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材料 | 热传导率(×102)W/(m×℃) | 线膨胀系数(×10-6)/℃ |
银 | 4.12 | 19 |
铜 | 3.71 | 16.7 |
铝 | 1.95 | 23 |
铬 | 0.96 | 17 |
镍 | 0.84 | 12.8 |
铁 | 0.79 | 11.7 |
碳素钢 | 0.58 | 11 |
SUS430 | 0.26 | 10.4 |
SUS304 | 0.16 | 16.4 |
5.3、不锈钢的电阻
与纯金属相比,合金的比电阻一般比较大,不锈钢也是如此,与它的构成元素Fe、Cr、Ni相比,电阻值明显要大。钢中的合金元素越多,电阻就越大,如304钢种要比430钢种大,310S钢种则更大。
表5-2 各种材料的电阻
材 料 | 比电阻(室温条件下)Ω×cm | ||
导 体 | 纯 金 属 | 银 | 1.62×10-6 |
铜 | 1.72×10-6 | ||
铝 | 2.75×10-6 | ||
Ni | 7.2×10-6 | ||
铁 | 9.8×10-6 | ||
Cr | 17×10-6 | ||
合 金
| 青铜(锡-铜) | 15×10-6 | |
SUS430(铁-18%Cr) | 60×10-6 | ||
SUS304(铁-18%Cr)-8%Ni | 72×10-6 | ||
SUS310S(铁-25%Cr)-20%Ni | 78×10-6 | ||
NiCr(nNi-Cr) | 108×10-6 | ||
铁-Cr-铝合金 | 140×10-6 |
5.4、不锈钢的磁性
表5-3 各种材料的磁性性质
材料 | 磁性性质 | 透磁率m |
SUS430 | 强磁性 | - |
铁 | 强磁性 | - |
Ni | 强磁性 | - |
SUS304 | 非磁性(冷加工时有磁性) | 1.5(65%加工) |
SUS301 | 非磁性(冷加工时有磁性) | 14.8(55%加工) |
SUS305 | 非磁性 | - |
5.5、应变硬化指数(n)
v 应变硬化指数就是通常所说的n值,表示材料冷作硬化现象的一个指标,可以反映材料的冲压成形性能。
v 应变硬化指数大,显示材料的局部应变能力强,防止材料局部变薄能力强,使变形分布趋于均匀化,材料成形时的总体成形极限高。
5.6、冷加工诱变马氏体转变点Md(30/50)
1) 定义
v Md(30/50)=551-462(C+N)-9.2Si-8.1Mn-13.7Cr-29(Ni+Cu)-18.5Mo-65Nb
表示经30%的冷变形后生成50%马氏体的温度。
v 马氏体转变点Md(30/50)越低,在冷加工变形过程中诱变马氏体不容易产生,冷作硬化程度小,越有利于拉深成形。其中Ni含量对诱变马氏体转变点的影响是很明显的,Ni含量高,马氏体转变点降低,材料在冷变形过程中硬化程度小。
2) 产生原理
v 不锈钢的冷作硬化现象主要是由两种原因引起的:
一种是位错增多引起的加工硬化;
一种是组织转变(奥氏体转变为马氏体转变)引起的加工硬化。
v 对SUS430钢种而言,加工变形过程中不会发生组织转变,其冷作硬化现象全部是由位错的增多引起的。
v 304钢种在冷变形过程中两种硬化现象都存在,而且组织转变引起的硬化是主要的,这也是奥氏体不锈钢的冷作硬化现象比铁素体不锈钢要明显、加工硬化系数(n值)大的原因。
5.7、晶粒度(N)
1) 定义
晶粒度的物理意义可根据以下公式表示:
n=2N-1
n — 放大100倍时平均每6.45cm2(1平方英寸)内所含晶粒数目
N — 晶粒度
2) 解释与应用
v 晶粒度N级别越高,单位截面积上的晶粒数越多,材料的晶粒就越细,强度越大。
