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1、不锈钢的机械性能 技术部实验分析科 陈昌茂 机械性能试验方法简介 奥氏体STS的机械性能 铁素体STS的机械性能 马氏体STS的机械性能 双相STS的机械性能 沉淀硬化STS的机械性能 目录 STS的机械性质 机械性能试验方法简介 拉伸性能试验方法 金属材料室温拉伸试验方法 STS的机械性质 v试验目的和意义 拉伸力学性能是材料的基本力学性能，是评定金属 材料质量的重要依据。 为金属材料质量检验、研制和开发新材料、改进材 料质量、进行金属制件的失效分析、选材和质量控 制等提供重要手段。 v试验原理 用拉力拉伸试样，一般拉至断裂，测定一项或几项 力学性能。 返回 拉伸性能试验方法 机械性能试验方
2、法简介 拉伸试验力学参量 工程应力：用试样的原始横截面尺寸计算的应力 。 F / S0 工程应变：瞬间长度与原始长度之差与原始长度 之比，简称应变。 L / L0 STS的机械性质 返回 拉伸性能试验方法 机械性能试验方法简介 拉伸试验曲线和常用参数 典型低碳钢拉伸图 STS的机械性质 v强度指标 上屈服强度 ReH 下屈服强度 ReL 非比例伸长应力 Rp0.2 抗拉强度 Rm v塑性指标 延伸率 A 断面收缩率 Z 返回 拉伸性能试验方法 机械性能试验方法简介 几种典型的拉伸曲线 STS的机械性质 返回 中碳钢调质后的拉伸图中、高强度钢的拉伸图淬火钢的拉伸图铸铁的拉伸图 拉伸性能试验方法
3、机械性能试验方法简介 拉伸试验方法标准 ISO 6892：1998金属材料室温拉伸试验 EN 10002-12001金属材料拉伸试验第1部分 ： 室温拉伸试验方法 ASTM E8M2000b金属材料拉伸试验方法 JIS Z 22411998金属材料拉伸试验方法 GB/T 2282002金属材料 室温拉伸试验方法 STS的机械性质 返回 拉伸应变硬化指数(n值)的测定 机械性能试验方法简介 STS的机械性质 返回 v 定义 在单轴拉伸力作用下，真实应力与真实应变数学方程式中的真实 应变指数。此方程可以用式表示： k n 此方程可以转变如下的对数方程： ln= lnk + nln 在双对数坐标平面
4、上的直线低利率即为应变硬化指数： n = tan v 适用范围 厚度0.13mm的金属薄板和薄带。 适用于均匀塑性变形范围内应力-应变曲线呈单调连续的部分 。 拉伸应变硬化指数(n值)的测定 机械性能试验方法简介 STS的机械性质 返回 v 测定原理 试样在均匀塑性变形范围内以规定的恒定速率轴向拉伸变形。用 整个均匀塑性变形范围的应力应变曲线，或用均匀塑性变形范 围的应力应变曲线的一部分计算拉伸应变硬化指数（n值）。 拉伸应变硬化指数(n值)的测定 机械性能试验方法简介 STS的机械性质 返回 v 应变硬化指数n值的测定 根据体积不变原理真应力与真应变为 ： ST（1） e = ln ( 1+
5、 ) 利用最小乘法求算n值 。 拉伸应变硬化指数(n值)的测定 机械性能试验方法简介 STS的机械性质 返回 v 应变硬化指数n值的意义 加工硬化指数n反应了材料开始屈服以后，继续变形时材料的应变硬化 情况，它决定了材料开始发生颈缩时的最大应力。n还决定了材料能够 产生的最大均匀应变量，这一数值在冷加工成型工艺中是很重要的。 对于工作中的零件，也要求材料有一定的加工硬化能力，否则，在偶 然过载的情况下，会产生过量的塑性变形，甚至有局部的不均匀变形 或断裂，因此材料的加工硬化能力是零件安全使用的可靠保证。 形变硬化是提高材料强度的重要手段。不锈钢有很大的加工硬化指数 n=0.5，因而也有很高的均
