考慮其力學性能,特別是要求具有較高強度的零件,所以在編寫本書時,對各種鋼的力學性能,基本上都給予了介紹,以供讀者根據零件的技術要求在選材時進行參考。
不銹鋼(gang)的(de)力學(xue)性(xing)能主要(yao)是指(zhi)(zhi)(zhi)強度(du)(du)、硬(ying)度(du)(du)、韌(ren)(ren)(ren)性(xing)、塑性(xing)、疲勞(lao)和(he)彈(dan)性(xing)等幾大部分。常用的(de)強度(du)(du)指(zhi)(zhi)(zhi)標是指(zhi)(zhi)(zhi)抗拉強度(du)(du)、屈服(fu)強度(du)(du)、抗彎強度(du)(du)、抗壓強度(du)(du)和(he)抗扭強度(du)(du)等內容;塑性(xing)指(zhi)(zhi)(zhi)標是指(zhi)(zhi)(zhi)斷(duan)面收縮率(lv)和(he)斷(duan)后伸長率(lv);韌(ren)(ren)(ren)性(xing)指(zhi)(zhi)(zhi)標是指(zhi)(zhi)(zhi)沖(chong)擊吸收功,過去曾用沖(chong)擊韌(ren)(ren)(ren)度(du)(du);常用的(de)硬(ying)度(du)(du)指(zhi)(zhi)(zhi)標有洛氏硬(ying)度(du)(du)、布氏硬(ying)度(du)(du)和(he)維氏硬(ying)度(du)(du);疲勞(lao)是指(zhi)(zhi)(zhi)疲勞(lao)強度(du)(du);彈(dan)性(xing)主要(yao)是指(zhi)(zhi)(zhi)彈(dan)性(xing)模量。
本書(shu)涉(she)及到的(de)不銹鋼(gang)的(de)力(li)學(xue)性能指標有:抗拉(la)強(qiang)度(du)、屈(qu)服(fu)點、屈(qu)服(fu)強(qiang)度(du)、斷(duan)后伸長(chang)率、斷(duan)面(mian)收縮率、抗彎強(qiang)度(du)、沖擊(ji)吸收功和沖擊(ji)韌(ren)度(du)、布氏硬(ying)度(du)、洛(luo)氏硬(ying)度(du)和維氏硬(ying)度(du)。
一(yi)、強度
強(qiang)度(du)(du)(du)是指(zhi)在外力作用下抵(di)抗塑性變形和斷裂的能(neng)力。常用的強(qiang)度(du)(du)(du)指(zhi)標(biao)有抗拉強(qiang)度(du)(du)(du)、屈服強(qiang)度(du)(du)(du)和規定非比(bi)例(li)延伸強(qiang)度(du)(du)(du)。
1. 規定非比例延(yan)伸強(qiang)度Rp(舊標準σp)
規定非比例延伸率等于規定的延伸計標距百分率時的應力。使用單位符號應符合以下腳注說明所規定的百分率,如Rp0.2表示規定非比例延伸率為0.2%時的應力,等同σ0.2。
規定非比例伸長應力是一些重要不銹鋼零件設計的力學依據。表示符號應附以角標說明,例如Rp0.01、Rp0.05、Rp0.2分別表示規定比例延伸率為0.01%、0.05%、0.2%時的應力。
2. 屈服(fu)強度
當金(jin)屬材料呈現屈服現象(xiang)時,即在試驗(yan)期間達到塑性變(bian)形而力不增加的應力點(dian),分為上(shang)屈服強度和下屈服強度,過去(qu)曾叫“屈服點(dian)”。
a. 上屈服強(qiang)度是指(zhi)試樣(yang)發生屈服時,應力(li)首次(ci)下(xia)降(jiang)前的(de)最高值(zhi)。符號為(wei)ReH單位為(wei)MPa。
b. 下屈(qu)服強度(du)是指(zhi)屈(qu)服期間(jian)不計初始瞬(shun)時(shi)效(xiao)應(ying)的最低應(ying)力。符號為RcL,單位(wei)為MPa。
3. 抗(kang)拉強度
拉伸試驗時(shi),最(zui)大力(li)(li)(Fm)除以試樣原(yuan)始橫截面積(ji)(S0)四為(wei)材(cai)料的(de)最(zui)大應力(li)(li),等(deng)同(tong)原(yuan)σb。符號為(wei)Rm,單位(wei)為(wei)MPa。
二(er)、塑性
材料斷(duan)裂前發生不(bu)可迸永久變(bian)形的能力(li)叫塑性(xing)。常用的塑性(xing)指標有斷(duan)后伸長率(lv)和(he)斷(duan)面(mian)收縮(suo)率(lv)。
(1)斷后伸長率(lv) 試樣拉斷后,斷后標(biao)距(ju)的殘(can)留伸長(Lu-L0)與原始標(biao)距(ju)(L0)之(zhi)比稱為(wei)斷后伸長率(lv)。符號(hao)為(wei)A,即
三、硬度(du)
