不锈钢的性能和组织

不锈钢的性能与组织

不锈钢，它也是一种以铁—碳为基础的铁碳合金。只是为了出于耐腐蚀和物理及工艺性能的需要使之比普通钢多了一些合金元素。由于这些合金元素的加入，导致钢内部组织发生变化，所以在钢的性能上反映出来，这类变化是遵循一定规律的。不锈钢常用的元素和对其性能影响最大的有：硅、钛、铌、氮、铜、钴、碳、铬、镍、锰等。其中铁是最基本的元素，百分百含量也最大。

一. 决定不锈钢耐腐蚀行的主要元素是铬

在生产检验时要测定的元素有：碳、硅、锰、铬、硫、磷六种，但决定不锈钢性能的元素只有一种—铬。

1. 铬使铁基固溶体的电极电位提高

电化学腐蚀是金属腐蚀的重要表现，是最普通的腐蚀破坏，其实质是金属在介质中发生离子化。

每种金属都有自己的标准电极电位：金属 正离子+电子

金属

镁 铝 锰 锌 铬 铁 镍 锡 铅 铜 银 金 电位

（V ） -1.55 -1.3 -1.1 -0.762 -0.51 -0.44 -0.23 -0.136 -0.127 -0.34 0.799 1.5

金属的电极电位愈负，它在电解液中愈不稳定，即容易变为离子状态；反之就愈稳定，不易离子化。由于电极电位造成的电化学腐蚀，不一定发生在两种不同的金属之间，在同一种金属内部（共晶体、共析体）及同一零件两个部位也容易发生。如长期露出水面和在水下的同一种钢材腐蚀程度就不一样。

铁，标准电极电位为负值，欲使之耐腐蚀，就必须提高它的电极电位。实践证明，把铬加入铁基固溶体后，可使其电极电位提高，并当铬达到一定浓度时，就会发生突变。当含铬量达到1/8,2/8,3/8……的比例时，铁基固溶体的电极电位呈跳跃式增高，腐蚀大幅降低，这一规律叫n/8定律。

当铁—铬合金固溶体中铬含量达到1/8时（即12.5%），原子n/8定律发生第一次突变（电极电位由-0.44升至+0.2伏），这时，就能抵抗大气，水蒸气，稀硝酸的腐蚀。如0Cr13～4Cr13钢。

2. 铬吸收铁的电子使之钝化

钝化是由于阳极反应被阻止，引起金属及合金的耐腐蚀性能提高的现象。构成金属与合金钝化的理论主要有：薄膜论、吸附论、电子排列论。

其主要理论就是薄膜论：自加入一定的铬以后，表面形成一种富铬氧化膜，隔绝了介质腐蚀的作用。阻碍了金属的离子化，使金属耐腐蚀性能提高。这一理论是基于元素的核电子理论……。比如，在铁—铬合金中，一个个原子可使五个铁原子钝化（1/6……16.7%）形成分子。

例：铁—铬合金在65%沸腾硝酸中的腐蚀率与含铬量的关系：（基本符合n/8定律） 铬（%） 4.5 8 10 12 16 18 20 24 30 腐蚀率（mm/Y ） 3930 44 10.67 3.96 1.07 0.66 0.46 0.30 0.20 对含铬的钢种来说，并非所有含铬钢都可做不锈钢使用，不锈钢含铬量的最低含量为12.5%的原子，换算为重量则为：

%7.118.5552

5.12%5.12=?=?铁原子量铬原子量

………………即含铬不锈钢的临界含量

二. 碳在不锈钢中的两重性

碳是钢材的主要元素之一，刚的性能和组织在很大程度上取决于碳在钢种的分布和形式。

一方面：碳是稳定奥氏体的元素，作用程度很大（约为镍的30倍）。

一方面：碳和铬的亲和力很大，与铬形成复杂的碳化物。

C ≤0.08%时，18%的不锈钢为铁素体，加热冷却时无大变形，不能淬火硬化。 0.08%≤C ≤0.22%时，形成奥氏体+铁素体，可部分接受淬火强化。

C ＞0.22%时，18%不锈钢加热时为纯奥氏体，可完全淬火强化。

因此，可以看出：不锈钢的机械性能的提高，主要是因其含碳量增加而提高的。 例如：

碳（%） σs （kg/mm2） σb （kg/mm2）

0.020 18.0 60.1

0.065 25.5 64.0

0.140 31.0 72.0

0.210 34.0 76.0

0.305 36.5 81.3

18-8钢的铬含量一般在17%左右，在不锈钢主要以Cr 23C 6 形式存在，根据其分子式计算：

Cr 23C 6 =6.1661223

52623

≈??=??碳原子量铬原子量

当不锈钢中碳含量多，形成碳化铬需要用的铬也多，固溶体中的铬含量就会相对减少，相对的耐腐蚀性就会降低，如果形成碳化铬后固溶体的含铬量小于11.7%，其钢就不是不锈钢了。因此从强度与耐腐蚀性两方面看，碳在不修改中的作用互相矛盾。怎样选择就要看我们在使用过程中 的主要矛盾而定了。如果控制阀用在气蚀的场合，就要用强度高的不锈钢，如9Cr18等。

三. 镍在不锈钢中的作用是它在与铬配合后才发挥出来的。

镍，是优良的耐蚀材料，也是合金钢的重要元素。但它不能单独构成不锈钢，它是在钢中形成奥氏体的元素。在不锈钢中无镍的Cr17钢具有纯铁素体组织，加2%的镍后就变成Cr17Ni2钢，就变成奥氏体+铁素体两相状态。如果把镍含量增加到8%，就形成一种系列的刚——18-8型奥氏体耐酸不锈钢。我们在阀门领域经常用的就是这一系列。如304,、316、316L 等，这种钢是具有很强的耐腐蚀性，良好的焊接性，冷加工变形性，常温、低温下很高的塑性和韧性及无磁性，但它不能用热处理淬火的方法提高硬度。

四. 锰和氮可替代铬镍钢种的镍

锰对于奥氏体的作用于镍相似，它还可在钢中降低临界淬火的速度，抑制奥氏体的分解从高温保持到常温。

氮在钢中也是稳定奥氏体的作用，其稳定作用比镍还要大。

五. 不锈钢中加钛或铌是为了防止晶间腐蚀

当加入钛和铌后，因为它和碳的亲和力比铬大，碳就优先和钛结合成TiC 或NbC ，从而使钢中晶界不再产生贫铬证，碳不在析出，从而防止晶间腐蚀的作用。其化合物为：

Ti ：4129.47≈=C

Ti

8)18)8)2) Nb ：8129.92≈=C Nb 8)18)18)8)2)

因此，它们与碳的结合需要4倍于碳的钛，需要8倍于碳的铌。在实践过程中考虑到其他因素的影响，两种元素的量还要多加些。目前美国的一些不锈钢都是以：Nb+Ti=10×C%来计算碳化物的含铌量的。

六. 钼和铜可以提高不锈钢的耐蚀性

钼在不锈钢中可以增加钝化作用，从而提高耐蚀性，但加钼的不锈钢不宜在硝酸中使用。 铜加入（＜1%）不锈钢，也可提高耐蚀性，同事提高钢水的流动性，使铸件质量提高。如果加入1.2%铜12铬钢中可具有良好的锻造性能。

