和其他材料一樣,不(bu)銹鋼的物理性能主要包括熔點、比熱容、導熱系數和線膨脹系數等熱力學性能,電阻率、電導率和磁導率等電磁學性能,以及楊氏彈性模量、剛性系數等力學性能。這些性能一般都被認為是不銹鋼材料的固有特性,但也會受到諸如溫度、加工程度和磁場強度等的影響。
通常情況下不銹鋼與純鐵相比導熱系數低、電阻大,而線膨脹系數和磁導率等性能則依不銹鋼本身的結晶結構而異。如在600℃以下,各種不銹鋼的導熱系數基本在10~30瓦/(米·攝氏度)范圍內。和鋁相比,SUS430不銹鋼的導熱系數為鋁的1/8,SUS304不銹鋼為1/13;與碳鋼相比分別為1/2和1/4,不銹鋼的導熱系數是較低的。這主要是由于不銹鋼中的鉻和鎳阻礙了承擔熱傳導的金屬結晶中的自由電子的活動(電子熱傳導)。
由于(yu)導熱(re)性(xing)差(cha)、熱(re)膨脹系(xi)數(shu)大,在(zai)進行不銹(xiu)鋼退火需要(yao)注意其與普通鋼熱(re)處理不同的特點(dian)。如加熱(re)溫度(du)較高、加熱(re)時間也(ye)相對較長,在(zai)低溫時溫度(du)不容易(yi)均勻(yun),奧氏體型不銹(xiu)鋼高溫膨脹較嚴重(zhong)等。
在多種金屬之中,不(bu)銹鋼(gang)是(shi)比(bi)較容易通過電流的材料。與純金屬相比(bi),合金的電阻率一般較大(da),不(bu)銹鋼(gang)也(ye)是(shi)如此,與其構成元素(su)的鐵、鉻、鎳(nie)相比(bi),電阻率值明顯地(di)要大(da)。SUS304要比(bi)SUS430大(da),像SUS310S 那樣,合金元素(su)越多,電阻就越大(da)。
不銹鋼的(de)磁性(xing)與基體(ti)組織(zhi)密切相關,鐵(tie)素體(ti)、珠光體(ti)和(he)馬(ma)氏(shi)體(ti)組織(zhi)在常溫下為鐵(tie)磁性(xing),在磁場中(zhong)表現(xian)出(chu)很(hen)(hen)強的(de)磁化作用(yong),磁導率很(hen)(hen)高(gao);而具有面心立方(fang)結構的(de)奧氏(shi)體(ti)為順磁性(xing),磁導率很(hen)(hen)低(di)。奧氏(shi)體(ti)不銹鋼在殘(can)留鐵(tie)素體(ti)、冷(leng)加工(gong)引起的(de)馬(ma)氏(shi)體(ti)相變(SIM)、焊接等(deng)影響下也可能表現(xian)出(chu)一(yi)定(ding)磁性(xing)。
物理性能(neng)包括(kuo)磁性能(neng)、耐(nai)腐(fu)蝕性能(neng)、熱膨脹系數等。
1. 熔點測試(shi)
一(yi)般使用DSC差熱掃(sao)描量熱法(fa)測量熔(rong)點,DSC差熱分析儀以不銹(xiu)鋼樣(yang)品吸熱的速率為縱坐(zuo)標(biao)(biao),以溫度(du)為橫(heng)坐(zuo)標(biao)(biao),在樣(yang)品加熱過程中繪制DSC曲線,曲線波峰對應的溫度(du)為不銹(xiu)鋼樣(yang)品的熔(rong)點,具體見《貴金屬熔(rong)化溫度(du)范圍的測定 熱分析試驗(yan)方法(fa)》(GB/T 1425-2021)。
2. 比(bi)熱(re)容測試
一(yi)般使用DSC差熱掃描量熱法測量熔點,DSC差熱分析儀(yi)以(yi)銅作為標(biao)準(zhun)樣(yang)(yang)品(pin)(pin)。在程序控制溫(wen)度和(he)一(yi)定氣(qi)氛(fen)下,保持(chi)不銹(xiu)鋼樣(yang)(yang)品(pin)(pin)與銅標(biao)準(zhun)樣(yang)(yang)品(pin)(pin)溫(wen)度相等(deng)時,測量輸給(gei)樣(yang)(yang)品(pin)(pin)和(he)標(biao)準(zhun)樣(yang)(yang)品(pin)(pin)的(de)加熱功率與溫(wen)度或時間的(de)關系,具體見ASTME 1269-2011和(he)德標(biao)DIN 51007-1994等(deng)。
3. 導(dao)熱系數測試
