“不銹”是不銹鋼的主要特征,但是最早的一些不銹鋼卻因為高強度被用來制造不腐蝕的刀具。在美國20世紀大蕭條開始后的第二年,有人就開始建造了世界上第一架不銹鋼飛機一一先鋒號,其結(jié)構(gòu)件和機身使用了不銹鋼,機翼采用纖維織物包裹,建成的飛機重量竟然還比當時木質(zhì)飛機輕一點,其中不銹鋼的厚度只有兩張紙那么厚。一個世紀后,2019年馬斯克建造了一艘直徑9米的不銹鋼飛船--星船,馬斯克說,盡管不銹鋼材質(zhì)不是最輕的材料,但在溫度特別低(如-165℃)的情況下,不銹鋼材質(zhì)的性能和強度都提高50%,延展性良好、非常堅韌且沒有斷裂的問題。我國很多建筑也采用了不銹鋼材料作為主體結(jié)構(gòu)材料。
從刀具、飛機到飛船、建筑物,可見人們對不銹鋼的力學(xué)性能也非常感興趣。根據(jù)不同的化學(xué)成分和基體組織,不銹鋼牌號可覆蓋很寬的力學(xué)性能范圍,如固溶態(tài)不銹鋼熱軋板(GB/T4237)的室溫屈服強度范圍從不低于170兆帕至不低于1050兆帕,抗拉強度從不低于360兆帕至不低于1350兆帕。在4K到1000K范圍內(nèi),都可以找到合適的、滿足力學(xué)性能要求的不銹鋼牌號。
不銹鋼的力學(xué)性能包括室溫和高溫拉伸性能、硬度性能、低溫沖擊韌性、高溫疲勞試驗等。
1. 室溫力學(xué)性能檢測
在(18±5)℃環(huán)境下,按照標準規(guī)定的試驗速度在拉伸試驗機上將試樣拉斷,以拉斷過程中的各種力值除以試樣的原始截面積,計算出各種拉伸強度。通過試樣斷裂前后標距長度的變化計算試樣伸長率指標,具體見《金屬材料 拉伸試驗 第1部分:室溫試驗方法》(GB/T 228.1-2010)。
2. 高溫或低溫力學(xué)性能檢測
試樣裝在爐內(nèi)加熱或冷卻,保持一定時間后,按照標準規(guī)定的試驗速度在拉伸試驗機上將試樣拉斷,測量過程同室溫拉伸,具體見《金屬材料 拉伸試驗 第1部分:高溫試驗方法》(GB/T 228.2-2010)和《金屬材料低溫拉伸試驗方法》(GB/T 13239-2006)。
3. 低溫沖擊性能檢測
將檢測試樣在低溫介質(zhì)中保溫至少5分鐘,在規(guī)定時間內(nèi)放置于沖擊試驗裝置支座上,試樣中心必須對中于支座上,然后釋放擺錘打斷試樣,記錄沖擊能量值,具體見《金屬材料夏比擺錘沖擊試驗方法》(GB/T 229-2007)。
4. 硬度性能檢測(包括布氏硬度、維氏硬度、洛氏硬度)
以硬度計的硬質(zhì)合金球或錐體給試樣表面施加一定的力,通過壓痕深度或直徑換算出不銹鋼的硬度值,具體見《金屬材料洛氏硬度試驗 第1部分:試驗方法》(GB/T 230.1-2018)、《金屬材料布氏硬度試驗 第1部分:試驗方法》(GB/T 231.1-2018)和《金屬維氏硬度試驗 第1部分:試驗方法》(GB/T 4340.1-2009)。
5. 疲勞性能測試
使用疲勞試驗機,在指定的溫度環(huán)境下,對不銹鋼試樣施加拉-拉或拉-壓或扭轉(zhuǎn)形式的一定頻率和強度的應(yīng)力,循環(huán)試驗,直至試樣斷裂,繪制出應(yīng)力/應(yīng)變-壽命曲線,分析應(yīng)力-壽命特性結(jié)果,包括疲勞強度指數(shù)、疲勞延性指數(shù)、疲勞強度系數(shù)和疲勞延性系數(shù),具體見《金屬材料軸向等幅低循環(huán)疲勞試驗方法》(GB/T 15248-2008)、《金屬材料扭應(yīng)力疲勞試驗方法》(GB/T 12443-2007)。
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