向不锈钢中加铜还可以组成高强度沉淀硬化不锈钢。如17-4PH 钢

七. 其它元素对不锈钢的性能和组织的影响

签名讨论的几种元素均是对不锈钢有较大影响的。不锈钢另外还含有其它一些微量元素。如硅、硫、磷及稀有元素。

硅：是形成铁素体的元素，在不锈钢常为杂质。

钴：在钢中应用不多，但它在某些钢中主要能提高硬度。例如：手术刀片、机械刀具等 有应用。

硼：含硼的不锈钢能提高钢的热强性，在原子能工业有特殊用途（能俘获热中子的截面增加）。

磷：在不锈钢中也呈杂质元素。

硫：也为杂质元素。

分析完以上元素对不锈钢的影响后，应特别提醒注意，以上只是单一分析对不锈钢的影响，但是，决定不锈钢组织和性能的是各种元素影响的总和！以上分析元素基本上分两大类：

一类：是形成或稳定奥氏体的元素：碳、镍、锰、氮、铜，以上C 、N 的作用最大 二类：是封闭形成铁素体的元素：铬、硅、钼、钛、铌

它们是共存于不锈钢中，是它们相互影响的结果，其组织与性能是取决以谁居主要影响。

八. 按金相组织对不锈钢的分类及各类不锈钢的一般特点

按化学成分（主要含铬量）及用途分：不锈和耐酸两类

按金相分三类：铁素体、马氏体、奥氏体不锈钢。对其主要成分及性能比较如下： 金相分类 成分C% Cr% Ni% 淬火性 耐蚀性 加工性 可焊性 磁性

铁素体系： ＜0.35 16-17 —— 无 佳 尚佳 尚可 有

马氏体系： ＜1.20 11-15 —— 自硬性 可 可 不可 有

奥氏体系： ＜0.25 ＞16 ＞7 无 优 优 优 无

九. 13%铬不锈钢的组织和性能

13%铬不锈钢是机械制造中最广泛应用的不锈钢，尤其在控制阀行业应用较多。我国现行的五种钢号13%铬不锈钢，其含铬量均为12～14%，其牌号有：

电子数

0Cr13 C ：≤0.08% Cr ：12～14

1Cr13

C ：≤0.15% Cr ：12～14 2Cr13

C ：0.16～0.24 Cr ：12～14 3Cr13

C ：0.25～0.34 Cr ：12～14 4Cr13 C ：0.35～0.45 Cr ：12～14

这一系列钢在高温时呈奥氏体，但自高温加热后空冷就转变为马氏体组织，冷却后“自硬”，也叫“自硬钢”。它在不同的热处理和添加不同的元素可得到不同的机械性能和特征：

1. 退火状态的13%铬不锈钢的性能与组织

含碳＜0.15 采用高温回火750～800℃，保温1～3小时，空冷 得到HB170～200 如果加温 850～900℃，保温1～3小时，缓冷（15～20℃/h ）得到HB160 （加工切削性能比较理想，但不耐蚀）

2. 淬火后13%铬不锈钢的性能和组织

13%铬不锈钢大多都是经过淬火回火以后才使用，只有耐蚀性和机械性能要求不高的情况下使用退火。

在实践中，对13%

铬不锈钢一般采用一些办法得到总和的机械性能：

3. 13%铬不锈钢在生产使用中注意的问题：

a. 首先要控制碳和铬的化学成分，否则金相及机械性能均得不到保证；

b. 含碳量高的13%钢锻压后要进行调质处理，否则产生应力，造成开裂；

c. 锻造1Cr13

时防止过热出现大量铁素体，对机械性能出现极坏的影响。＞1000℃ d. 要求在低温下具有较高冲击韧性的零件宜采用2Cr13钢，它在调质后αk =4～5J/cm 2

e. 应注意2Cr13钢的回火脆性倾向：应该回火（油冷）后，马上进行400℃的除应力回火；

f. 13%铬不锈钢围栏提高耐磨性、耐蚀性、热强性、疲劳强度，可采用氮化处理的方法（HV650以上）。

十. 18-8型铬镍奥氏体耐酸不锈钢的性能与组织

我们不含铬17%的低碳钢中镍含量增加到8%，就可使钢的奥氏体组织保持到常温状态，这样就形成了18-8型铬镍不锈钢（耐酸）系列。它在控制阀行业应用极广。

这种系列的钢有很高的耐蚀性、良好的焊接性、冷加工变形性、常温和低温塑性及韧性、无磁性。这些都是马氏体和铁素体不及的。另外奥氏体不锈钢没有淬硬性。

目前，18-8系列使用的牌号有（按ANSI ）:304,304L,316,316L,321,347等几十种。

1. 18-8系列钢化学成分及其影响（前面已分析，不再详述）

这种钢的基体成分是C-Cr-Ni ，比例含量要严格控制，还有要添加钛、铌、钨、硫、硒ANSI 403 /410 淬火—马氏体+铁素体 两相 ANSI 420 淬火—马氏体 淬火—马氏体+碳化物钢

等化学元素。

2. 18-8铬镍奥氏体刚的热处理

这种钢的热处理通常有三种：消除应力处理，固溶处理，稳定化处理。

A. 消除应力处理：有两个方面

①. 钢在冷加工后的内应力，它应在低温下进行，一般250～425℃，保温1～2小时空冷。

②. 冷加工后对应力腐蚀的敏感性及消除焊件的内应力（焊热影响区），一般800℃以上快速冷却（水冷）。这样可迅速通过析出碳化铬区域，不至产生贫铬区，防止晶间腐蚀。

B. 固溶处

将18-8钢加热至1000～1100℃快速冷却，可以得均匀的奥氏体组织，叫固溶处理。 18-8钢固溶处理的保温时间：

钢的厚度和直径（mm ） 保温时间（分）

1 5

2～3 15

4～12 30

13～15 60

＞25 1～2分/mm

固溶处理后的18-8钢耐蚀性很强，因为在高温下，大不放碳化铬被溶解了，奥氏体中饱和大量的铬和碳，随冷却被固定下来。

C. 稳定化处理

稳定化处理仅只以钛、铌等元素加入后二言，如果加入后不进行稳定化处理，就不能保证无晶间腐蚀。目的是把Cr 23C 6为主的碳化物向TiC 或NbC 转变。

一般稳定化处理温度控制要准确：

以钛稳定的采用850～900℃保温2小时，空冷。

以铌稳定的采用850～870℃保温4小时，空冷 。

控制阀的体、盖、芯、座均进行B 、C 的处理。

3. 冷加工对18-8钢性能和组织的影响

18-8钢不能淬火强化提高，只能通过冷加工强化。它随着冷加工变形度的增加，强度增高而塑性下降，导磁性也提高。这是因为由于晶格变形的应力外，还于它的奥氏体变形作用下不稳定有关。部分奥氏体转变为马氏体组织。但它冷加工也可使应力腐蚀加大，处理的办法是：用高温回火，以降低应力腐蚀的敏感性。经870℃保温30分钟，空气冷却。

18-8钢因镍的含量高，奥氏体稳定性也高，不易转变成马氏体，冷加工的效应也低，不宜冷加工提高硬度。比如：316、316L 即如此。

4. 要防止18-8钢在易出现晶间腐蚀条件下使用（加热温度及时间的影响）

18-8钢在浓度为50%的热硝酸及某些混合酸、有机酸中，或者在450～800℃之间并具有腐蚀性介质中，会出现一种溶晶界发生腐蚀破坏。这种零件破坏几乎会出现丧失强度，严重者会失去金属声音。