硬度實際上是(shi)指(zhi)一(yi)個小的(de)金屬表面或很小的(de)體積內抵(di)抗(kang)(kang)彈性變形、塑(su)性變形或抵(di)抗(kang)(kang)破裂的(de)一(yi)種抗(kang)(kang)力(li)。它(ta)是(shi)材(cai)料的(de)彈性、強度、塑(su)性、韌性等一(yi)系(xi)列不同力(li)學性能組成的(de)綜合(he)性能指(zhi)標,是(shi)選擇材(cai)料的(de)重要(yao)依據(ju)。
由于硬(ying)度(du)試(shi)驗設備簡單,操作方便、迅速,又可(ke)直(zhi)接在(zai)零件上進(jin)行試(shi)驗基本不破壞工(gong)件,因此(ci)在(zai)生(sheng)產和科研上應用得(de)很(hen)廣。目(mu)前,在(zai)生(sheng)產中應用最廣泛的硬(ying)度(du)是(shi)布氏硬(ying)度(du)、洛氏硬(ying)度(du)和維(wei)氏硬(ying)度(du)。
1. 布氏(shi)硬度
布(bu)氏硬(ying)度的(de)(de)試(shi)驗(yan)原理是對一(yi)定(ding)直(zhi)徑(jing)(mm)的(de)(de)硬(ying)質(zhi)合金(jin)球施(shi)加試(shi)驗(yan)力壓入試(shi)樣表面,經規定(ding)保持時間(s)后,卸除試(shi)驗(yan)力,測定(ding)試(shi)樣表面壓痕(hen)的(de)(de)直(zhi)徑(jing)(mm),即求得(de)布(bu)氏硬(ying)度值(HBW)。
布氏硬度(du)值(zhi)的(de)表示:布氏硬度(du)符(fu)號用HBW表示。符(fu)號HBW前(qian)面數(shu)值(zhi)為硬度(du)值(zhi),符(fu)號后(hou)面是(shi)按如下順(shun)序表示試驗條件的(de)指(zhi)標:
a. 硬質(zhi)合金球直(zhi)徑(mm)。
b. 試驗力大小的(de)數值(zhi)[(k)N]。
c. 與規(gui)定時(shi)間不同的試驗力(li)保持時(shi)間(s)。
例1:255HBW5/750 表示用(yong)直(zhi)徑5mm的硬質合金球(qiu)在7.355kN試驗力(li)下保持10~15s測定(ding)的布氏硬度(du)值為255(較短的保持時間可不列(lie)出)。
例2:606HBW1/30/20表示用直徑1mm的硬質合(he)金(jin)球在294.2N試驗力下保持(chi)20s,測定(ding)的布氏硬度(du)值(zhi)為606。
鑒(jian)于有的鋼(gang)鐵材料(liao)在技術標(biao)準中給出(chu)的要求值是壓(ya)痕直徑,為便于進行換算,現(xian)列出(chu)平面硬度值計(ji)算簡表(biao)(biao),見表(biao)(biao)2-3。
布氏(shi)硬度(du)試驗方(fang)法摘(zhai)自GB/T 231.1-2009《金屬材料 布氏(shi)硬度(du)試驗 第1部分:試驗方(fang)法》。
2. 洛氏硬度(du)
洛(luo)氏硬(ying)度試(shi)(shi)驗(yan)(yan)法摘自(zi)GB/T 230.1-2009《金屬材料 洛(luo)氏硬(ying)度試(shi)(shi)驗(yan)(yan) 第1部分:試(shi)(shi)驗(yan)(yan)方法(A、B、C、D、E、F、G、H、K、N、T標尺)》。
洛(luo)氏硬度(du)試(shi)驗法是目前工廠中應用(yong)最廣泛的(de)試(shi)驗方法之一(yi)。
洛氏硬(ying)度試(shi)(shi)驗(yan)原理及洛氏硬(ying)度表示:將壓頭(金(jin)剛石圓錐、鋼球(qiu)或硬(ying)質合(he)金(jin)球(qiu))分兩(liang)個(ge)步驟(zou)壓入試(shi)(shi)樣表面,經規定保持時間后,卸(xie)除主試(shi)(shi)驗(yan)力(li),測量被測試(shi)(shi)金(jin)屬表面在主試(shi)(shi)驗(yan)力(li)下殘留(liu)的(de)(de)壓痕深度以此來計算試(shi)(shi)件(jian)的(de)(de)硬(ying)度值,即
洛氏硬(ying)度(du)試(shi)驗時(shi),其硬(ying)度(du)值(zhi)可從硬(ying)度(du)計(ji)的指示(shi)器上直接(jie)讀出,而無需測(ce)量壓痕深度(du),硬(ying)度(du)值(zhi)只表示(shi)高低故而沒有單位。本(ben)書(shu)常用的洛氏硬(ying)度(du)值(zhi)為HRC、HRB。現把工廠常用的三種硬(ying)度(du)標(biao)尺及試(shi)驗范圍列于表2-4。
測出硬度(du)值后,應標明硬度(du)值符號(hao)(用球測量(liang)應表明壓頭代號(hao),鋼球為S,硬質合金球為W)。
