铬镍不锈钢铁磁性的分析
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2 在淬火状态时呈非铁磁性
铬镍不锈钢一般是在淬火状态下使用 ,此时其组 织和性能就与平衡状态时不相同了 ,究其原因是铬镍 不锈钢淬火至室温时不可能进行扩散性的相变 。由 奥氏体分解成分差异极大 、晶格类型不同的碳化物和 铁素体时 ,需要进行晶格重组和合金元素的重新分 配 ,这些都要依靠原子的扩散运动 ,而铬和镍在固体 中的扩散速度是非常小的 。因此 ,在淬火冷却的高温 区 ,由于冷却速度快 ,这种扩散来不及进行 ;当冷却至
关键词 :铬镍不锈钢 ;铁磁性 ;试验分析 中图分类号 :TH142 文献标识码 :A 文章编号 :1007 - 4414 (2001) 01 - 0017 - 02
一般认为 ,铬镍不锈钢的特点之一是呈非铁磁性 的 ,因此常用它来制造要求避磁的零件 ,根据这一特 性 ,还将它与铬不锈钢相区别[1] 。但经分析和试验都 表明 ,非铁磁性并不是铬镍不锈钢固有的属性 ,而是 有条件的 。因为铬镍不锈钢是由铁族元素组成的物 质 ,根据铁磁性理论可知 ,铁族元素具有未满额的内 部电子壳层 。由这类元素组成的物质在一定条件下 , 方有可能形成铁磁性[2] 。本文作者就铬镍不锈钢在 平衡状态 、淬火状态及塑性变形后的铁磁性进行分析 阐述 。
铬镍不锈钢在使用时将为单相奥氏体组织 ,室温 下的奥氏体是无铁磁性的 。
3 在淬火 + 室温塑性变形状态下呈铁磁性[5]
从热力学角度来看 ,铬镍不锈钢淬火奥氏体在室 温下是不稳定的 ,如将其冷却至 Ms 以下 ,就会自发
Ξ 收稿日期 :2000 - 11 - 28 作者简介 :王岱雅 (1972 - ) ,女 ,讲师 ,毕业于太原重型机械学院锻压专业 ,现从事教学工作 。
© 1994-2007 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http://www.cnki.net
·17 ·
Vol 14 No 2001203
1
机械研究与应用
MECHANICAL RESEARCH & APPLICATION
马氏体的晶体结构为体心正方晶格 ,与铁素体的 体心立方晶格类似 ,具有铁磁性 ,所以铬镍不锈钢形 变后呈现出铁磁性 。下面的试验就是一个很好的例 证 :将经过淬火处理的 1Cr18Ni9Ti 钢棒料 ,在室温下 进行形变处理 ,加工成 Φ5 mm ×15 mm 的试件之后做 避磁试验 ,结果试件被磁铁吸起 。
第 14 卷 第 2001 年 3 月
1
期
机械研究与应用
MECHANICAL RESEARCH & APPLICATION
Vol
14 No 1 2001203
应用与试验
铬镍不锈钢铁磁性的分析 Ξ
王岱雅
(长沙交通学院 ,湖南 长沙 410076)
摘 要 :针对铬镍不锈钢是否具有铁磁性进行了分析和试验 。结果表明 ,在平衡状态下及经塑性变形后 ,铬镍不锈钢 都显现出铁磁性 。
Δ F = - VΔf + σS + E 式中 :Δ F 为整个系统的自由能变化 ; V 为转变时的 总体积 ;Δf 为单位体积马氏体形成时的自由能差 ; S 为相应于转变体积 V 时的相界面积 ;σ为单位相界面 的表面张力 ; E 为弹性能 。
由上式可知 ,马氏体转变时 ,除新 、旧相的自由能 差使系统的总自由能减小外 ,新 、旧相之间因比容差 别所引起的应变能 ,新 、旧相之间保持共格联系的共 格能及新 、旧相的表面能都会使系统的自由能增大 。 因此 ,为了满足Δ F < 0 , 必须增大新 、旧相单位体积 的自由能差Δf ,也就是说 ,马氏体转变须在Δf = 0 的 平衡温度以下具有很大的过冷度时方能进行 。而铬 镍不锈钢中的 Cr 和 Ni 都是稳定奥氏体的合金 ,尤其 是 Ni 强烈扩大奥氏体区 ,使奥氏体的稳定性大为提 高 , Ms 将大大降低 。根据粗略估计 Ms 在零度以下 , 显然铬镍不镍锈在室温下是不会自发地发生马氏体 转变的 ,将保持奥氏体组织不变 。
室温后 ,又因温度低 ,原子活动能力过小 ,也不可能进 行扩散性相变 ,因而获得单相奥氏体组织 。
铬镍不锈钢在室温时不会发生马氏体转变 。由 奥氏体向马氏体转变时 ,不需要合金元素的原子进行 扩散 ,晶格重组也只需原子移动很小的距离 。所以 , 马氏体转变是一种无扩散性的转变 。它能在很低的 温度下进行 。但是马氏体转变也和其他相变一样 ,必 须满足热力条件 ,整个系统的自由能方能自发地进 行 。马氏体形成时 ,系统的自由能变化可表示为[4] :
40
82
31344
30
6962
31500
30
65
体积/ mm3 11921 ×107 11641 ×107 1679 ×107
3 结束语
神经网络辅助优化设计方法既可应用于行星机 构 ,也适用于斜齿轮 、圆锥齿轮 、蜗轮蜗杆机构的优化 设计 。随着人工神经网络技术的不断完善和发展 ,机 械人工神经网络辅助优化设计将有更广阔的应用前 景。
社 ,1976. [3 ] 肖纪美. 不锈钢的金属学问题[M]1 北京 :冶金工业出版社 ,1980. [4 ] 胡赓祥 ,钱苗根主编. 金属学 [ M] 1 上海 : 上海科学技术出版社 ,
1986. [5 ] 姜寿亭编著. 铁磁性理论[M] . 北京 :科学出版社 ,1993.