通(tong)用測量導熱(re)(re)(re)系數的(de)穩態(tai)法(fa),用上下平整(zheng)的(de)兩個樣(yang)(yang)品(pin)(pin)(pin)夾住探頭(tou)(tou),探頭(tou)(tou)加熱(re)(re)(re),通(tong)過調節功率和(he)測試(shi)時間得(de)到樣(yang)(yang)品(pin)(pin)(pin)最佳(瞬間溫升、總(zong)體比上特(te)征時間、殘差(cha))的(de)數據,通(tong)過數學(xue)模型(xing)擬合(he)得(de)到樣(yang)(yang)品(pin)(pin)(pin)的(de)導熱(re)(re)(re)系數、體積比熱(re)(re)(re)和(he)熱(re)(re)(re)擴散系數,具體見《導熱(re)(re)(re)率測試(shi)方法(fa)》(ISO 22007-2:2008)。
4. 線膨(peng)脹系(xi)(xi)數測試(shi)也稱為線彈(dan)性系(xi)(xi)數
使用熱膨脹儀,測(ce)量兩個(ge)溫度間(jian)試樣長度的變(bian)化,計算出線膨脹系數,具體見《金屬材料熱膨脹特征參(can)數的測(ce)定》(GB/T 4339-2008)。
5. 電阻(zu)率(lv)測試
使用(yong)(yong)智能電(dian)導率(lv)(lv)(lv)儀,采用(yong)(yong)專用(yong)(yong)工裝夾持試(shi)樣(yang)(yang),根據試(shi)樣(yang)(yang)電(dian)阻值(zhi)范圍,采用(yong)(yong)凱爾文電(dian)橋(qiao)或(huo)惠思登(deng)電(dian)橋(qiao)通過(guo)測(ce)量電(dian)壓(ya)、電(dian)流計算出電(dian)阻,電(dian)阻率(lv)(lv)(lv)或(huo)電(dian)導率(lv)(lv)(lv)測(ce)量,具(ju)體見《金屬(shu)材料電(dian)阻率(lv)(lv)(lv)測(ce)量方法》(GB/T 351-2019)。
6. 磁導率(lv)的測試
磁(ci)(ci)導率儀(yi)探頭(tou)由一個磁(ci)(ci)體(ti)(A)和(he)磁(ci)(ci)場(chang)測(ce)量線圈(quan)(B)組成。磁(ci)(ci)體(ti)產生(sheng)磁(ci)(ci)場(chang)(C),當接(jie)近具有磁(ci)(ci)導率(E)材(cai)料(liao)時,磁(ci)(ci)場(chang)(D)產生(sheng)變化。通過探頭(tou)中的線圈(quan)來(lai)檢(jian)測(ce)磁(ci)(ci)場(chang)的變化(F),從(cong)而計算出磁(ci)(ci)導率,見《弱磁(ci)(ci)材(cai)料(liao)相對磁(ci)(ci)導率的測(ce)量方(fang)法》(GB/T 35690-2017)。
7. 楊氏(shi)彈性模量檢(jian)測
使用(yong)拉伸試(shi)驗機給圓形(xing)(xing)或(huo)矩形(xing)(xing)標(biao)準試(shi)樣施加(jia)軸向力,在不銹(xiu)鋼(gang)彈(dan)性材(cai)料(liao)范(fan)圍內測定的軸向變形(xing)(xing)和橫向變形(xing)(xing),用(yong)圖(tu)解法或(huo)擬合(he)法計算出E值(zhi),具體(ti)見(jian)《金屬材(cai)料(liao)彈(dan)性模(mo)量和泊(bo)松(song)比(bi)試(shi)驗方(fang)法》(GB/T 22315-2008)。
8. 剛(gang)(gang)性系數測試又稱(cheng)為(wei)剛(gang)(gang)度系數
利用靜態(tai)法(fa)扭桿剛度(du)測(ce)量(liang)法(fa),將試樣(yang)裝夾在象限儀(yi)(yi)的(de)(de)(de)測(ce)量(liang)平板上(shang),對(dui)好零位示值,轉動象限儀(yi)(yi)和(he)擺動自準(zhun)直(zhi)儀(yi)(yi),依次測(ce)出(chu)加載載荷對(dui)應的(de)(de)(de)象限儀(yi)(yi)上(shang)試樣(yang)的(de)(de)(de)轉動角度(du)值即可得到試樣(yang)的(de)(de)(de)剛度(du)系數。
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