和其他材料一樣,不銹(xiu)鋼(gang)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(gang)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)。
由于導熱性差、熱膨脹系(xi)數大,在(zai)進行不(bu)銹(xiu)鋼(gang)退火(huo)需要注意其與普(pu)通(tong)鋼(gang)熱處理不(bu)同(tong)的特點。如加熱溫度(du)較(jiao)高、加熱時間也相對較(jiao)長,在(zai)低(di)溫時溫度(du)不(bu)容易均勻,奧氏體型不(bu)銹(xiu)鋼(gang)高溫膨脹較(jiao)嚴重等。
在多種金屬之中,不銹(xiu)鋼(gang)(gang)是比(bi)較容易通過電(dian)流的材料。與(yu)純金屬相比(bi),合(he)金的電(dian)阻率一般(ban)較大,不銹(xiu)鋼(gang)(gang)也是如此,與(yu)其構成元素的鐵、鉻、鎳相比(bi),電(dian)阻率值明顯地要大。SUS304要比(bi)SUS430大,像SUS310S 那樣(yang),合(he)金元素越多,電(dian)阻就(jiu)越大。
不(bu)銹鋼的磁(ci)性與基體(ti)組織(zhi)密切相(xiang)關,鐵素體(ti)、珠光體(ti)和馬(ma)(ma)氏(shi)體(ti)組織(zhi)在(zai)(zai)常溫下為(wei)鐵磁(ci)性,在(zai)(zai)磁(ci)場中表現(xian)出很強的磁(ci)化作用,磁(ci)導(dao)率很高;而具有面心立方結構的奧氏(shi)體(ti)為(wei)順磁(ci)性,磁(ci)導(dao)率很低。奧氏(shi)體(ti)不(bu)銹鋼在(zai)(zai)殘留(liu)鐵素體(ti)、冷加工引起的馬(ma)(ma)氏(shi)體(ti)相(xiang)變(SIM)、焊接(jie)等影響下也可能表現(xian)出一定磁(ci)性。
物理(li)性能包括磁性能、耐腐蝕性能、熱膨脹系數等。
1. 熔點測試
一般使用DSC差熱(re)掃描量熱(re)法測量熔(rong)點,DSC差熱(re)分(fen)析(xi)儀以不銹(xiu)鋼(gang)樣品(pin)吸熱(re)的速(su)率為(wei)縱(zong)坐標,以溫度為(wei)橫坐標,在(zai)樣品(pin)加熱(re)過程(cheng)中(zhong)繪制(zhi)DSC曲線,曲線波峰(feng)對應的溫度為(wei)不銹(xiu)鋼(gang)樣品(pin)的熔(rong)點,具體見《貴金屬熔(rong)化溫度范圍的測定 熱(re)分(fen)析(xi)試驗方法》(GB/T 1425-2021)。
2. 比熱容(rong)測(ce)試
一般(ban)使用(yong)DSC差(cha)熱掃描量(liang)熱法測量(liang)熔(rong)點,DSC差(cha)熱分(fen)析儀以銅(tong)作為標準(zhun)(zhun)樣(yang)品。在(zai)程序控制溫(wen)度和一定氣氛下,保(bao)持(chi)不銹鋼樣(yang)品與銅(tong)標準(zhun)(zhun)樣(yang)品溫(wen)度相等時,測量(liang)輸給樣(yang)品和標準(zhun)(zhun)樣(yang)品的加熱功(gong)率與溫(wen)度或時間的關系,具體見ASTME 1269-2011和德標DIN 51007-1994等。
3. 導熱(re)系數測試
