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
   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。   
( w! a3 w+ q6 I, Z! P1 j+ T
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。
. h8 [$ _' H9 g- ~9 K- {
" x0 W% K9 k1 d- l+ I: y8 B! A/ q    2.1、成分见下表：
$ H. S! a9 @1 z! x/ Y! d
0 N5 {9 a1 v. Z& [

材料编号

/ G' s! _7 k$ o( q　
+ b, C+ K2 J; z6 D- A. H

C%          Si%         P%

　

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

　
8 m0 I, }4 F/ ]9 f7 @: n' e

1

- l& x$ S- t9 A$ H4 u, B; G8 G　

0.053          0.027        0.011

: f0 W1 s9 ?# ?- c　
0 G- e: Y: F1 E9 q! Z# c: p9 l

0.004        0.51          17.25         4.08         3.77    0.28(Nb)

　
& ?& n& H' V+ t# w( w7 J; E

2

　

0.03           0.41         0.010

　
3 E9 W, {9 q; ~# I

0.003         0.37         15.96        4.30      3.20    0.35

　
# T, A8 Q& b7 r  T7 h! z

/ h/ M; n6 @4 P0 J) d    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。
    2.3、测试指标为：
' Z! f( z" g3 w9 y
, i1 M# `- p0 o% m* O0 X

0 A2 m* E  ^0 J

编号

  G$ c, g# b1 K5 E' z: V　
3 \2 u. j3 _" q- S( x$ i5 U

弹性体材料

" I2 E* [6 u/ L0 C6 ~4 b　

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

　

1

# m3 u" r! }* M. B# b) e　
( S2 L& I7 d! {; ?

2.12mv/v

: G5 X0 ~3 ~' `4 N　

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

　

2

　
4 ]) `& _: W* A

2.17mv/v

　

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

　
; y$ H, B, V9 E8 c

1

9 l2 ~$ L( {5 I+ r2 M9 D% {　
, l, |& M2 z- r( N0 K  b

2.332mv/v            0.022%F.S.

7 S1 r% O" E1 d3 A& x　

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

　
* g8 u' L6 F! F' a' ]  I

2

　

2.406mv/v

' m. S8 U5 o4 ]　
9 q; o0 \% l6 n5 l2 Z# ?: W9 k4 a

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

　
" p1 m& `9 \5 g5 @  q# Q

  N& j8 M+ B2 ~" O; m! q    2.4、金相组织
6 U3 _5 D7 }* u# e  R' Z* y   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。
/ Y9 Z" c# z  `  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。
$ j3 N$ F1 v8 X) C- J* M* ~4 m3 f    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。
2 p* y5 C3 n( a) G) ^. Z# J    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：
% p' }" S6 @! l) V3 `& m9 d

合金元素对17-4PH钢δ- 铁素体的影响（+增加，-减少），%

6 }8 I& G* B: B/ w; V9 |

Ni          Co       Cu     Mn    Si    Mo   Cr

　

V

　
6 @4 d; m+ G* N# T2 g( f& D

Al、Ti     -10   -6

5 a. U& ^" P5 h& F( }! T　

-3  -1  +8  +11  +15  +19  +38

　
  l3 N" k/ u; t6 e* X

. \$ p- Y5 L' T" {, t# `   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。
; o9 k, S6 d  \4 o0 F5 @    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。
: A. ?8 F0 N( @% p. g# I. D    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。
* C; n; D2 J1 I0 o: v6 m
    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。