18-8钢晶间腐蚀最敏感的温度：

6.4=C Ti 的钢为700℃ 5.12=C Ti

的钢为550℃

消除晶间腐蚀的方法：

A. 降低碳含量：最大含碳量与含铬量的关系式：Cr-80×C ≥16.8

含镍的多少正好和含铬量相反。

B. 避免出现大量的TiC。

C. 不要忽略稳定化处理程序。

附：介绍两种抗化学腐蚀的特殊合金

1. 蒙乃尔（monel）：镍70铜30合金

化学成分：镍63～70%，铜29～30%，碳＜0.3%，锰＜1.25%，硅＜5

机械性能：熔点1300～1350℃，σb 490/588MPa HB 160～250

应用范围：强酸、强氧化反应的介质场合及抗高、低温的场合（-273℃～+650℃）

2.哈氏合金：（Hastelloy.Choriment）镍铬铁钼合金

哈氏A: 55～60% 铬—铁18～20% 钼20～22% 其它

哈氏B: 60～65% —4～7% 26～30%

哈氏C: 54～60% 14～16% 4～7% 15～18% 钨4～5%

哈氏D: —＜1% ＜2% 硅8～11%，Cu 3～5% 哈氏F: 47% 22% 17～24% 6%

哈氏N: 71% 7% 5% 16%

化学成分对不锈钢的组织和性能的影响

化学成分对不锈钢的组织和性能的影响 1、铬（Cr）：铬是决定不锈钢耐腐蚀性能的主要元素。 2、碳（C）：碳具有双重作用。碳是不锈钢中仅次于铬的第二号常用元素，不锈钢的组织和性能在很大程度上取决于碳含量及其分布状态。 3、镍（Ni）：镍是稳定奥氏体元素。镍是不锈钢中第三号常用元素，它在钢中起扩大奥氏体区、稳定奥氏体组织的作用。铬不锈钢加入一定量的镍后，组织的性能都发生明显变化。镍能有效地降低素体钢的脆性，改善其焊接性能，但对抗应力腐蚀性能有不利的影响，对于奥氏体钢，镍能降低钢的冷加工硬化趋势，改善冷加工性能，使钢在常温和低温下均具有很高的塑性和韧性。 4、锰和氮（Mn、N）：锰和氮可以代替镍。锰是奥氏体形成的元素，它能抑制奥氏体的分解，使高温形成的奥氏体组织保持到室温。锰稳定奥氏体的作用为镍的1/2，2%的锰可以代替1%的镍。含锰钢具有冷加工硬化效应显著、耐磨性高的优点。缺点是对晶间腐蚀很敏感，并且不能通过加钛和铌来消除晶间腐蚀。 氮也是稳定奥氏体元素，氮和锰结合能取代比较贵的镍。氮稳定奥氏体的作用比镍大。与碳相当。氮代镍的比例约为0.025：1，一般认为氮可取代2.5% ~6.5%的镍。在奥氏体中氮也使最有效的固溶强化元素之一。氮和铬的亲和力要比碳与铬的亲和力小，奥氏体钢很少见到Cr2N的析出。因此，氮能在不降低腐蚀性能的基础上，提高不锈钢的强度，研制含氮不锈钢是近几年来不锈钢工业的趋势。 5、钛和铌（Ti、Nb）：钛和铌可以防止晶间腐蚀。铬-镍奥氏体不锈钢在450~800 ℃温度区加热，常发生沿晶界的腐蚀破坏，成为晶间腐蚀。一般认为，晶间腐蚀是碳从饱和的奥氏体以Cr23C6形态析出，造成晶界处奥氏体贫铬所致。防止晶界贫铬是防止晶间腐蚀的有效方法。如将各种元素按与碳的亲和力大小排列，顺序为：钛、锆、钒、铌、钨、钼、铬、锰。钛和铌与碳的亲和力都比铬大，把它们加入钢中后，碳优先与它们结合生成碳化钛（TiC）和碳化铌（NbC），这样就避免了析出碳化铬而造成晶界贫铬。从而有效防止晶间腐蚀。 6、钼和铜（Mo、Cu）：钼和铜可以提高腐蚀性能。不锈钢的钝化作用是在氧化性介质中形成的，通常所说的耐腐蚀，多指氧化介质而言。在非氧化性酸中，

304及430不锈钢的化学成分及力学性能

00Cr17Ni14Mo2不锈钢 (316L不锈钢 ) SUS316（L）- 00Cr17Ni14Mo2 添加了Mo(2～3%)达到优秀的耐孔蚀和耐腐蚀性，高温Creep强度优秀 特性及实用用途： 化学成分：（单位：wt%) 机械性能： SUS304不锈钢-0Cr18Ni9不锈钢材质性能及用途介绍 作为AUSTENITE系的基本钢种耐腐蚀性、耐热性、低温强度、机械性能优秀，热处理后不发生硬化，几乎没有磁性 特性及实用用途：

化学成分：（单位：wt%) 机械性能： SUS317L不锈钢-00Cr19Ni13Mo3不锈钢材质性能介绍 化学成分：（单位：wt％） 机械性能：

SUS 430不锈钢钢种介绍 1、概要 含有17% Cr, 在高温以混合相(α+γ)形式存在，1000OC以下是α单相的BCC结构。广泛使用的铁素体系不锈钢。 2、特点 1）深冲性能优秀，类似于304钢； 2）对氧化性酸有很强的耐腐蚀性，对碱液及大部分有机酸和无机酸也有一定的耐腐蚀能力；耐应力腐蚀开裂能力强于304钢种； 3）热膨胀系数低于304钢种，耐氧化能力高，适合于耐热设备； 4）冷轧产品外观光亮度好，漂亮； 5)和304比较,价格便宜,作为304钢种的替代钢种。 2、适用范围 主要用作在温和的大气中高抛光装饰用途，如燃气灶表面, 家电部件, 餐具, 建筑内装饰用，洗涤槽, 洗衣机内桶等。 6、热处理 熔点：1425~15100C； 退火：780~8500C。 7、使用状态 1）退火状态： NO.1，2D，2B，N0.4，HL，BA，Mirror,以及各种其他表面处理状态 8、使用注意事项 - 相对304，拉伸性能、焊接性能较差； - 由于是铁素体不锈钢，强度相对较低，加工硬化能力也低，选择使用时应该注意；

不锈钢的性能与特性.

不锈钢的性能与特性 一、不锈钢的组织性能 目前已知的化学元素有100多种，在工业中常用的钢铁材料中可以遇到的化学元素约二十多种。对于人们在与腐蚀现象作长期斗争的实践而形成的不锈钢这一特殊钢系列来说，最常用的元素有十几种，除了组成钢的基本元素铁以外，对不锈钢的性能与组织影响最大的元素是：碳、铬、镍、锰、硅、钼、钛、铌、钛、锰、氮、铜、钴等。这些元素中除碳、硅、氮以外，都是化学元素周期表中位于过渡族的元素。 实际上工业上应用的不锈钢都是同时存在几种以至十几种元素的，当几种元素共存于不锈钢这一个统一体中时，它们的影响要比单独存在时复杂得多，因为在这种情况下不仅要考虑各元素自身的作用，而且要注意它们互相之间的影响，因此不锈钢的组织决定于各种元素影响的总和。 合金元素的作用—— 不锈钢含有基本金属（Base）铁和主要元素Cr、Ni，通过添加Cr、Ni以外的元素制造具有各种特性的不锈钢。 二、不锈钢的特性 1．一般特性

◆表面美观以及使用可能性多样化 ◆耐腐蚀性能好，比普通钢长久耐用 ◆耐腐蚀性好 ◆强度高，因而薄板使用的可能性大 ◆耐高温氧化及强度高，因此能够抗火灾 ◆常温加工，即容易塑性加工 ◆因为不必表面处理，所以简便、维护简单 ◆清洁，光洁度高 ◆焊接性能好 2、品质特性 2-1不锈钢的品质特性

2-2不锈钢的品质特性要求 ※各产品由于用途的不同，其加工工艺和原料的品质要求也不同。 2-3 品质要求特性微细项目 (1) 材质： ①DDQ（deep drawing quality）材：是指用于深拉（冲）用途的材料，也就是大家所说的的软料，这种材料的主要特点是延伸率较高（≧53%），硬度较低（≦170%），内部晶粒等级在7.0~8.0之间，深冲性能极佳。目前许多生产保温瓶、锅类的企业，其产品的加工比一般都比较高，SUS304 DDQ用材主要就是用于这些要求较高加工比的产品，当然加工比超过2.0的产品一般都需经过几道次的拉伸才能完成。如果原料延伸方面达不到的话，在加工深拉制品时产品极易产生裂纹、拉穿的现象，影响成品合格率，当然也就加大了厂家的成本；

