和其他材料一樣,不銹鋼的物理性能主要包括熔點(diǎn)、比熱容、導(dǎo)熱系數(shù)和線膨脹系數(shù)等熱力學(xué)性能,電阻率、電導(dǎo)率和磁導(dǎo)率等電磁學(xué)性能,以及楊氏彈性模量、剛性系數(shù)等力學(xué)性能。這些性能一般都被認(rèn)為是不銹鋼材料的固有特性,但也會(huì)受到諸如溫度、加工程度和磁場(chǎng)強(qiáng)度等的影響。
通常情況下不銹鋼與純鐵相比導(dǎo)熱系數(shù)低、電阻大,而線膨脹系數(shù)和磁導(dǎo)率等性能則依不銹鋼本身的結(jié)晶結(jié)構(gòu)而異。如在600℃以下,各種不銹鋼的導(dǎo)熱系數(shù)基本在10~30瓦/(米·攝氏度)范圍內(nèi)。和鋁相比,SUS430不銹鋼的導(dǎo)熱系數(shù)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(dǎo)熱系數(shù)是較低的。這主要是由于不銹鋼中的鉻和鎳阻礙了承擔(dān)熱傳導(dǎo)的金屬結(jié)晶中的自由電子的活動(dòng)(電子熱傳導(dǎo))。
由于導(dǎo)熱性差、熱膨脹系數(shù)大,在進(jìn)行不銹鋼退火需要注意其與普通鋼熱處理不同的特點(diǎn)。如加熱溫度較高、加熱時(shí)間也相對(duì)較長(zhǎng),在低溫時(shí)溫度不容易均勻,奧氏體型不銹鋼高溫膨脹較嚴(yán)重等。
在多種金屬之中,不銹鋼是比較容易通過(guò)電流的材料。與純金屬相比,合金的電阻率一般較大,不銹鋼也是如此,與其構(gòu)成元素的鐵、鉻、鎳相比,電阻率值明顯地要大。SUS304要比SUS430大,像SUS310S 那樣,合金元素越多,電阻就越大。
不銹鋼的磁性與基體組織密切相關(guān),鐵素體、珠光體和馬氏體組織在常溫下為鐵磁性,在磁場(chǎng)中表現(xiàn)出很強(qiáng)的磁化作用,磁導(dǎo)率很高;而具有面心立方結(jié)構(gòu)的奧氏體為順磁性,磁導(dǎo)率很低。奧氏體不銹鋼在殘留鐵素體、冷加工引起的馬氏體相變(SIM)、焊接等影響下也可能表現(xiàn)出一定磁性。
物理性能包括磁性能、耐腐蝕性能、熱膨脹系數(shù)等。
1. 熔點(diǎn)測(cè)試
一般使用DSC差熱掃描量熱法測(cè)量熔點(diǎn),DSC差熱分析儀以不銹鋼樣品吸熱的速率為縱坐標(biāo),以溫度為橫坐標(biāo),在樣品加熱過(guò)程中繪制DSC曲線,曲線波峰對(duì)應(yīng)的溫度為不銹鋼樣品的熔點(diǎn),具體見(jiàn)《貴金屬熔化溫度范圍的測(cè)定 熱分析試驗(yàn)方法》(GB/T 1425-2021)。
2. 比熱容測(cè)試
一般使用DSC差熱掃描量熱法測(cè)量熔點(diǎn),DSC差熱分析儀以銅作為標(biāo)準(zhǔn)樣品。在程序控制溫度和一定氣氛下,保持不銹鋼樣品與銅標(biāo)準(zhǔn)樣品溫度相等時(shí),測(cè)量輸給樣品和標(biāo)準(zhǔn)樣品的加熱功率與溫度或時(shí)間的關(guān)系,具體見(jiàn)ASTME 1269-2011和德標(biāo)DIN 51007-1994等。
3. 導(dǎo)熱系數(shù)測(cè)試
通用測(cè)量導(dǎo)熱系數(shù)的穩(wěn)態(tài)法,用上下平整的兩個(gè)樣品夾住探頭,探頭加熱,通過(guò)調(diào)節(jié)功率和測(cè)試時(shí)間得到樣品最佳(瞬間溫升、總體比上特征時(shí)間、殘差)的數(shù)據(jù),通過(guò)數(shù)學(xué)模型擬合得到樣品的導(dǎo)熱系數(shù)、體積比熱和熱擴(kuò)散系數(shù),具體見(jiàn)《導(dǎo)熱率測(cè)試方法》(ISO 22007-2:2008)。
4. 線膨脹系數(shù)測(cè)試也稱(chēng)為線彈性系數(shù)
使用熱膨脹儀,測(cè)量?jī)蓚€(gè)溫度間試樣長(zhǎng)度的變化,計(jì)算出線膨脹系數(shù),具體見(jiàn)《金屬材料熱膨脹特征參數(shù)的測(cè)定》(GB/T 4339-2008)。
5. 電阻率測(cè)試
使用智能電導(dǎo)率儀,采用專(zhuān)用工裝夾持試樣,根據(jù)試樣電阻值范圍,采用凱爾文電橋或惠思登電橋通過(guò)測(cè)量電壓、電流計(jì)算出電阻,電阻率或電導(dǎo)率測(cè)量,具體見(jiàn)《金屬材料電阻率測(cè)量方法》(GB/T 351-2019)。
6. 磁導(dǎo)率的測(cè)試
磁導(dǎo)率儀探頭由一個(gè)磁體(A)和磁場(chǎng)測(cè)量線圈(B)組成。磁體產(chǎn)生磁場(chǎng)(C),當(dāng)接近具有磁導(dǎo)率(E)材料時(shí),磁場(chǎng)(D)產(chǎn)生變化。通過(guò)探頭中的線圈來(lái)檢測(cè)磁場(chǎng)的變化(F),從而計(jì)算出磁導(dǎo)率,見(jiàn)《弱磁材料相對(duì)磁導(dǎo)率的測(cè)量方法》(GB/T 35690-2017)。
7. 楊氏彈性模量檢測(cè)
使用拉伸試驗(yàn)機(jī)給圓形或矩形標(biāo)準(zhǔn)試樣施加軸向力,在不銹鋼彈性材料范圍內(nèi)測(cè)定的軸向變形和橫向變形,用圖解法或擬合法計(jì)算出E值,具體見(jiàn)《金屬材料彈性模量和泊松比試驗(yàn)方法》(GB/T 22315-2008)。
8. 剛性系數(shù)測(cè)試又稱(chēng)為剛度系數(shù)
利用靜態(tài)法扭桿剛度測(cè)量法,將試樣裝夾在象限儀的測(cè)量平板上,對(duì)好零位示值,轉(zhuǎn)動(dòng)象限儀和擺動(dòng)自準(zhǔn)直儀,依次測(cè)出加載載荷對(duì)應(yīng)的象限儀上試樣的轉(zhuǎn)動(dòng)角度值即可得到試樣的剛度系數(shù)。
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