不锈钢弹性体热处理

volvo

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
* z5 w9 M: w( j* Y2 j   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。   

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。

' m: N, B) q8 B: z7 U3 T4 d    2.1、成分见下表：

% T- d# T2 D$ g

材料编号

+ G6 {" d0 \" N8 ]- B" m! D　
! p) k3 x( U4 s0 g! T

C%          Si%         P%

　

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

; C( s. Y, \/ n; U% H, o" N　

1

　

0.053          0.027        0.011

" @$ v1 \+ f) O& |6 I　
5 F- U. B5 R: f9 ?

0.004        0.51          17.25         4.08         3.77    0.28(Nb)

$ f" \" T; h2 j. n% O　
  J# m2 d. C0 U0 j% i

2

　
: J1 o: X7 z4 S7 U7 B! Q( @; k

0.03           0.41         0.010

　

0.003         0.37         15.96        4.30      3.20    0.35

　

    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。
6 z+ u# _1 |4 y# F2 P1 W( ~+ a& @    2.3、测试指标为：

) ~  z/ @% v/ n

; @1 I( @4 ~$ V2 y6 D

编号

; u, x1 e( `' ~: Y6 s4 H' q　
9 m: s9 E8 c3 t: C

弹性体材料

　

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

! L+ W. Q+ `$ y- G" p4 j1 P* {　

1

1 G; ~3 a9 t4 a; b* c* Q: z　

2.12mv/v

& K( e& F0 A7 Y8 z/ r: ^: X$ U! K　
# z' n; W' t% v  U! G/ f

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

# v: L1 A" f# {$ U& ?　

2

  o9 S' t) o; g　

2.17mv/v

　
( @! Q2 `$ `, |2 s9 a8 W' s" }! w. S

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

　
3 |2 v" ~1 f* B% j! ?6 N' R

1

　

2.332mv/v            0.022%F.S.

4 \; |& T: J3 R2 H5 K　
" A2 w9 {! P+ P+ Q) M4 P7 Q& z; p

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

, K' ]4 [5 s% h  ?8 W8 _　

2

/ F" ?& d' W3 K& E4 A( u6 M　

2.406mv/v

7 Y) k% Q- i* j! s; S& Z　
9 q/ }" Q  S- K

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

　

0 }, O% {; o( |2 u9 {  U8 T3 X0 E    2.4、金相组织
# l. G; b. j( L! V1 p5 \   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。
4 z* r) J( Z' J' Q- x( R; J  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。
, N: C7 I0 n) ^$ t$ }, E    3.分析
% q0 O$ w$ Z3 t: p3 [# \- y" r    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。
2 g, _3 @" V8 A( L, ~' F* l    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：
& G" g5 y: o  G- V& {8 I

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

' s: \2 Q& H+ {　

-3  -1  +8  +11  +15  +19  +38

) Q& n4 ]% ^" \% X' k. T　
. u2 X7 y" Z( ]' g

- s7 e4 A' H1 i8 [; I# {5 M   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。
* q' w% [$ V4 `2 \* ?    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。

    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。