不锈钢力学性能

不锈钢的物理性能不锈钢和碳钢的物理性能数据对比，碳钢的密度略高于铁素体和马氏体型不锈钢，而略低于奥氏体型不锈钢；电阻率按碳钢、铁素体型、马氏体型和奥氏体型不锈钢排序递增；线膨胀系数大小的排序也类似，奥氏体型不锈钢最高而碳钢最小；碳钢、铁素体型和马氏体型不锈钢有磁性，奥氏体型不锈钢无磁性，但其冷加工硬化生成成氏体相变时将会产生磁性，可用热处理方法来消除这种马氏体组织而恢复其无磁性。奥氏体型不锈钢与碳钢相比，具有下列特点：1）高的电阴率，约为碳钢的5倍。2）大的线膨胀系数，比碳钢大40％，并随着温度的升高，线膨胀系数的数值也相应地提高。3）低的热导率，约为碳钢的1/3。不锈钢的力学性不论不锈钢板还是耐热钢板，奥氏体型的钢板的综合性能最好，既有足够的强度，又有极好的塑性同时硬度也不高，这也是它们被广泛采用的原因之一。奥氏体型不锈钢同绝大多数的其它金属材料相似，其抗拉强度、屈服强度和硬度，随着温度的降低而提高；塑性则随着温度降低而减小。其抗拉强度在温度15~80°C范围内增长是较为均匀的。更重要的是：随着温度的降低，其冲击韧度减少缓慢，并不存在脆性转变温度。所以不锈钢在低温时能保持足够的塑性和韧性。不锈钢的耐热性能耐热性能是指高温下，既有抗氧化或耐气体介质腐蚀的性能即热稳定性，同时在高温时双有足够的强度即热强性。不锈钢国际标准标准标准标准名GB 中华人民共和国国家标准（国家技术监督局）KS 韩国工业标准协会规格Korean Standard AISI 美国钢铁协会规格America Iron and Steel Institute SAE 美国汽车技术者协会规格Society of Automative Engineers ASTM 美国材料试验协会规格American Society for Testing and Material AWS 美国焊接协会规格American Welding Society ASME 美国机械技术者协会规格American Society of Mechanical Engineers BS 英国标准规格British Standard DIN 德国标准规格Deutsch Industria Normen CAS 加拿大标准规格Canadian Standard Associatoin API 美国石油协会规格American Petroleum Association KR 韩国船舶协会规格Korean Resister of Shipping NK 日本省事协会规格Hihon Kanji Koki LR 英国船舶协会规格Llouds Register of Shipping AB 美国舰艇协会规格American Bureau of Shipping JIS 日本工业标准协会规格Japanese Standard 316和316L不锈钢316和317不锈钢（317不锈钢的性能见后）是含钼不锈钢种。317不锈钢中的钼含量略高明于316不锈钢.由于钢中钼，该钢种总的性能优于310和304不锈钢，高温条件下，当硫酸的浓度低于15％和高于85％时，316不锈钢具有广泛的用途。316不锈钢还具有良好的而氯化物侵蚀的性能，所以通常用于海洋环境。316L不锈钢的最大碳含量0.03,可用于焊接后不能进行退火和需要最大耐腐蚀性的用途中。耐腐蚀性：耐腐蚀性能优于304不锈钢，在浆和造纸的生产过程中具有良好的耐腐蚀的性能。而且316不锈钢还耐海洋和侵蚀性工业大气的侵蚀。耐热性：在1600度以下的间断使用和在1700度以下的连续使用中，316不锈钢具有好的耐氧化性能：在800-1575度的范围内，最好不要连续作用316不锈钢，但在该温度范围以外连续使用316不锈钢时，该不锈钢具有良好的耐热性。316L不锈钢的耐碳化物析出的性能比316不锈钢更好，可用上述温度范围。热处理：在1850-2050度的温度范围内进行退火，然后迅速退火，然后迅速冷却。316不锈钢不能过热处理进行硬化。焊接：316不锈钢具有良好的焊接性能。可采用所有标准的焊接方法进行焊接。焊接时可根据用途，分别采用316Cb、316L或309Cb不锈钢填料棒或焊条进行焊接。为获得最佳的耐腐蚀性能，316不锈钢钢的焊接断面需要进行焊后退火处理。如果使用316L不锈钢，不需要进行焊后退火处理。典型用途：纸浆和造纸用设备热交换器、染色设备、胶片冲洗设备、管道、沿海区域建筑物外部用材料。不锈钢加工及施工Drawing深加工：易产生磨擦热量所以使用耐压、耐热性高不锈钢种同时成型加工结束后应除掉表面附着的油。焊接：焊接之前应彻底除掉有害于焊接的锈、油、水份、油漆等，选定适合钢种的焊条。点焊时间距比碳钢点焊间距短，除掉焊渣时应使用不锈钢刷。焊完以后，为了防止局部腐蚀或强度下降，应对表面进行研磨处理或清洗。切断以及冲压：由于不锈钢比一般材料强度高，所以冲压以及剪切时需要更高的压力，而刀与刀间隙准确时才能不发生切变不良和加工硬化，最好采用等离子或激光切断，当不得不采用气割或电弧切断时，对热影响区进行研磨以及必要进行热处理。折弯加工：簿板可以折弯到180，但为了减少弯面的裂纹同半径大小最好2倍板厚的，厚板沿压延方向时给2倍板厚半径，与压延垂直方

工程材料力学性能答案

工程材料力学性能答案1111111111111111111111111111111111111 1111111111111111111111111111111111111 111111 决定金属屈服强度的因素有哪 些？12 内在因素：金属本性及晶格类型、晶粒大小和亚结构、溶质元素、第二相。外在因素：温度、应变速率和应力状态。试举出几种能显著强化金属而又不降低其塑性的方法。固溶强化、形变硬化、细晶强化试述韧性断裂与脆性断裂的区别。为什么脆性断裂最危险？21韧性断裂是金属材料断裂前产生明显的宏观塑性变形的断裂，这种断裂有一个缓慢的撕裂过程，在裂纹扩展过程中不断地消耗能量；而脆性断裂是突然发生的断裂，断裂前基本上不发生塑性变形，没有明显征兆，因而危害性很大。何谓拉伸断口三要素？影响宏观拉伸断口性态的

因素有哪些？答：宏观断口呈杯锥形，纤维区、放射区和剪切唇三个区域组成，即所谓的断口特征三要素。上述断口三区域的形态、大小和相对位置，因试样形状、尺寸和金属材料的性能以及试验温度、加载速率和受力状态不同而变化？断裂强度与抗拉强度有何区别？抗拉强度是试样断裂前所承受的最大工程应力，记为σb；拉伸断裂时的真应力称为断裂强度记为σf; 两者之间有经验关系：σf = σb (1+ψ)；脆性材料的抗拉强度就是断裂强度；对于塑性材料，于出现颈缩两者并不相等。裂纹扩展受哪些因素支配？答:裂纹形核前均需有塑性变形；位错运动受阻，在一定条件下便会形成裂纹。2222222222222222222222222222222222 2222222222222222222222222222222222 2222 试综合比较单向拉伸、压缩、弯曲及扭转试验的特点和应用范围。答：单向拉伸试验的特点及应用：单向拉伸的应力状态较硬，一般用于塑性变形

不锈钢的性能和组织

不锈钢的性能与组织 不锈钢，它也是一种以铁—碳为基础的铁碳合金。只是为了出于耐腐蚀和物理及工艺性能的需要使之比普通钢多了一些合金元素。由于这些合金元素的加入，导致钢内部组织发生变化，所以在钢的性能上反映出来，这类变化是遵循一定规律的。不锈钢常用的元素和对其性能影响最大的有：硅、钛、铌、氮、铜、钴、碳、铬、镍、锰等。其中铁是最基本的元素，百分百含量也最大。 一. 决定不锈钢耐腐蚀行的主要元素是铬 在生产检验时要测定的元素有：碳、硅、锰、铬、硫、磷六种，但决定不锈钢性能的元素只有一种—铬。 1. 铬使铁基固溶体的电极电位提高 电化学腐蚀是金属腐蚀的重要表现，是最普通的腐蚀破坏，其实质是金属在介质中发生离子化。 每种金属都有自己的标准电极电位：金属 正离子+电子 金属 镁 铝 锰 锌 铬 铁 镍 锡 铅 铜 银 金 电位 （V ） -1.55 -1.3 -1.1 -0.762 -0.51 -0.44 -0.23 -0.136 -0.127 -0.34 0.799 1.5 金属的电极电位愈负，它在电解液中愈不稳定，即容易变为离子状态；反之就愈稳定，不易离子化。由于电极电位造成的电化学腐蚀，不一定发生在两种不同的金属之间，在同一种金属内部（共晶体、共析体）及同一零件两个部位也容易发生。如长期露出水面和在水下的同一种钢材腐蚀程度就不一样。 铁，标准电极电位为负值，欲使之耐腐蚀，就必须提高它的电极电位。实践证明，把铬加入铁基固溶体后，可使其电极电位提高，并当铬达到一定浓度时，就会发生突变。当含铬量达到1/8,2/8,3/8……的比例时，铁基固溶体的电极电位呈跳跃式增高，腐蚀大幅降低，这一规律叫n/8定律。 当铁—铬合金固溶体中铬含量达到1/8时（即12.5%），原子n/8定律发生第一次突变（电极电位由-0.44升至+0.2伏），这时，就能抵抗大气，水蒸气，稀硝酸的腐蚀。如0Cr13～4Cr13钢。 2. 铬吸收铁的电子使之钝化 钝化是由于阳极反应被阻止，引起金属及合金的耐腐蚀性能提高的现象。构成金属与合金钝化的理论主要有：薄膜论、吸附论、电子排列论。 其主要理论就是薄膜论：自加入一定的铬以后，表面形成一种富铬氧化膜，隔绝了介质腐蚀的作用。阻碍了金属的离子化，使金属耐腐蚀性能提高。这一理论是基于元素的核电子理论……。比如，在铁—铬合金中，一个个原子可使五个铁原子钝化（1/6……16.7%）形成分子。 例：铁—铬合金在65%沸腾硝酸中的腐蚀率与含铬量的关系：（基本符合n/8定律） 铬（%） 4.5 8 10 12 16 18 20 24 30 腐蚀率（mm/Y ） 3930 44 10.67 3.96 1.07 0.66 0.46 0.30 0.20 对含铬的钢种来说，并非所有含铬钢都可做不锈钢使用，不锈钢含铬量的最低含量为12.5%的原子，换算为重量则为： %7.118.5552 5.12%5.12=?=?铁原子量铬原子量 ………………即含铬不锈钢的临界含量

