选择不锈钢材料,除了要满足工件的耐蚀性,还要考虑其力学性能,特别是要求具有较高强度的零件,所以在编写本书时,对各种钢的力学性能,基本上都给予了介绍,以供读者根据零件的技术要求在选材时进行参考。


  不锈钢的力学性能主要是指强度、硬度、韧性、塑性、疲劳和弹性等几大部分。常用的强度指标是指抗拉强度、屈服强度、抗弯强度、抗压强度和抗扭强度等内容;塑性指标是指断面收缩率和断后伸长率;韧性指标是指冲击吸收功,过去曾用冲击韧度;常用的硬度指标有洛氏硬度、布氏硬度和维氏硬度;疲劳是指疲劳强度;弹性主要是指弹性模量。


 本书涉及到的不锈钢的力学性能指标有:抗拉强度、屈服点、屈服强度、断后伸长率、断面收缩率、抗弯强度、冲击吸收功和冲击韧度、布氏硬度、洛氏硬度和维氏硬度。



一、强度


 强度是指在外力作用下抵抗塑性变形和断裂的能力。常用的强度指标有抗拉强度、屈服强度和规定非比例延伸强度。


 1. 规定非比例延伸强度Rp(旧标准σp)


    规定非比例延伸率等于规定的延伸计标距百分率时的应力。使用单位符号应符合以下脚注说明所规定的百分率,如Rp0.2表示规定非比例延伸率为0.2%时的应力,等同σ0.2。


   规定非比例伸长应力是一些重要不锈钢零件设计的力学依据。表示符号应附以角标说明,例如Rp0.01、Rp0.05、Rp0.2分别表示规定比例延伸率为0.01%、0.05%、0.2%时的应力。


 2. 屈服强度 


  当金属材料呈现屈服现象时,即在试验期间达到塑性变形而力不增加的应力点,分为上屈服强度和下屈服强度,过去曾叫“屈服点”。


    a. 上屈服强度是指试样发生屈服时,应力首次下降前的最高值。符号为ReH单位为MPa。


    b. 下屈服强度是指屈服期间不计初始瞬时效应的最低应力。符号为RcL,单位为MPa。


 3. 抗拉强度 


  拉伸试验时,最大力(Fm)除以试样原始横截面积(S0)四为材料的最大应力,等同原σb。符号为Rm,单位为MPa。



二、塑性


材料断裂前发生不可迸永久变形的能力叫塑性。常用的塑性指标有断后伸长率和断面收缩率。


(1)断后伸长率 试样拉断后,断后标距的残留伸长(Lu-L0)与原始标距(L0)之比称为断后伸长率。符号为A,即


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三、硬度


  硬度实际上是指一个小的金属表面或很小的体积内抵抗弹性变形、塑性变形或抵抗破裂的一种抗力。它是材料的弹性、强度、塑性、韧性等一系列不同力学性能组成的综合性能指标,是选择材料的重要依据。


  由于硬度试验设备简单,操作方便、迅速,又可直接在零件上进行试验基本不破坏工件,因此在生产和科研上应用得很广。目前,在生产中应用最广泛的硬度是布氏硬度、洛氏硬度和维氏硬度。


 1. 布氏硬度 


   布氏硬度的试验原理是对一定直径(mm)的硬质合金球施加试验力压入试样表面,经规定保持时间(s)后,卸除试验力,测定试样表面压痕的直径(mm),即求得布氏硬度值(HBW)。


   布氏硬度值的表示:布氏硬度符号用HBW表示。符号HBW前面数值为硬度值,符号后面是按如下顺序表示试验条件的指标:


    a. 硬质合金球直径(mm)。


    b. 试验力大小的数值[(k)N]。


    c. 与规定时间不同的试验力保持时间(s)。


    例1:255HBW5/750 表示用直径5mm的硬质合金球在7.355kN试验力下保持10~15s测定的布氏硬度值为255(较短的保持时间可不列出)。


    例2:606HBW1/30/20表示用直径1mm的硬质合金球在294.2N试验力下保持20s,测定的布氏硬度值为606。


   鉴于有的钢铁材料在技术标准中给出的要求值是压痕直径,为便于进行换算,现列出平面硬度值计算简表,见表2-3。



  布氏硬度试验方法摘自GB/T 231.1-2009《金属材料 布氏硬度试验 第1部分:试验方法》。


 2. 洛氏硬度 


  洛氏硬度试验法摘自GB/T 230.1-2009《金属材料 洛氏硬度试验 第1部分:试验方法(A、B、C、D、E、F、G、H、K、N、T标尺)》。


  洛氏硬度试验法是目前工厂中应用最广泛的试验方法之一。


  洛氏硬度试验原理及洛氏硬度表示:将压头(金刚石圆锥、钢球或硬质合金球)分两个步骤压入试样表面,经规定保持时间后,卸除主试验力,测量被测试金属表面在主试验力下残留的压痕深度以此来计算试件的硬度值,即


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  洛氏硬度试验时,其硬度值可从硬度计的指示器上直接读出,而无需测量压痕深度,硬度值只表示高低故而没有单位。本书常用的洛氏硬度值为HRC、HRB。现把工厂常用的三种硬度标尺及试验范围列于表2-4。


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  测出硬度值后,应标明硬度值符号(用球测量应表明压头代号,钢球为S,硬质合金球为W)。


  例如,59HRC表示用C标尺测得洛氏硬度值为59;60HRBW表示用硬质合金球压头在B标尺上测得的洛氏硬度值为60。


  洛氏硬度试验法的优点是操作简便、迅速,压痕较小,故可在工件表面或较薄的金属上进行试验,并适于大量生产中的成品检查,适于各种软硬材料。


 3. 维氏硬度 


  维氏硬度试验摘自GB/T 4340.1-2009《金属材料 维氏硬度试验 第1部分:试验方法》。


  其试验原理是将顶部两相对面具有规定角度的正四棱锥体金刚石压头,用试验力压入试样表面,保持规定时间后,卸除试验力,并通过测量试样表面压痕对角线长度来确定试件硬度。所得硬度值用符号HV表示。


  HV可根据压痕对角线平均长度d值查表求出,也可用公式HV=0.1891F/d2计算求出。


  例如,640HV30表示在试验力294.2N下保持10~15s,测得的维氏硬度值为640(HV后面数值为试验力值,试验力保持时间10~15s不标注);640HV30/20 表示在试验力为294.2N下保持20s,测得的维氏硬度值为640。



四、冲击吸收功


  机械零件在服役过程中不仅受到静载荷与变动载荷的作用,还受到冲击载荷的作用因此在设计零件和工具时,必须考虑所选用材料的冲击吸收收功。


  GB/T 229-2007《金属材料 夏比摆锤冲击试验方法》规定,用一定尺寸和形状不同的夏比标准试样,在摆锤式一次冲击试验机上进行冲击试验,以冲击试样时所消耗的冲击吸收功来测定钢铁材料的冲击吸收功。符号为Ak,单位为J。


  在原标准中用试样断口处截面积SN去除Ak即得到冲击韧度,用αk表示,单位为J/c㎡。


  对一般钢材来说,所测冲击吸收功Ak越大,材料的韧性越好。本书在一些钢号力学性能上都标有其Ak值,可供选材时参考。


  本书上面介绍了钢的力学性能,在选择不锈钢材料时很重要,因为不锈钢工件在使用时要承受载荷,不锈钢容器要承受一定压力,图2-1中给出了13种基本不锈钢的耐蚀性和强度的相互关系,供选材时参考。


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