(上接第 16 页)
1 在平衡组织状态下呈铁磁性
将一块 1Cr18Ni9Ti 钢做成 100 mm ×30 mm ×1 mm 的矩形薄片试件 ,待试件进行退火处理后 ,用磁 铁检查时试件能被磁铁吸动 ,这说明铬镍不锈钢在平 衡状态下呈现铁磁性 。
在铬镍不锈钢中 ,尽管含有质量分数 (全文同) 为 17 %～19 %的 Cr 和 7 %～11 %的 Ni ,但铁是主要组成 元素 ,铬和镍又都是溶于铁中的置换固溶体 ,所以铬 镍不锈钢仍是铁基的 ,在一定程度上保留了纯铁的一 些特征 :室温时的平衡组织为奥氏体 + 铁素体 + 碳化 物的机械混合物 。由于组织中存在着具有铁磁性的 铁素体相 ,铬镍不锈钢也会呈现出一定的铁磁性[3] 。
社 ,19901 [5 ] 施 阳 ,李 俊 1MATLAB 语言工具箱 ———TOOLBOX 实用指南[M]
1 西安 :西北工业大学出版社 ,19981
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表 3 RBFN 网络测试结果
网络输入
网络期望输出
网络实际输出
x1 x2
x3
σH σF1 σF2
σH σF1 σF2
30. 0 215 65. 0 82813 31919 31418 82815 32015 31515
33. 0 210 70. 0 90811 38612 37716 90813 38617 37811
参考文献 :
[1 ] GB 3480283 :渐开线圆柱齿轮承载能力计算方法[ S]1 [2 ] 毕春长 1 渐开线圆柱齿轮强度计算程序设计[J ]1 矿山机械 ,1987
(6) :10 - 11. [3 ] 周 济 1 机构设计优化方法及应用 [ M] 1 北京 : 高等教育出版社
119891 [4 ] 王文博 1 机构和机械零部件优化设计 [ M] 1 北京 : 机械工业出版
图 1 1Cr18Ni9Ti 淬火组织图
图 2 1Cr18Ni9Ti 钢经淬火 + 室温形变后的显微组织图
综上所述可知 ,铬镍不锈钢只有在单相奥氏体组 织状态下是无铁磁性的 ,一旦有组织发生变化就会呈 现出铁磁性 。
参考文献 :
[1 ] 徐祖辉著 1 金属学原理[M] . 上海 :上海科学技术出版社 ,1964. [2 ] 北京大学物理系《铁磁学》编写组. 铁磁学 [ M] 1 北京 : 科学出版
40. 0 214 80. 0 62512 21010 20119 625. 0 21012 20212
45. 0 33. 0 60. 0 50119 15412 15010 50118 15415 15013
设计方法 原始设计 优化设计
圆整值
பைடு நூலகம்
表 4 行星机构优化设计结果 模数 小齿轮齿数 齿宽
25. 000
第
14
卷 第 2001 年
1 3
期 月
地转变为马氏体 。实际上 ,根据前面的分析可知 ,凡 能使奥氏体相与马氏体相自由能差 Δf 增大的各种 因素 ,都会促进马氏体的转变 。
在 Ms 以上的某一温度 Md 下 ,对铬镍不锈钢进 行冷加工的结果 ,会使结晶体缺陷增多 ,晶格严重畸 变 ,原子处于较高的能量状态 ,从而促使奥氏体转变 为马氏体 。
铬镍不锈钢一般是在淬火状态下使用 ,此时其组 织和性能就与平衡状态时不相同了 ,究其原因是铬镍 不锈钢淬火至室温时不可能进行扩散性的相变 。由 奥氏体分解成分差异极大 、晶格类型不同的碳化物和 铁素体时 ,需要进行晶格重组和合金元素的重新分 配 ,这些都要依靠原子的扩散运动 ,而铬和镍在固体 中的扩散速度是非常小的 。因此 ,在淬火冷却的高温 区 ,由于冷却速度快 ,这种扩散来不及进行 ;当冷却至
关键词 :铬镍不锈钢 ;铁磁性 ;试验分析 中图分类号 :TH142 文献标识码 :A 文章编号 :1007 - 4414 (2001) 01 - 0017 - 02