例如,59HRC表(biao)示用(yong)(yong)C標(biao)(biao)尺測(ce)得(de)洛(luo)氏(shi)硬度值為59;60HRBW表(biao)示用(yong)(yong)硬質合金(jin)球(qiu)壓頭(tou)在B標(biao)(biao)尺上測(ce)得(de)的洛(luo)氏(shi)硬度值為60。
洛(luo)氏硬度試驗法的優點是操作簡(jian)便、迅速,壓痕較(jiao)小(xiao),故可在(zai)工(gong)件表面或較(jiao)薄的金屬上(shang)進(jin)行試驗,并適(shi)于大量生產中(zhong)的成品(pin)檢查,適(shi)于各種軟硬材料。
3. 維(wei)氏硬度
維氏(shi)硬度(du)試(shi)(shi)驗摘自GB/T 4340.1-2009《金屬材料 維氏(shi)硬度(du)試(shi)(shi)驗 第1部分:試(shi)(shi)驗方法》。
其試驗原理是將頂部兩(liang)相對(dui)(dui)面(mian)具有規定角度的(de)正四棱錐(zhui)體金剛(gang)石壓(ya)頭,用試驗力(li)壓(ya)入(ru)試樣(yang)表面(mian),保持規定時間后,卸除(chu)試驗力(li),并通過(guo)測量(liang)試樣(yang)表面(mian)壓(ya)痕對(dui)(dui)角線長度來確定試件硬度。所得硬度值用符號HV表示(shi)。
HV可(ke)根(gen)據壓痕對角線平均長度d值查表求出(chu),也可(ke)用公式HV=0.1891F/d2計算求出(chu)。
例如(ru),640HV30表示(shi)在試驗(yan)(yan)力(li)(li)294.2N下保(bao)持(chi)(chi)(chi)10~15s,測(ce)得的維(wei)氏硬度(du)值(zhi)為(wei)640(HV后面(mian)數值(zhi)為(wei)試驗(yan)(yan)力(li)(li)值(zhi),試驗(yan)(yan)力(li)(li)保(bao)持(chi)(chi)(chi)時間10~15s不(bu)標注(zhu));640HV30/20 表示(shi)在試驗(yan)(yan)力(li)(li)為(wei)294.2N下保(bao)持(chi)(chi)(chi)20s,測(ce)得的維(wei)氏硬度(du)值(zhi)為(wei)640。
四、沖擊吸收功
機(ji)械(xie)零(ling)件在服役過程中不(bu)僅受到靜載(zai)荷(he)與變動載(zai)荷(he)的作(zuo)用,還受到沖(chong)(chong)擊(ji)(ji)載(zai)荷(he)的作(zuo)用因此在設(she)計(ji)零(ling)件和工具時,必須(xu)考慮所(suo)選用材料的沖(chong)(chong)擊(ji)(ji)吸收收功。
GB/T 229-2007《金屬材料 夏比擺錘(chui)沖(chong)(chong)擊(ji)(ji)試(shi)驗(yan)方法》規定(ding),用一(yi)定(ding)尺寸和形狀不同的夏比標準試(shi)樣,在擺錘(chui)式一(yi)次沖(chong)(chong)擊(ji)(ji)試(shi)驗(yan)機上進行沖(chong)(chong)擊(ji)(ji)試(shi)驗(yan),以沖(chong)(chong)擊(ji)(ji)試(shi)樣時所(suo)消耗的沖(chong)(chong)擊(ji)(ji)吸收功來測定(ding)鋼鐵材料的沖(chong)(chong)擊(ji)(ji)吸收功。符號為Ak,單位為J。
在原標準(zhun)中用試(shi)樣(yang)斷(duan)口處截面積(ji)SN去除(chu)Ak即得到沖(chong)擊韌度,用αk表示,單位為J/c㎡。
對一(yi)(yi)般鋼材來說(shuo),所測沖擊吸收(shou)功Ak越(yue)大,材料的(de)韌性越(yue)好(hao)。本(ben)書在(zai)一(yi)(yi)些鋼號力學(xue)性能上(shang)都(dou)標有其Ak值(zhi),可供選材時參考。
本(ben)書上面(mian)介(jie)紹(shao)了(le)鋼(gang)的力(li)學(xue)性(xing)能,在選(xuan)擇(ze)不(bu)(bu)銹(xiu)(xiu)鋼(gang)材料時很(hen)重要(yao),因為(wei)不(bu)(bu)銹(xiu)(xiu)鋼(gang)工件在使用(yong)時要(yao)承受載(zai)荷(he),不(bu)(bu)銹(xiu)(xiu)鋼(gang)容器要(yao)承受一定壓力(li),圖2-1中給出(chu)了(le)13種基本(ben)不(bu)(bu)銹(xiu)(xiu)鋼(gang)的耐蝕性(xing)和強度(du)的相互關系,供選(xuan)材時參考。