常用材料力学性能.

常用材料性质参数 材料的性质与制造工艺、化学成份、内部缺陷、使用温度、受载历史、服役时间、试件尺寸等因素有关。本附录给出的材料性能参数只是典型范围值。用于实际工程分析或工程设计时,请咨询材料制造商或供应商。 除非特别说明,本附录给出的弹性模量、屈服强度均指拉伸时的值。 表 1 材料的弹性模量、泊松比、密度和热膨胀系数 材料名称弹性模量E GPa 泊松比V 密度 kg/m3 热膨胀系数a 1G6/C 铝合金-79 黄铜 青铜 铸铁 混凝土（压 普通增强轻质17-31 2300 2400 1100-1800

7-14 铜及其合金玻璃 镁合金镍合金( 蒙乃尔铜镍 塑料 尼龙聚乙烯 2.1-3.4 0.7-1.4 0.4 0.4 880-1100 960-1400 70-140 140-290 岩石(压 花岗岩、大理石、石英石石灰石、沙石40-100 20-70 0.2-0.3 0.2-0.3 2600-2900 2000-2900 5-9 橡胶130-200 沙、土壤、砂砾钢

高强钢不锈钢结构钢190-210 0.27-0.30 7850 10-18 14 17 12 钛合金钨木材（弯曲 杉木橡木松木11-13 11-12 11-14 480-560 640-720 560-640 1 表 2 材料的力学性能 材料名称/牌号屈服强度s CT MPa 抗拉强度b CT

MPa 伸长率 5 % 备注 铝合金LY12 35-500 274 100-550 412 1-45 19 硬铝 黄铜青铜 铸铁( 拉伸HT150 HT250 120-290 69-480 150 250 0-1 铸铁( 压缩混凝土(压缩铜及其合金 玻璃

材料力学性能考试答案

《工程材料力学性能》课后答案 机械工业出版社 2008第2版 第一章 单向静拉伸力学性能 1、 试述退火低碳钢、中碳钢和高碳钢的屈服现象在拉伸力-伸长曲线图上的区别？为什么？ 2、 决定金属屈服强度的因素有哪些？【P12】 答：内在因素：金属本性及晶格类型、晶粒大小和亚结构、溶质元素、第二相。 外在因素：温度、应变速率和应力状态。 3、 试述韧性断裂与脆性断裂的区别。为什么脆性断裂最危险？【P21】 答：韧性断裂是金属材料断裂前产生明显的宏观塑性变形的断裂，这种断裂有一个缓慢的撕裂过程，在裂纹扩展过程中不断地消耗能量；而脆性断裂是突然发生的断裂，断裂前基本上不发生塑性变形，没有明显征兆，因而危害性很大。 4、 剪切断裂与解理断裂都是穿晶断裂，为什么断裂性质完全不同？【P23】 答：剪切断裂是在切应力作用下沿滑移面分离而造成的滑移面分离，一般是韧性断裂，而解理断裂是在正应力作用以极快的速率沿一定晶体学平面产生的穿晶断裂，解理断裂通常是脆性断裂。 5、 何谓拉伸断口三要素？影响宏观拉伸断口性态的因素有哪些？ 答：宏观断口呈杯锥形，由纤维区、放射区和剪切唇三个区域组成，即所谓的断口特征三要素。上述断口三区域的形态、大小和相对位置，因试样形状、尺寸和金属材料的性能以及试验温度、加载速率和受力状态不同而变化。 6、 论述格雷菲斯裂纹理论分析问题的思路，推导格雷菲斯方程，并指出该理论的局限性。 【P32】 答： 212?? ? ??=a E s c πγσ，只适用于脆性固体,也就是只适用于那些裂纹尖端塑性变形可以忽略的情况。 第二章 金属在其他静载荷下的力学性能 一、解释下列名词： （1）应力状态软性系数—— 材料或工件所承受的最大切应力τmax 和最大正应力σmax 比值，即： () 32131max max 5.02σσσσσστα+--== 【新书P39 旧书P46】 （2）缺口效应—— 绝大多数机件的横截面都不是均匀而无变化的光滑体，往往存在截面的急剧变化，如键槽、油孔、轴肩、螺纹、退刀槽及焊缝等，这种截面变化的部分可视为“缺口”，由于缺口的存在，在载荷作用下缺口截面上的应力状态将发生变化，产生所谓的缺口效应。【P44 P53】 （3）缺口敏感度——缺口试样的抗拉强度σbn 的与等截面尺寸光滑试样的抗拉强度σb 的比值，称为缺口敏感度，即： 【P47 P55 】 （4）布氏硬度——用钢球或硬质合金球作为压头，采用单位面积所承受的试验力计算而得的硬度。【P49 P58】 （5）洛氏硬度——采用金刚石圆锥体或小淬火钢球作压头，以测量压痕深度所表示的硬度【P51 P60】。 （6）维氏硬度——以两相对面夹角为136。的金刚石四棱锥作压头，采用单位面积所承

不锈钢的种类及用途

不锈钢的种类及用途 钢号主要性能用途举例 0Cr13 可在 ≤540℃长期使 用。常作复合板 使用，30℃以下 耐弱酸腐蚀，对 淡水、海水、蒸 发、空气也有足 够的耐蚀性 用于含硫 介质设备内构 件，精馏塔衬 里、接管垫片。 汽轮机叶片、热 裂化设备零件。 用于要求防止 污染各耐蚀性 不高的介质中。 如：焦化分馏塔 衬里，尾气脱 硫，泵叶轮，硫 磺回收中的冷 凝器复合板 1Cr13 2Cr13 可在 ≤540℃长期使 用，最高不超过 700℃，要此 75~457℃略有 热脆 离心油泵 的叶轮壳体。蒸 汽往复泵活塞、 活塞杆。油泵 轴、轴套。与热 含硫介质接触

的紧固件及其它零件 3Cr13 同上，常在 淬火后再低温 回火后磨光使 用。用做弹簧时 在400~450℃使 用 用来制造 高机械载荷、磨 损和腐蚀条件 下的零件，如 轴、阀座、阀盘、 弹簧等，又用于 室温腐蚀介质 中并要求高强 度零件，其耐腐 蚀性比1Crl3、 2Crl3略低 0Cr18Ni9 因含碳低 焊接性能好，可 在-196~+600℃ 长期使用 制造焊接 镍铬不锈钢焊 接用的焊条。用 作非奥氏体钢 法兰、垫片和化 工容器、管道。 也可用做到 -200℃的深冷 设备材料