一般认为 ,铬镍不锈钢的特点之一是呈非铁磁性 的 ,因此常用它来制造要求避磁的零件 ,根据这一特 性 ,还将它与铬不锈钢相区别[1] 。但经分析和试验都 表明 ,非铁磁性并不是铬镍不锈钢固有的属性 ,而是 有条件的 。因为铬镍不锈钢是由铁族元素组成的物 质 ,根据铁磁性理论可知 ,铁族元素具有未满额的内 部电子壳层 。由这类元素组成的物质在一定条件下 , 方有可能形成铁磁性[2] 。本文作者就铬镍不锈钢在 平衡状态 、淬火状态及塑性变形后的铁磁性进行分析 阐述 。
铬镍不锈钢在使用时将为单相奥氏体组织 ,室温 下的奥氏体是无铁磁性的 。
3 在淬火 + 室温塑性变形状态下呈铁磁性[5]
从热力学角度来看 ,铬镍不锈钢淬火奥氏体在室 温下是不稳定的 ,如将其冷却至 Ms 以下 ,就会自发
Ξ 收稿日期 :2000 - 11 - 28 作者简介 :王岱雅 (1972 - ) ,女 ,讲师 ,毕业于太原重型机械学院锻压专业 ,现从事教学工作 。
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机械研究与应用
MECHANICAL RESEARCH & APPLICATION
马氏体的晶体结构为体心正方晶格 ,与铁素体的 体心立方晶格类似 ,具有铁磁性 ,所以铬镍不锈钢形 变后呈现出铁磁性 。下面的试验就是一个很好的例 证 :将经过淬火处理的 1Cr18Ni9Ti 钢棒料 ,在室温下 进行形变处理 ,加工成 Φ5 mm ×15 mm 的试件之后做 避磁试验 ,结果试件被磁铁吸起 。
第 14 卷 第 2001 年 3 月
1
期
机械研究与应用
MECHANICAL RESEARCH & APPLICATION
Vol
14 No 1 2001203
应用与试验
铬镍不锈钢铁磁性的分析 Ξ
王岱雅
(长沙交通学院 ,湖南 长沙 410076)
摘 要 :针对铬镍不锈钢是否具有铁磁性进行了分析和试验 。结果表明 ,在平衡状态下及经塑性变形后 ,铬镍不锈钢 都显现出铁磁性 。
Δ F = - VΔf + σS + E 式中 :Δ F 为整个系统的自由能变化 ; V 为转变时的 总体积 ;Δf 为单位体积马氏体形成时的自由能差 ; S 为相应于转变体积 V 时的相界面积 ;σ为单位相界面 的表面张力 ; E 为弹性能 。
由上式可知 ,马氏体转变时 ,除新 、旧相的自由能 差使系统的总自由能减小外 ,新 、旧相之间因比容差 别所引起的应变能 ,新 、旧相之间保持共格联系的共 格能及新 、旧相的表面能都会使系统的自由能增大 。 因此 ,为了满足Δ F < 0 , 必须增大新 、旧相单位体积 的自由能差Δf ,也就是说 ,马氏体转变须在Δf = 0 的 平衡温度以下具有很大的过冷度时方能进行 。而铬 镍不锈钢中的 Cr 和 Ni 都是稳定奥氏体的合金 ,尤其 是 Ni 强烈扩大奥氏体区 ,使奥氏体的稳定性大为提 高 , Ms 将大大降低 。根据粗略估计 Ms 在零度以下 , 显然铬镍不镍锈在室温下是不会自发地发生马氏体 转变的 ,将保持奥氏体组织不变 。
室温后 ,又因温度低 ,原子活动能力过小 ,也不可能进 行扩散性相变 ,因而获得单相奥氏体组织 。
铬镍不锈钢在室温时不会发生马氏体转变 。由 奥氏体向马氏体转变时 ,不需要合金元素的原子进行 扩散 ,晶格重组也只需原子移动很小的距离 。所以 , 马氏体转变是一种无扩散性的转变 。它能在很低的 温度下进行 。但是马氏体转变也和其他相变一样 ,必 须满足热力条件 ,整个系统的自由能方能自发地进 行 。马氏体形成时 ,系统的自由能变化可表示为[4] :
40
82
31344
30
6962
31500
30
65
体积/ mm3 11921 ×107 11641 ×107 1679 ×107
3 结束语
神经网络辅助优化设计方法既可应用于行星机 构 ,也适用于斜齿轮 、圆锥齿轮 、蜗轮蜗杆机构的优化 设计 。随着人工神经网络技术的不断完善和发展 ,机 械人工神经网络辅助优化设计将有更广阔的应用前 景。
社 ,1976. [3 ] 肖纪美. 不锈钢的金属学问题[M]1 北京 :冶金工业出版社 ,1980. [4 ] 胡赓祥 ,钱苗根主编. 金属学 [ M] 1 上海 : 上海科学技术出版社 ,
1986. [5 ] 姜寿亭编著. 铁磁性理论[M] . 北京 :科学出版社 ,1993.