v 晶粒较大时,有利于提高材料的塑性应变比(R),并降低屈强比和屈服伸长。但晶粒较大时,它们在材料表层取向不同,变形量差异比较明显,材料表面易出现“桔皮”现象。细化晶粒可减轻桔皮现象发生,但晶粒过细,R值会减小,屈强比和屈服伸长都会增大,不利于成形。
v 304钢种的晶粒度一般要求在7-9级之间。
图5-1 304钢种的晶粒度与机械性能的关系
第六章 不锈钢材料的基本性能
6.1、屈服强度(力学符号Rp0.2,英文缩写YS)
l Rp0.2=P0.2/F0
l P0.2—拉伸试样塑性变形量为0.2%时承受的载荷
l F0 —拉伸试样的原始截面积
v 材料的屈服强度小,表示材料容易屈服,成形后回弹小,贴模性和定形性好。
6.2、抗拉强度(力学符号Rm,英文缩写TS)
l Rm =Pb/F0
l Pb—拉伸试样断裂前承受的最大载荷
l F0—拉伸试样的原始截面积
v 材料的抗拉强度大,材料变形过程中不容易被拉断,有利于塑性变形。
6.3、屈强比(Rp0.2/Rm)
v 屈强比对材料冲压成形性能影响很大,屈强比小,材料由屈服到破裂的塑性变形阶段长,成形过程中发生断裂的危险性小,有利于冲压成形。
v 一般来讲,较小的屈强比对材料在各种成形工艺中的抗破裂性都有利。
表6-1 常见不锈钢材料的屈强比
钢种 | Rp0.2 (N/mm2) | Rm (N/mm2) | 屈强比 |
SUS304 | 300 | 670 | 0.45 |
SUS304(Cu) | 295 | 640 | 0.46 |
SUS316 | 312 | 625 | 0.5 |
SUS316L | 245 | 525 | 0.47 |
SUS430 | 350 | 510 | 0.69 |
SUS409L | 241 | 410 | 0.59 |
6.4、延伸率(力学符号A,英文缩写EL)
v 延伸率是材料从发生塑性变形到断裂的总的伸长长度与原有长度的比值,即:
式中 A — 材料的延伸率(%)
L— 试样被拉断时的长度(mm)
L0— 拉伸前试样的长度(mm)
v 材料的延伸率大,就是材料允许的塑性变形程度大,抗破裂性好,对拉深、翻边、胀形各类变形都有利。
v 一般来说,材料的翻边系数和胀形性能(埃里克森值)都与延伸率成正比关系。
6.5、不锈钢的冲压性能
对应的材料的性能为胀形成形性能、翻边成形性能、扩孔成形性能和弯曲成形性能。要了解冲压成形性能首先要了解冲压成形工艺。 基本的冲压成形加工工艺有:拉深工艺、胀形工艺、翻边工艺(包括扩孔)、弯曲工艺。
1 )拉深成形工艺
拉深是利用专用模具将冲裁或剪裁后所得到的平板坯料制成开口的空心件的一种冲压工艺方法。
其特点是板料在凸模的带动下,可以向凹模内流动,即依靠材料的流动性和延伸率成形,如图6-1所示。
图6-1 拉深成形示意图
2)胀形成形工艺
胀形是利用模具强迫坯料厚度减薄和表面积增大,以获取零件几何形状的冲压加工方法。
特点是坯料被压边圈压死,不能向凹模内流动,完全依靠材料本身的延伸成形。
图6-2胀形成形示意图
3)翻边成形工艺
翻边是利用模具把坯料上的孔缘或者外缘翻成竖边的冲压加工方法,如左图所示。
在圆孔翻边的中间阶段,即凸模下面的材料尚未完全转移到侧面之前,如果停止变形,就会得到右图所示的成形方式,这种成形方式叫做扩孔,生产应用也很普遍。
图6-3 翻边成形示意图
4)弯曲成形工艺
弯曲成形是将板料、棒料、管料或型材等弯成一定形状和角度零件的成形方法,如图6-4所示。
Ø 一般的304薄板都不会产生弯曲开裂现象。
Ø 430钢种在板厚较厚时容易产生弯曲开裂现象。
图6-4弯曲成形示意图
第七章 不锈钢的腐蚀