1Cr18Ni9 1Cr18Ni9 是典型的 18-8不锈钢。耐 酸无磁性，焊接 部分有晶间腐 蚀倾向，应进行 热处理，不宜在 450~800℃使 用，可用于低温 用于温度 不高，侵蚀性介 质中工作的不 经焊接的构件， 如阀门阀件，管 道及其它零件 和要求耐蚀的 非磁性部件，亦 可用于无晶间 腐蚀的焊接件 0Cr18Ni9Ti 1Cr18Ni9Ti 因含钛，有 良好的耐晶间 腐蚀性可在 -196~600℃使 用，负荷小时， 可在650℃以下 使用。最高不超 过800℃ 制造耐酸 容器和设备的 衬里，石油化工 输送管道、设备 和零件。如：换 热器、催化裂化 再生、反应器内 构件，焦化的分 馏塔内构件。制 氢脱碳用泵配 件、管线、塔内 构件、换热器也

不锈钢的力学性能

不锈钢的力学性能 材料的力学性能是指材料在不同环境（温度、介质、湿度）下，承受各种外加载荷（拉伸、压缩、弯曲、扭转、冲击、交变应力等）时所表现出的力学特征。 一、强度（抗拉强度、屈服强度） 不锈钢的强度由各种因素来确定，但最重要的和最基本的因素是其中添加的不同化学元素，主要是金属元素。不同类型的不锈钢由于其化学成分的差异，就有不同的强度特性。 （1）马氏体型不锈钢 马氏体型不锈钢与普通合金钢一样具有通过淬火实现硬化的特性，因此可通过选择牌号及热处理条件来得到较大范围的不同的力学性能。 马氏体型不锈钢从大的方面来区分，属于铁—铬—碳系不锈钢.进而可分为马氏体铬系不锈钢和马氏体铬镍系不锈钢。在马氏体铬系不锈钢中添加铬、碳和钼等元素时强度的变化趋势和在马氏体铬镍系不锈钢中添加镍的强度特性如下所述。 马氏体铬系不锈钢在淬火—回火条件下，增加铬的含量可使铁素体含量增加，因而会降低硬度和抗拉强度。低碳马氏体铬不锈钢在退火条件下，当铬含量增加时硬度有所提高，而延伸率略有下降。在铬含量一定的条件下，碳含量的增加使钢在淬火后的硬度也随之增加，而塑性降低。添加钼的主要目的是提高钢的强度、硬度及二次硬化效果。在进行低温淬火后，钼的添加效果十分明显。含量通常少于1%。 在马氏体铬镍系不锈钢中，含一定量的镍可降低钢中的δ铁素体含量，使钢得到最大硬度值。 马氏体型不锈钢的化学成分特征是，在0.1%----1.0%C，12%---27%Cr的不同成分组合基础上添加钼、钨、钒和铌等元素。由于组织结构为体心立方结构，因而在高温下强度急剧下降。而在600℃以下，高温强度在各类不锈钢中最高，蠕变强度也最高。 （2）铁素体型不锈钢 据研究结果，当铬含量小于25%时铁素体组织会抑制马氏体组织的形成，因而随铬含量的增加其强度下降；高于25%时由于合金的固溶强化作用，强度略有

材料的力学性能

材料的力学性能 mechanical properties of materials 主要是指材料的宏观性能，如弹性性能、塑性性能、硬度、抗冲击性能等。它们是设计各种工程结构时选用材料的主要依据。各种工程材料的力学性能是按照有关标准规定的方法和程序，用相应的试验设备和仪器测出的。表征材料力学性能的各种参量同材料的化学组成、晶体点阵、晶粒大小、外力特性（静力、动力、冲击力等）、温度、加工方式等一系列内、外因素有关。材料的各种力学性能分述如下： 弹性性能材料在外力作用下发生变形，如果外力不超过某个限度，在外力卸除后恢复原状。材料的这种性能称为弹性。外力卸除后即可消失的变形，称为弹性变形。表示材料在静载荷、常温下弹性性能的一些主要参量可以通过拉伸试验进行测定。 拉伸试样常制成圆截面(图1之a)或矩形截面(图1之b)棒体,l为标距,d为圆形试样的直径,h和t分别为矩形截面试样的宽度和厚度,图中截面形状用阴影表示,面积记为A。长度和横向尺寸的比例关系也有如下规定：对于圆形截面试样,规定l=10d或l=5d；对于矩形截 面试样,按照面积换算规定或者。试样两端的粗大部分用以和材料试验 机的夹头相连接。试验结果通常绘制成拉伸图或应力－应变图。图2为低碳钢的拉伸图,横坐标表示试样的伸长量Δl(或应变ε=Δl/l)，纵坐标表示载荷P（或应力σ＝P/A）。图中的曲线从原点到点p为直线，pe段为曲线，载荷不大于点e所对应的值时,卸载后试样可恢复原状。反映材料弹性性质的参量有比例极限、弹性极限、弹性模量、剪切弹性模量和泊松比等。 比例极限应力和应变成正比例关系的最大应力称为比例极限，即图中点p所对应的应力,以σp表示。在应力低于σp的情况下，应力和应变保持正比例关系的规律叫胡克定律。载荷超过点p对应的值后,拉伸曲线开始偏离直线。 弹性极限试样卸载后能恢复原状的最大应力称为弹性极限，即图中点e所对应的应力,以σe表示。若在应力超出σe后卸载，试样中将出现残余变形。比例极限和弹性极限的测试值敏感地受测试精度的影响，并不易测准，所以在有关标准中规定，对于拉伸曲线的直线部分产生规定偏离量（用切线斜率的偏差表示）的应力作为"规定比例极限"。对于弹性

不锈钢的性能与组织

不锈钢的性能与组织文件排版存档编号：[UYTR-OUPT28-KBNTL98-UYNN208]

不锈钢的性能与组织 目前已知的化学元素有100多种，在工业中常用的钢铁材料中可以遇到的化学元素约二十多种。对于人们在与腐蚀现象作长期斗争的实践而形成的不锈钢这一特殊钢系列来说，最常用的元素有十几种，除了组成钢的基本元素铁以外，对不锈钢的性能与组织影响最大的元素是：碳、铬、镍、锰、硅、钼、钛、铌、钛、锰、氮、铜、钴等。这些元素中除碳、硅、氮以外，都是化学元素周期表中位于过渡族的元素。 实际上工业上应用的不锈钢都是同时存在几种以至十几种元素的，当几种元素共存于不锈钢这一个统一体中时，它们的影响要比单独存在时复杂得多，因为在这种情况下不仅要考虑各元素自身的作用，而且要注意它们互相之间的影响，因此不锈钢的组织决定于各种元素影响的总和。 1．各种元素对不锈钢的性能和组织的影响和作用 1-1.铬在不锈钢中的决定作用 决定不锈钢性属的元素只有一种，这就是铬，每种不锈钢都含有一定数量的铬。迄今为止，还没有不含铬的不锈钢。铬之所以成为决定不锈钢性能的主要元素，根本的原因是向钢中添加铬作为合金元素以后，促使其内部的矛盾运动向有利于抵抗腐蚀破坏的方面发展。这种变化可以从以下方面得到说明： ①铬使铁基固溶体的电极电位提高 ②铬吸收铁的电子使铁钝化 钝化是由于阳极反应被阻止而引起金属与合金耐腐蚀性能被提高的现象。构成金属与合金钝化的理论很多，主要有薄膜论、吸附论及电子排列论。

1-2. 碳在不锈钢中的两重性 碳是工业用钢的主要元素之一，钢的性能与组织在很大程度上决定于碳在钢中的含量及其分布的形式，在不锈钢中碳的影响尤为显着。碳在不锈钢中对组织的影响主要表现在两方面，一方面碳是稳定奥氏体的元素，并且作用的程度很大（约为镍的30倍），另一方面由于碳和铬的亲和力很大，与铬形成—系列复杂的碳化物。所以，从强度与耐腐烛性能两方面来看，碳在不锈钢中的作用是互相矛盾的。 认识了这一影响的规律，我们就可以从不同的使用要求出发，选择不同含碳量的不锈钢。 例如工业中应用最广泛的，也是最起码的不锈钢——0Crl3～4Cr13这五个钢号的标准含铬量规定为12～14％，就是把碳要与铬形成碳化铬的因素考虑进去以后才决定的，目的即在于使碳与铬结合成碳化铬以后，固溶体中的含铬量不致低于％这一最低限度的含铬量。 就这五个钢号来说由于含碳量不同，强度与耐腐蚀性能也是有区别的， 0Cr13～2Crl3钢的耐腐蚀性较好但强度低于3Crl3和4Cr13钢，多用于制造结构零件，后两个钢号由于含碳较高而可获得高的强度多用于制造弹簧、刀具等要求高强度及耐磨的零件。又如为了克服18－8铬镍不锈钢的晶间腐蚀，可以将钢的含碳量降至％以下，或者加入比铬和碳亲和力更大的元素（钛或铌），使之不形成碳化铬，再如当高硬度与耐磨性成为主要要求时，我们可以在增加钢的含碳量的同时适当地提高含铬量，做到既满足硬度与耐磨性的要求，又兼顾—定的耐腐蚀功能，工业上用作轴承、量具与刃具有不锈钢9Cr18和9Cr17MoVCo钢，含碳