通用(yong)測(ce)(ce)量導熱(re)(re)系(xi)數(shu)的(de)(de)穩態(tai)法,用(yong)上下(xia)平(ping)整(zheng)的(de)(de)兩(liang)個樣(yang)(yang)品夾(jia)住探(tan)頭(tou),探(tan)頭(tou)加熱(re)(re),通過(guo)(guo)調節功率和測(ce)(ce)試(shi)時間(jian)(jian)得到(dao)樣(yang)(yang)品最佳(jia)(瞬間(jian)(jian)溫升、總體(ti)比上特征時間(jian)(jian)、殘差)的(de)(de)數(shu)據,通過(guo)(guo)數(shu)學(xue)模(mo)型擬合得到(dao)樣(yang)(yang)品的(de)(de)導熱(re)(re)系(xi)數(shu)、體(ti)積比熱(re)(re)和熱(re)(re)擴(kuo)散系(xi)數(shu),具體(ti)見《導熱(re)(re)率測(ce)(ce)試(shi)方(fang)法》(ISO 22007-2:2008)。
4. 線膨脹系數測試(shi)也稱(cheng)為線彈性系數
使用熱膨脹儀,測量兩個溫度間試樣(yang)長度的變化,計算出(chu)線膨脹系數,具體見《金屬(shu)材(cai)料熱膨脹特征參數的測定(ding)》(GB/T 4339-2008)。
5. 電阻率測(ce)試
使(shi)用(yong)(yong)智能電(dian)導率儀,采(cai)(cai)用(yong)(yong)專用(yong)(yong)工裝夾(jia)持試樣,根據試樣電(dian)阻值范(fan)圍,采(cai)(cai)用(yong)(yong)凱(kai)爾文電(dian)橋(qiao)或惠思登電(dian)橋(qiao)通過測(ce)量電(dian)壓、電(dian)流計算出(chu)電(dian)阻,電(dian)阻率或電(dian)導率測(ce)量,具體見《金屬材(cai)料電(dian)阻率測(ce)量方(fang)法》(GB/T 351-2019)。
6. 磁導率(lv)的測試
磁(ci)(ci)導率(lv)(lv)儀探(tan)頭(tou)由一個磁(ci)(ci)體(ti)(A)和磁(ci)(ci)場測量線(xian)圈(B)組成。磁(ci)(ci)體(ti)產生(sheng)磁(ci)(ci)場(C),當接近具(ju)有磁(ci)(ci)導率(lv)(lv)(E)材(cai)料時(shi),磁(ci)(ci)場(D)產生(sheng)變化。通過探(tan)頭(tou)中的線(xian)圈來檢測磁(ci)(ci)場的變化(F),從而計算(suan)出磁(ci)(ci)導率(lv)(lv),見(jian)《弱磁(ci)(ci)材(cai)料相對磁(ci)(ci)導率(lv)(lv)的測量方法》(GB/T 35690-2017)。
7. 楊氏彈性模量檢測
使用拉伸試(shi)驗(yan)機給圓形(xing)(xing)(xing)或矩形(xing)(xing)(xing)標準試(shi)樣(yang)施加(jia)軸向(xiang)(xiang)力,在(zai)不銹鋼(gang)彈性材(cai)料范圍內測(ce)定(ding)的軸向(xiang)(xiang)變形(xing)(xing)(xing)和橫向(xiang)(xiang)變形(xing)(xing)(xing),用圖(tu)解法或擬合法計算出E值,具體見《金屬材(cai)料彈性模(mo)量和泊(bo)松比(bi)試(shi)驗(yan)方(fang)法》(GB/T 22315-2008)。
8. 剛性系數測試又稱為剛度系數
利用靜態(tai)法扭桿(gan)剛(gang)度測量法,將試(shi)樣裝(zhuang)夾(jia)在象(xiang)(xiang)限(xian)儀(yi)的測量平板上,對好零位(wei)示值(zhi),轉動象(xiang)(xiang)限(xian)儀(yi)和(he)擺動自(zi)準直儀(yi),依(yi)次測出加(jia)載載荷(he)對應的象(xiang)(xiang)限(xian)儀(yi)上試(shi)樣的轉動角度值(zhi)即可得(de)到試(shi)樣的剛(gang)度系數。
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