6、匀变形量。不锈钢的屈服强度不高，但如用 冷变形可以成倍地提高。高碳钢丝经过铅浴等温处理后拉拔，可以达 到2000MPa以上。但是，传统的形变强化方法只能使强度提高，而塑 性损失了很多。现在研制的一些新材料中，注意到当改变了显微组织 和组织的分布时，变形中既能提高强度又能提高塑性。 塑性应变比(r值)的测定 机械性能试验方法简介 STS的机械性质 返回 v 定义 将金属薄板试样沿轴向拉伸到产生均匀塑性变形时，试样标距内 宽度方向的真实应变与方向的真实应变之比。（厚向异性系数） r = b/a b =ln(b/b0) a =ln(a/a0) v 适用范围 厚度0.13mm的金属薄板和薄带。 由于测
7、量长度的变化比测量厚度的变化容易和精确，所以根据塑 性应变前后体积不变原理导出下面的关系式来计算塑性应变比r 。 r = ln(b0/b)/ ln(Lb/L0b0) 塑性应变比(r值)的测定 机械性能试验方法简介 STS的机械性质 返回 在单轴拉伸力作用下，将试样拉伸到均匀塑性变形阶段，当达到 规定的工程应变水平时，测量试样标距长度和宽度的变化，并利 用塑性变形前后体积不变原理导出的公式计算塑性应变化(r值)。 v 测定原理 v 计算方法 取样方向一般为0、45、90，每个方向至少取3片试样。在其他方 向显示r特征值的材料，经双方协商，也可在那些方向上取样。 用于下式分别计算不同取向试样的r、
8、r、r值。 r = （r0+r90+2r45 ） /4 r = (r0+r90 )/2 r45 r 加权平均塑性应变比 r塑性应变比平面各向异性度 塑性应变比(r值)的测定 机械性能试验方法简介 STS的机械性质 返回 板料r值的大小，反映板平面方向与厚度方向应变 能力的差异。 r=1时，为各向同性；r1时，为各向异性。当r1，说明板平面 方向较厚度方向更容易变形，或者说板料不易变薄。r值与板料中 晶粒的择优 取向有关，本质上是属于板料各向异性的一个量度。 r值与冲压成形性能有密切的关系，尤其是与拉深成形性能直接相 关。板料的r值大，拉深成形时，有利于凸缘的切向收缩变 形和提 高拉深件底部的承
9、载能力。 用圆形坯料拉深筒形件，当r0时，凸耳出现在0和90方向； 当r0时，凸耳出现在45方向；r=0时，不产生凸耳。由于 凸耳的位置与大小和r有关，所以r也叫凸耳参数。 v 塑性应变比（r值）的意义 冷弯性能试验方法 机械性能试验方法简介 常用弯曲试验装置 STS的机械性质 弯曲试验结果评定 应按照相关产品标准的要求评定试验结果。如未规定 具体要求，弯曲试验后试样弯曲外表面无肉眼可见裂 纹应评定为合格。 返回 硬度性能试验方法 机械性能试验方法简介 STS的机械性质 常用硬度试验方法 布氏硬度试验方法 洛氏硬度试验方法 维氏硬度试验方法 肖氏硬度试验方法 返回 硬度性能试验方法 机械性能试
10、验方法简介 STS的机械性质 布氏硬度试验方法(Brinell) 返回 硬度性能试验方法 机械性能试验方法简介 STS的机械性质 洛氏硬度试验方法(Rockwell) 洛氏硬度值=100-e洛氏硬度值=130-e v e : 去除主试验力后，在初始试验力下的残余压痕深度增量，用 0.002mm为单位表示。 返回 硬度性能试验方法 机械性能试验方法简介 STS的机械性质 维氏硬度试验方法(Vickers) v维氏硬度值是试验力除于压痕表面积的商。 返回 冲击性能试验方法 机械性能试验方法简介 STS的机械性质 用规定高度的摆锤对处于简支梁状态的缺口试样进行一次性 打击，测量试样折断时的冲击吸收功
11、。 v试验目的和意义 v试验原理 评价材料对大能量一次冲击载荷下破坏的缺口敏感性。 检查和控制材料的冶金质量和热加工质量。 评定材料在高、低温条件下的韧脆转变特性。 返回 冲击性能试验方法 机械性能试验方法简介 STS的机械性质 返回 夏比冲击试验方法(Charpy) 冲击性能试验方法 机械性能试验方法简介 STS的机械性质 冷脆转化温度的评定 返回 工程上希望确定一个材料的冷脆转化温度，在此温度以上只要名义应 力还处于弹性范围，材料就不会发生脆性破坏。在冷脆转化温度的确 定标准一旦建立之后，实际上是按照冷脆转化温度的高低来选择材料 。 (1)冲击吸收功温度曲线上平 台与下平台区间规定百分数（