材料力学性能-第2版课后习题答案

第一章单向静拉伸力学性能 1、 解释下列名词。 2. 滞弹性：金属材料在弹性范围内快速加载或卸载后，随时间延长产生附加弹性应变的现象称为滞弹性，也就是应变落 后于应力的现象。 3?循环韧性：金属材料在交变载荷下吸收不可逆变形功的能力称为循环韧性。 4?包申格效应： 金属材料经过预先加载产生少量塑性变形，卸载后再同向加载，规定残余伸长应力增加；反向加载，规 定残余伸长应力降低的 现象。 11. 韧脆转变：具有一定韧性的金属材料当低于某一温度点时，冲击吸收功明显下降，断裂方式由原来的韧性断裂变为脆 性断裂，这种现象称 为韧脆转变 2、 说明下列力学性能指标的意义。 答：E 弹性模量G 切变模量 r 规定残余伸长应力 0.2屈服强度 gt 金属材料拉伸时最大应力下的总伸长率 n 应 变硬化指数 【P15】 3、 金属的弹性模量主要取决于什么因素？为什么说它是一个对组织不敏感的力学性能指标？ 答：主要决定于原子本性和晶格类型。合金化、热处理、冷塑性变形等能够改变金属材料的组织形态和晶粒大小，但 是不改变金属原子的本性和晶格类型。组织虽然改变了，原子的本性和晶格类型未发生改变，故弹性模量对组织不敏 感。【P4】 4、 现有4 5、40Cr 、35 CrMo 钢和灰铸铁几种材料，你选择哪种材料作为机床起身，为什么？ 选灰铸铁，因为其含碳量搞，有良好的吸震减震作用，并且机床床身一般结构简单，对精度要求不高，使用灰铸铁可 降低成本，提高生产效率。 5、 试述韧性断裂与脆性断裂的区别。为什么脆性断裂最危险？ 【P21】 答：韧性断裂是金属材料断裂前产生明显的宏观塑性变形的断裂，这种断裂有一个缓慢的撕裂过程，在裂纹扩展过程 中不断地消耗能量；而脆性断裂是突然发生的断裂， 断裂前基本上不发生塑性变形， 没有明显征兆，因而危害性很大。 6、 何谓拉伸断口三要素？影响宏观拉伸断口性态的因素有哪些？ 答：宏观断口呈杯锥形，由纤维区、放射区和剪切唇三个区域组成，即所谓的断口特征三要素。上述断口三区域的形 态、大小和相对位置，因试样形状、尺寸和金属材料的性能以及试验温度、加载速率和受力状态不同而变化。 7、 板材宏观脆性断口的主要特征是什么？如何寻找断裂源？ 断口平齐而光亮，常呈放射状或结晶状，板状矩形拉伸试样断口中的人字纹花样的放射方向也 与裂纹扩展方向平行，其尖端指向裂纹源。 第二章 金属在其他静载荷下的力学性能 一、解释下列名词： (1 )应力状态软性系数—— 材料或工件所承受的最大切应力T max 和最大正应力(T max 比值，即： (3)缺口敏感度一一缺口试样的抗拉强度 T bn 的与等截面尺寸光滑试样的抗拉强度 T b 的比值，称为缺口敏感度，即:【P47 P55】 max 1 3 max 2 1 0.5 2 3 【新书P39旧书P46】

材料力学性能课后习题答案

材料力学性能课后答案(整理版) 1、解释下列名词。 1弹性比功：金属材料吸收弹性变形功的能力，一般用金属开始塑性变形前单位体积吸收的最大弹性变形功表示。 2．滞弹性：金属材料在弹性范围内快速加载或卸载后，随时间延长产生附加弹性应变的现象称为滞弹性，也就是应变落后于应力的现象。 3．循环韧性：金属材料在交变载荷下吸收不可逆变形功的能力称为循环韧性。4．包申格效应：金属材料经过预先加载产生少量塑性变形，卸载后再同向加载，规定残余伸长应力增加；反向加载，规定残余伸长应力降低的现象。 5．解理刻面：这种大致以晶粒大小为单位的解理面称为解理刻面。 6．塑性：金属材料断裂前发生不可逆永久（塑性）变形的能力。 韧性：指金属材料断裂前吸收塑性变形功和断裂功的能力。 7.解理台阶：当解理裂纹与螺型位错相遇时，便形成一个高度为b的台阶。 8.河流花样：解理台阶沿裂纹前端滑动而相互汇合,同号台阶相互汇合长大,当汇合台阶高度足够大时,便成为河流花样。是解理台阶的一种标志。 9.解理面：是金属材料在一定条件下，当外加正应力达到一定数值后，以极快速率沿一定晶体学平面产生的穿晶断裂，因与大理石断裂类似，故称此种晶体学平面为解理面。 10.穿晶断裂：穿晶断裂的裂纹穿过晶内，可以是韧性断裂，也可以是脆性断裂。 沿晶断裂：裂纹沿晶界扩展，多数是脆性断裂。 11.韧脆转变：具有一定韧性的金属材料当低于某一温度点时，冲击吸收功明显下降，断裂方式由原来的韧性断裂变为脆性断裂，这种现象称为韧脆转变 12.弹性不完整性：理想的弹性体是不存在的，多数工程材料弹性变形时，可能出现加载线与卸载线不重合、应变滞后于应力变化等现象,称之为弹性不完整性。弹性不完整性现象包括包申格效应、弹性后效、弹性滞后和循环韧性等决定金属屈服强度的因素有哪些？ 答：内在因素：金属本性及晶格类型、晶粒大小和亚结构、溶质元素、第二相。外在因素：温度、应变速率和应力状态。 2、试述韧性断裂与脆性断裂的区别。为什么脆性断裂最危险？ 答：韧性断裂是金属材料断裂前产生明显的宏观塑性变形的断裂，这种断裂有一个缓慢的撕裂过程，在裂纹扩展过程中不断地消耗能量；而脆性断裂是突然发生的断裂，断裂前基本上不发生塑性变形，没有明显征兆，因而危害性很大。 3、剪切断裂与解理断裂都是穿晶断裂，为什么断裂性质完全不同？ 答：剪切断裂是在切应力作用下沿滑移面分离而造成的滑移面分离，一般是韧性断裂，而解理断裂是在正应力作用以极快的速率沿一定晶体学平面产生的穿晶断裂，解理断裂通常是脆性断裂。 4、何谓拉伸断口三要素？影响宏观拉伸断口性态的因素有哪些？ 答：宏观断口呈杯锥形，由纤维区、放射区和剪切唇三个区域组成，即所谓的断口特征三要素。上述断口三区域的形态、大小和相对位置，因试样形状、尺寸和金属材料的性能以及试验温度、加载速率和受力状态不同而变化。5、论述格雷菲斯裂纹理论分析问题的思路，推导格雷菲斯方程，并指出该理论 的局限性。

