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。   

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。

/ L! h' s' Z8 W2 `    2.1、成分见下表：
: t6 I- M# G+ d  w$ N6 R6 i
+ f/ t5 ~5 ~. _4 e4 u+ h) N

$ A/ r  j  C& i$ [3 D

材料编号

. a; p) L# p, V% O8 p/ u/ A3 [　
: v. K: x/ X3 N

C%          Si%         P%

$ o8 A5 Q  [& @$ ]/ G$ i　

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

/ G: W( k7 m6 b5 s7 F　

1

7 u2 u' c" j; t8 H5 R  _& p" x% Z　
( L' n6 @8 Z" S* X

0.053          0.027        0.011

5 @* D, s8 I( A* {　

0.004        0.51          17.25         4.08         3.77    0.28(Nb)

% P: i( s7 Y! w8 v　
1 P9 g7 w1 W0 Y2 [

2

4 c* r* `# B% V% w$ m　

0.03           0.41         0.010

2 W; m# S3 d+ i, G+ F5 q% T　

0.003         0.37         15.96        4.30      3.20    0.35

* v7 g) e$ H  f　
! v+ a+ F/ [! E& t

# y- q' m# Y8 `- P8 l    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：

; ]  @) D6 W# ^1 [$ c- p

" y$ j: D4 p8 [

编号

0 m& a  t  V8 d) |' v* g　

弹性体材料

& H3 f3 x# ^1 O; Q; s- M, J　
9 z& ^2 p4 ]# l( e" I0 P

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

　
6 `; ?2 u4 Z" A+ Z) _3 V: L4 r$ M

1

　

2.12mv/v

$ m' H- a" `& H　

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

　

2

　

2.17mv/v

　

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

; _6 }, `+ x2 P& x　
' r& G/ `5 X# ?* W

1

$ k8 f, B; }0 F  V1 r' t: p% Z, I　

2.332mv/v            0.022%F.S.

　

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

8 Z2 h* p# m& n% C; z& Q　

2

　
5 w! W' t+ I, \" }4 U3 H6 X2 D

2.406mv/v

　
1 e8 e2 R& ?" d

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

　
  L( P& H2 K8 d6 j

    2.4、金相组织
. e9 b% c; ]) s6 U$ N& Q% g, B   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。
, b2 `6 l9 _6 V! i& }  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。
4 F, L& X4 n" p. l    3.分析
; u( [5 k! p+ z2 O4 V, `2 u! ]    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：
1 K* M6 g6 G% C  [$ X& N
! \$ x/ H. X2 W- E7 D6 V

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

4 S9 r/ A' n2 F! k　
$ M- X  O( z0 W

V

　
1 I: ~* P/ m# t+ s% W

Al、Ti     -10   -6

9 X* ?: p( D5 {. j　

-3  -1  +8  +11  +15  +19  +38

0 T! s4 o4 y2 v0 C% T, O　
, f2 o, X. k$ ~% M1 b

   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。
. B3 `8 G! u4 s/ t
+ l: ]2 H% w( Z7 X    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。