不锈钢弹性体热处理

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0Cr17Ni4Cu4Nb材料弹性体热处理工艺流程 热处理工艺流程为：清洗→固溶处理→深冷处理→时效处理。固溶时的冷却介质为水冷、油冷或强制惰性气体冷却，冷却速率有很大区别，同时要考虑弹性体尺寸的大小，降温速率要有    1. 0Cr17Ni4Cu4Nb材料弹性体热处理工艺流程
7 `& q5 ?* j+ m8 I7 J9 `" S   热处理工艺流程为：清洗→固溶处理→深冷处理→时效处理。固溶时的冷却介质为水冷、油冷或强制惰性气体冷却，冷却速率有很大区别，同时要考虑弹性体尺寸的大小，降温速率要有所不同，使固溶冷却速度达到相应要求，固溶时的冷却介质、冷却速度对仪器的指标影响很大。   

. z) r" D. R7 o0 Q! y 2.我们对两个厂家生产的0Cr17Ni4Cu4Nb不锈钢材料的热处理制度进行了试验。

    2.1、成分见下表：
6 B! f. O( ^( _3 _: x$ ^
) P6 B: @, j! {+ D+ b

- p/ i; `0 @! X& v: }& S

材料编号

　

C%          Si%         P%

　

S%        Mn%        Cr%          Ni%         Cu%\       Nb+Ta%

　

1

　

0.053          0.027        0.011

+ K+ f5 S3 N: e7 S5 g: ?4 {　

0.004        0.51          17.25         4.08         3.77    0.28(Nb)

　
3 T. o7 L' i7 T$ w9 {$ [+ a

2

　
$ P: E/ H! T3 F

0.03           0.41         0.010

1 x7 D6 u2 ~- p  I, w　
* ~1 |$ C" g7 z, o% j

0.003         0.37         15.96        4.30      3.20    0.35

: g8 M' u& C7 {4 F& b　

    2.2、热处理制度：用盐浴炉加热至1050℃,保温时间根据实际尺寸的大小而定；水（温度3.5℃）冷却；深冷处理（干冰-70℃）8小时；沉淀硬化（电阻炉加热），480℃×4小时，空冷至室温。
$ ]  }/ _: c( V: L* S5 F  s( x    2.3、测试指标为：

编号

3 Z' w1 J9 }5 J" q3 z( k' @　

弹性体材料

  K. [7 h7 k. J- b　
1 y+ M% L, X5 q1 v2 q: T& K

灵敏度        综合误差     非线性      滞后    蠕变/30分     001

　
2 O- Q  t8 Z+ H8 {% |$ T

1

0 M& i9 a2 I" y- Z! D, n5 H　

2.12mv/v

　

0.035%F.S.           -0.019%F.S.    0.035%F.S.          -0.024%F.S.         002

　

2

3 S3 k) o4 F9 s! D　

2.17mv/v

　

0.019%F.S.         -0.015%F.S.        0.019%F.S.           -0.011%F.S.        003

　

1

( I4 k. M/ h9 B( L5 k% z; g) R0 E　
0 ]" b2 c6 [8 _: K: E( ]" M, r

2.332mv/v            0.022%F.S.

, V" E8 @0 Z# G& n5 J　
4 x- W3 n- V3 [2 v' h' o

0.003%F.S.           0.022%F.S.          0.013%F.S.              004

1 u0 R$ ^5 g" y) m　
4 D8 b. _! H1 ]) E% {/ }$ _

2

　
: X2 {1 ~8 ?  M7 ]7 r) g

2.406mv/v

; w3 A& `' a' M8 |　

0.019%F.S.         0.004%F.S.           0.015%F.S.           0.014%F.S.