常用不锈钢的性能对比

1.不锈钢201 202 301 304 316 主要考虑防锈，硬度，加工性能等，201 202 301 304 316在防锈耐热韧性都依次提升。 202 304 316 对应的密度：7.74 7.93 7.98； 在100温度下的热导率16.3 16.3 20.5； 膨胀系数温度20--100 15.5 16.0 16.0； 电阻率温度20：0.65 0.73 0.75。 1.1钢号、牌号及化学成分 国际不锈钢标示方法 美国钢铁学会是用三位数字来标示各种标准级的可锻不锈钢的。其中： ①奥氏体型不锈钢用200和300系列的数字标示，例如，某些较普通的奥氏体不锈钢是以201、304、316以及310为标记； ②铁素体和马氏体型不锈钢用400系列的数字表示。 ③铁素体不锈钢是以430和446为标记，马氏体不锈钢是以410、420以及440C为标记，双相（奥氏体－铁素体）， ④不锈钢、沉淀硬化不锈钢以及含铁量低于50%的高合金通常是采用专利名称或商标命名。 化学元素 氢H，氦He， 锂Li，铍Be，硼B，碳C，氮N，氧O，氟F，氖Ne， 钠Na，镁Mg，铝Al，硅Si，磷P，硫S，氯Cl，氩Ar， 钾K，钙Ca，钪Sc，钛Ti，钒V，铬Cr，锰Mn，铁Fe，钴Co，镍Ni，铜Cu，锌 1.2不锈钢304、316区别 304不锈钢板性能特点用途：作为不锈钢耐热钢使用最广泛，食品用设备，一般化设备，原子能工业设备。304是最普遍的钢种，耐腐蚀性、耐热性、低温强度、机械性能良好。深冲压、弯曲等常温加工性能较好，热处理后不会硬化。家庭用1、2种西餐具、Sink、室内配管、热水器、浴缸、锅炉、汽车零部件（擦窗器、回气管）、医疗机械、建筑材料、化学、食品工业、纺织产业、制酪产业、船舶零部件(非磁性，使用温度：-196至800℃）。

不锈钢的常见种类、型号及性能

不锈钢的常见种类、型号及性能 200 系列—铬-镍-锰奥氏体不锈钢 300 系列—铬-镍奥氏体不锈钢 型号 301—延展性好，用于成型产品。也可通过机械加工使其迅速硬化。焊接性好。抗磨性和疲劳强度优于304不锈钢。 型号 302—耐腐蚀性同304，由于含碳相对要高因而强度更好。 型号 303—通过添加少量的硫、磷使其较304更易切削加工。 型号 304—通用型号；即18/8不锈钢。GB牌号为0Cr18Ni9。 型号 309—较之304有更好的耐温性。 型号 316—继304之後，第二个得到最广泛应用的钢种，主要用于食品工业和外科手术器材，添加钼元素使其获得一种抗腐蚀的特殊结构。由于较之304其具有更好的抗氯化物腐蚀能力因而也作“船用钢”来使用。SS316则通常用于核燃料回收装置。18/10级不锈钢通常也符合这个应用级别。 型号 321—除了因为添加了钛元素降低了材料焊缝锈蚀的风险之外其他性能类似304。 400 系列—铁素体和马氏体不锈钢 型号 408—耐热性好，弱抗腐蚀性，11%的Cr，8%的Ni。 型号 409—最廉价的型号（英美），通常用作汽车排气管，属铁素体不锈钢（铬钢）。 型号 410—马氏体（高强度铬钢），耐磨性好，抗腐蚀性较差。 型号 416—添加了硫改善了材料的加工性能。 型号 420—“刃具级”马氏体钢，类似布氏高铬钢这种最早的不锈钢。也用于外科手术刀具，可以做的非常光亮。 型号 430—铁素体不锈钢，装饰用，例如用于汽车饰品。良好的成型性，但耐温性和抗腐蚀性要差。 型号 440—高强度刃具钢，含碳稍高，经过适当的热处理後可以获得较高屈服强度，硬度可以达到58HRC，属于最硬的不锈钢之列。最常见的应用例子就是“剃须刀片”。常用型号有三种：440A、440B、440C，另外还有440F（易加工型）。 500 系列—耐热铬合金钢。 600 系列—马氏体沉淀硬化不锈钢。 型号 630—最常用的沉淀硬化不锈钢型号，通常也叫17-4；17%Cr，4%Ni。 不锈钢的分类、主要成分及机械工艺性能比较 不锈钢按主要化学组成可分为铬不锈钢、铬镍不锈钢、铬锰氮不锈钢、铬镍钼不锈钢以及超低碳不锈钢、高钼不锈钢、高纯不锈钢等；按钢的性能特点和用途分类，如耐硝酸（硝酸级）不锈钢、耐硫酸不锈钢、耐点蚀不锈钢、耐应力不锈钢、高强度不锈钢等。 按钢的功能特点分类，如低温不锈钢、无磁不锈钢、易切削不锈钢，超塑性不锈钢等。通常以金相组织进行分类。按金相组织分类为：铁素体(F)型不锈钢、马氏体(M)型不锈钢、奥氏体(A)型不锈钢、奥氏体-铁素体(A-F)型双相不锈钢、奥氏体-马氏体(A-M)型双相不锈钢和沉淀硬化(PH)型不锈钢。 以下是具体的不锈钢的分类、主要成分及机械工艺性能比较： 分类大概成分(%) 淬火性耐蚀性加工性可焊接性磁性 C Cr Ni 铁素体系 0.35以下 16-27 - 无佳尚佳尚可有

常用不锈钢材料性能及用途

常用不锈钢材料性能及用途介绍如下: 316不锈钢：耐蚀性和高温强度特别好，可在苛刻的条件下使用,加工硬化性好,无磁性。适于海水用设备、化学、染料、造纸、草酸、肥料生产设备、照相、食品工业、沿海设施等。 316L不锈钢：钢中添加Mo（2-3%），故耐蚀性和高温强度优良；SUS316L含碳量比SUS316低，因此，抗晶间腐蚀性比SUS316优良；高温蠕变强度高。可在苛刻的条件使用,加工硬化性好,无磁性。适于海水用设备、化学、染料、造纸、草酸、肥料生产设备、照相、食品工业、沿海设施等。 304不锈钢：具有良好的耐蚀性、耐热性、低温强度和机械性能,冲压弯曲等热加工性好,无热处理硬化现象,无磁性。广泛用于家庭用品（1、2类餐具）、橱柜、室内管线、热水器、锅炉、浴缸、汽车配件、医疗器具、建材、化学、食品工业、农业、船舶部件。 304L不锈钢:是碳含量较低的304不锈钢的变种，用于需要焊接的场合。较低的碳含量使得在靠近焊缝的热影响区中所析出的碳化物减至最少，而碳化物的析出可能导致不锈钢在某些环境中产生晶间腐蚀（焊接侵蚀）。用途最为广泛；耐蚀性和耐热性优良；低温强度和机械性能优良；单相奥氏体组织，无热处理硬化现象（无磁性，使用温度-196--800℃）。 304Cu不锈钢：以17Cr-7Ni-2Cu为基本组成的奥氏不锈钢；成形性优良，特别是拔丝和抗时效裂纹性好；耐腐蚀性与304相同。 303不锈钢和303Se不锈钢: 是分别含有硫和硒的易切削不锈钢，用于主要要求易切削和表而光浩度高的场合。303Se不锈钢也用于制作需要热镦的机件，因为在这类条件下，这种不锈钢具有良好的可热加工性。 309不锈钢、310不锈钢、314不锈钢: 镍、铬含量都比较高，为的是提高钢在高温下的抗氧化性能和蠕变强度。而309S和310S乃是309和310不锈钢的变种，所不同者只是碳含量较低，为的是使焊缝附近所析出的碳化物减至最少。 301不锈钢在形变时呈现出明显的加工硬化现象，被用于要求较高强度的各种场合。 302不锈钢实质上就是含碳量更高的304不锈钢的变种，通过冷轧可使其获得较高的强度。 302B不锈钢是一种含硅量较高的不锈钢，它具有较高的抗高温氧化性能。 321不锈钢：在304不锈钢钢中添加Ti，故抗晶间腐蚀性优良；高温强度和高温抗氧性优良；成本高，加工性比SUS304不锈钢差。耐热材料、汽车、飞行器排气管管路，锅炉炉盖、管道,化学装置、热交换器。 200 系列—铬-镍-锰奥氏体不锈钢。 300 系列—铬-镍奥氏体不锈钢。 301—延展性好，用于成型产品。也可通过机速硬化。焊接性好。抗磨性和疲劳强度优于304不锈钢。302—耐腐蚀性同304，由于含碳相对要高因而强度更好。 303—通过添加少量的硫、磷使其较削加工。 304—即18/8不锈钢。GB牌号为0Cr18Ni9。 309—较之304有更好的耐温性。