12、n）所 对应的温度，用ETTn表示。 (2)脆性断面率温度曲线中规 定脆性断面率（n）所对应的温度， 用FATTn表示。 (3)侧膨胀值温度曲线上平台 与下平台区间某规定侧膨胀值所对 应的温度，用LETT表示。 奥氏体STS的强度性能 奥氏体STS的机械性能 STS的拉伸曲线 STS拉伸试验曲线 STS的机械性质 返回 奥氏体STS的强度性能 奥氏体STS的机械性能 室温下奥氏体STS的强度 STS的机械性质 v 与普通碳钢(YS：270MPa，TS：465MPa)相比，奥 氏体不锈钢具有更好的强度性能。 室温下退火奥氏体STS的屈服强度和抗拉强度 返回 奥氏体STS的强度性能 奥氏体STS的
13、机械性能 冷变形情况下奥氏体STS的强度 STS的机械性质 v 冷变形显著提高奥氏体STS的屈服强度和抗拉强度。 v 硬化程度由其化学成分决定。尤其是奥氏体稳定化元素的含量 。301没有足够的Ni，其硬化能力较304和310要强(不稳定的奥氏体 组织变相为马氏体 )。 v 对退火STS Coil 进行冷轧而不进行最终热处理可生产高强度的 STS Sheet & Strip 。 返回 奥氏体STS的强度性能 奥氏体STS的机械性能 冷变形情况下奥氏体STS的强度 STS的机械性质 冷拉拔STS钢丝的抗拉强度(304) 返回 奥氏体STS的强度性能 奥氏体STS的机械性能 高温下奥氏体STS的强度
14、 STS的机械性质 短时间高温情况下的强度性能 v “L” grades 随温度的升高，强度下降得更快。尤其是 抗拉强度值。 返回 奥氏体STS的强度性能 奥氏体STS的机械性能 高温下奥氏体STS的强度 STS的机械性质 长时间高温情况下的强度性能(Creep) v 蠕变即高温情况下，金属在恒定 应力下持续发生变形的现象。蠕变 分为三阶段。 v 一般所指的金属蠕变速率，都是 指的是第二阶段的速度。 返回 奥氏体STS的强度性能 奥氏体STS的机械性能 低温下奥氏体STS的强度 STS的机械性质 不同奥氏体STS在低温下的强度性能 v 奥氏体STS随温度的下降强度值不断上升。即使在200 深冷
15、液态气体中也是如此。 v 高Ni、N的奥氏体STS抗拉强度随温度下降上升幅度不大 ，但其屈服强度上升较为明显。 返回 v 低Ni、N的亚稳态奥氏体STS屈服强度随温度下降上升幅 度不大，但其抗拉强度上升较为明显。 奥氏体STS的塑性性能 奥氏体STS的机械性能 断后伸长率(EL)和断面收缩率(RA) STS的机械性质 v 退火奥氏体STS具有优秀的断后伸长率(5060% and higher) 。故其具有很强的冷成型、冲压及拉拔等性能。 v 冷加工可造成塑性下降。30%的冷变形可使EL值下降至20% ，但对于一般工程设计而言仍是可以接受的。 返回 v 在低温情况下，EL值下降不大。零摄氏度以下
16、EL值一般为 4050% 。 奥氏体STS的硬度性能 奥氏体STS的机械性能 不同状态下的硬度 STS的机械性质 v 退火奥氏体STS典型硬度值为150 160HB。 v 小变形会使硬度迅速提高至大约250HB。但继续变形硬度增加 的幅度将有所下降。 返回 v 弹簧回火（spring temper）奥氏体STS和冷轧至full hard temper ，其硬度可达340 380HB 。 奥氏体STS的冲击韧性 奥氏体STS的机械性能 夏比冲击功(Akv,J) STS的机械性质 v 退火奥氏体STS具有优秀的冲击韧性。室温下冲击功165J以 上。 0以下其冲击功有所下降。但即使在100以下，仍能 达到90 120J。 v 冷加工使冲击功降低，降低的值视加工量而定。但即使冷加 工量很大