　
8 q# j+ C' T4 K- Y) U

/ t3 a6 w$ z& q8 a    2.4、金相组织
2 r5 v+ m' G) G# N   001号： 1号材料硬度为44HRC，显微组织为均匀分布的马氏体时效组织及强化相，有呈网状分布的δ- 铁素体，平均含量可达8%～10%左右； 2号材料硬度为43HRC，显微组织为均匀分布的马氏体时效组织及强化相，未发现δ-铁素体。
$ t' I  [6 o( a& m$ V8 ^  003号： 1号材料硬度为43HRC，显微组织为均匀分布的马氏体时效组织及强化相，有呈网状分布的δ- 铁素体，平均含量可达5%～8%左右； 2号材料硬度为43HRC，显微组织为均匀分布的马氏体时效组织及强化相，未发现δ- 铁素体。
    3.分析
    综合试验数据，热处理后出现大于5%的δ- 铁素体将影响仪器的滞后指标，所以要求铁素体含量越少越好。比较两种材料的较大区别在于金相试验中，1号材料出现δ- 铁素体，且含量大于5%，而2号材料δ- 铁素体含量很少，形状较小，不易观察到。这是因为0Cr17Ni4Cu4Nb材料经过1050℃固溶处理后，在钢中会出现δ- 铁素体，由于它不参与马氏体的转变，形态沿晶界条状分布，主要降低钢的热塑性和室温硬度，从而，使材料强度降低，影响最大的是滞后指标。
    δ- 铁素体的形成主要原因是材料成分和热处理温度，Cr是主要元素，足够量的Cr可使钢形成单一的δ组织，在其它的金属元素中，Mo也是铁素体形成元素，程度相当于Cr，Al和Ti是强烈形成铁素体元素，能力为Cr的2.5～3倍，C和Ni是强烈形成奥氏体元素，C的能力为Ni的30倍，但由于量小，没有Ni明显，Ni控制铁素体效果较好，Cu能力为Ni的30%。以下数据为加入1%合金元素对17%Cr+4%Ni合金中δ- 铁素体的影响：
5 f3 H7 C/ j7 u( ~/ a' ~6 y' w
& R0 [7 k* s6 C) D  T. T. D

合金元素对17-4PH钢δ- 铁素体的影响（+增加，-减少），%

Ni          Co       Cu     Mn    Si    Mo   Cr

　

V

　

Al、Ti     -10   -6

　
1 X9 q) i9 P3 L5 |4 r; r% r. f

-3  -1  +8  +11  +15  +19  +38

　

6 e+ N& V4 ?: _! x6 x   固溶处理的冷却应快冷，冷却介质为水或空气，冷却速率应根据处理的产品的大小而定，目的是要得到均匀一致的马氏体组织，并通过时效处理析出强化相，提高硬度和机械性能，而对影响机械性能的铁素体含量则越少越好。以上试验时，固溶温度均为1050℃±5℃，因加热温度引起的铁素体的因素较小。因此，验证了材料成分因素较大。
    要改善材料的综合机械性能应从组织和强化两方面着手。降低材料的C、Cr含量至标准的下限，适当提高Ni含量，可以降低δ-铁素体的形成，提高材料的机械性能，同时碳能显著降低Ms点的温度，C含量降低有助于提高Ms点的温度，从而更容易获得需要的马氏体，改善材料的机械性能，有助于仪器滞后指标的改善。使用改良后的材料，采用真空热处理后，金相组织为保持马氏体位向分布的索氏体组织，组织由表至里相同，机械性能均达到了要求，制作后的仪器的性能指标也达到了C3级要求。
    沉淀硬化型不锈钢的特点之一，其弹性后效大，若不采取其他措施使用普通应变计贴片，仪器的滞后指标为+0.030%F.S.左右，若再加上金属膜片焊接后对滞后指标影响+0.01%F.S.左右。显然，大于+0.030%F.S.的滞后指标，仪器的最大误差不易达到国家标准的C3级要求。随着量程的增加，相同量程的不锈钢与合金钢仪器的滞后指标区别不大。因此，对于小量程不锈钢仪器需对滞后指标进行补偿，通过专用应变计进行滞后补偿成为一种特殊的补偿技术。该技术实现了不锈钢仪器滞后指标的调整。使滞后补偿可以像蠕变补偿那样，通过选用不同补偿量的应变计进行补偿，经过匹配试验，可保证产品的线性、滞后、蠕变性能指标控制在±0.02%F.S.以内，并可以达到国家标准的C3级要求。
: }& r0 w' u. r* A# a  a+ n: m
3 C" d1 b- s( Z& m$ E. Q    综述，做为不锈钢仪器，弹性体选择0Cr17Ni4Cu4Nb沉淀硬化型不锈钢材料，应控制其材料成分和含量，通过严格合理的热处理工艺作保证，尽量降低δ- 铁素体含量，使综合机械性能达到弹性元件要求。0Cr17Ni4Cu4Nb的热处理工艺成为关键点。经过大量试验证明，要获得合格的均匀的金相组织，达到要求的机械性能，不锈钢仪器的弹性体采用真空固溶、深冷、真空时效效果最佳。