不锈钢的不锈特性是由于钢板表面特殊的钝化保护膜,首先简单介绍一下不锈钢的耐蚀机理,即钝化膜理论。
所谓钝化膜就是在不锈钢表面有一层以Cr2O3为主的薄膜。由于这个薄膜的存在使不锈钢基体在各种介质中腐蚀受阻,这种现象称为钝化。这种钝化膜的形成有两种情况,一种是不锈钢本身就有自钝化的能力,这种自钝化能力随铬含量的提高而加快。另一种较广泛的形成条件是不锈钢在各种水溶液(电解质)中,在被腐蚀的过程中形成钝化膜而使腐蚀受阻。
一般不锈钢的腐蚀类型分为两类:均匀腐蚀、局部腐蚀,随着不锈钢在人们生活中的普及,派生出了新的腐蚀类型——“锈蚀”。
7.1、均匀腐蚀
均匀腐蚀是指裸露在腐蚀环境的金属表面全部发生电化学或化学反应,均匀受到腐蚀。这种腐蚀也可以测量其进行速度,也可以预测以后的腐蚀程度,设定安全系数,设定材料的使用期,所以它是众多腐蚀种类中最不危险的腐蚀,通常均匀腐蚀的腐蚀程度按照重量、厚度减少的多少来衡量。除了特殊环境以外,不锈钢的均匀腐蚀的速度极低,使用寿命长,维护费用低。
表7-1不锈钢耐蚀性的十级标准
耐蚀性评价 | 腐蚀率(mm/年) | 等 级 |
完全耐蚀 | <0.001 | 1 |
很耐蚀 | 0.001-0.005 0.005-0.010 | 2 3 |
耐 蚀 | 0.010-0.05 0.05-0.10 | 4 5 |
尚耐蚀 | 0.10-0.50 0.50-1.00 | 6 7 |
欠耐蚀 | 1.00-5.00 5.00-10.0 | 8 9 |
不耐蚀 | >10.0 | 10 |
如果在使用过程中要求保持镜面或尺寸精密的设备应选用1-3级的不锈钢;要求长期不漏或要求使用年限的设备,应选用2-5级;对于检修方便或寿命不需很长的设备可选用4-7级的不锈钢。对于年腐蚀率超过1mm的一般不选用。
7.2、局部腐蚀
局部腐蚀是指在腐蚀介质的作用下,钢的基体在特定的部位被快速腐蚀的一种腐蚀形式。这种腐蚀对设备的威胁极大,因此必须根据介质条件正确地选用不锈钢。局部腐蚀主要类型有:晶间腐蚀、点蚀、应力腐蚀、锈蚀等。
● 晶间腐蚀
晶间腐蚀多发生在中等浓度硫酸、高浓度硝酸和有机酸等酸性介质中发生。腐蚀形式是不锈钢基体的晶粒边界受到加速腐蚀。产生这种腐蚀的原因是晶界处贫铬造成的。
为了防止晶界贫铬提高抗晶间腐蚀能力,主要有两个办法:一是降低钢中的碳含量≤0.03%的超低碳不锈钢;二是向钢中添加钛或铌。
● 点蚀
点蚀是一种很危险的局部腐蚀,多发生在含有氯、溴、碘等水溶液中,产生小孔然后急剧进行腐蚀的现象,严重时会穿透钢板, 一般不能以重量减少多少来评价其腐蚀程度。
提高耐点蚀能力的措施主要有两方面,一是提高局部的耐点蚀能力,减少钢中的夹杂物,特别是硫含量;二是钢的基体抗点蚀能力,影响基体耐蚀性的合金元素主要是铬、钼、氮三个元素。
● 缝隙腐蚀
产生缝隙腐蚀的主要原因是设备内有缝隙,例如铆接、垫片或者设备内有死角等原因,介质在这些地方由于不流动,所以氯离子浓缩而加快腐蚀。
为了防止发生缝隙腐蚀,首先应尽量避免有缝隙的设计,或使缝隙敞开;其次提高耐缝隙腐蚀的能力,其中合金元素的影响与点蚀相同。
● 应力腐蚀
应力腐蚀的外貌是沿设备厚度的垂直方向呈树枝状的腐蚀,使设备开裂。产生应力腐蚀的条件除介质条件外,与设备在制造过程产生拉伸应力有直接关系。发生这种腐蚀的主要设备有热交换器、冷却器、蒸汽发生器、送风机、干燥机和锅炉等。
提高不锈钢耐应力腐蚀的措施:一是提高耐应力腐蚀指标△Ni;二是对设备进行消除残余应力的热处理。
7.3、锈蚀
不锈钢的耐蚀性能是近年来由于不锈钢作为装饰材料广泛应用而提出的新的耐蚀性指标。不锈钢作为建筑用的板、管等材料同时要具有装饰性和美观性。 影响不锈钢耐锈性能的因素与耐点蚀性的因素是完全相同的,主要取决于基体抗锈性和锈蚀源(夹杂物)的含量。