(上接第 16 页)
1 在平衡组织状态下呈铁磁性
将一块 1Cr18Ni9Ti 钢做成 100 mm ×30 mm ×1 mm 的矩形薄片试件 ,待试件进行退火处理后 ,用磁 铁检查时试件能被磁铁吸动 ,这说明铬镍不锈钢在平 衡状态下呈现铁磁性 。
在铬镍不锈钢中 ,尽管含有质量分数 (全文同) 为 17 %～19 %的 Cr 和 7 %～11 %的 Ni ,但铁是主要组成 元素 ,铬和镍又都是溶于铁中的置换固溶体 ,所以铬 镍不锈钢仍是铁基的 ,在一定程度上保留了纯铁的一 些特征 :室温时的平衡组织为奥氏体 + 铁素体 + 碳化 物的机械混合物 。由于组织中存在着具有铁磁性的 铁素体相 ,铬镍不锈钢也会呈现出一定的铁磁性[3] 。
社 ,19901 [5 ] 施 阳 ,李 俊 1MATLAB 语言工具箱 ———TOOLBOX 实用指南[M]
1 西安 :西北工业大学出版社 ,19981
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© 1994-2007 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http://www.cnki.net
表 3 RBFN 网络测试结果
网络输入
网络期望输出
网络实际输出
x1 x2
x3
σH σF1 σF2
σH σF1 σF2
30. 0 215 65. 0 82813 31919 31418 82815 32015 31515
33. 0 210 70. 0 90811 38612 37716 90813 38617 37811
参考文献 :
[1 ] GB 3480283 :渐开线圆柱齿轮承载能力计算方法[ S]1 [2 ] 毕春长 1 渐开线圆柱齿轮强度计算程序设计[J ]1 矿山机械 ,1987
(6) :10 - 11. [3 ] 周 济 1 机构设计优化方法及应用 [ M] 1 北京 : 高等教育出版社
119891 [4 ] 王文博 1 机构和机械零部件优化设计 [ M] 1 北京 : 机械工业出版
图 1 1Cr18Ni9Ti 淬火组织图
图 2 1Cr18Ni9Ti 钢经淬火 + 室温形变后的显微组织图
综上所述可知 ,铬镍不锈钢只有在单相奥氏体组 织状态下是无铁磁性的 ,一旦有组织发生变化就会呈 现出铁磁性 。
参考文献 :
[1 ] 徐祖辉著 1 金属学原理[M] . 上海 :上海科学技术出版社 ,1964. [2 ] 北京大学物理系《铁磁学》编写组. 铁磁学 [ M] 1 北京 : 科学出版
40. 0 214 80. 0 62512 21010 20119 625. 0 21012 20212
45. 0 33. 0 60. 0 50119 15412 15010 50118 15415 15013
设计方法 原始设计 优化设计
圆整值
பைடு நூலகம்
表 4 行星机构优化设计结果 模数 小齿轮齿数 齿宽
25. 000
第
14
卷 第 2001 年
1 3
期 月
地转变为马氏体 。实际上 ,根据前面的分析可知 ,凡 能使奥氏体相与马氏体相自由能差 Δf 增大的各种 因素 ,都会促进马氏体的转变 。
在 Ms 以上的某一温度 Md 下 ,对铬镍不锈钢进 行冷加工的结果 ,会使结晶体缺陷增多 ,晶格严重畸 变 ,原子处于较高的能量状态 ,从而促使奥氏体转变 为马氏体 。