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[分享] 不锈钢弹性体热处理

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发表于 2006-11-23 10:11:43 | 显示全部楼层 |阅读模式 来自: 中国江苏苏州

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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3 h" }/ w* x" z' H1 W, i6 x7 p
   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。     L( e2 d4 q: q& i/ i" H* ]
7 f: S  h6 Q) p& k0 `0 b
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。 , y- S% d/ `  p0 u6 T

/ 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  ; m& r) i( m6 n, C4 E
S%        Mn%        Cr%          Ni%         Cu%\       Nb+Ta%

/ G: W( k7 m6 b5 s7 F  ' H7 t7 s! ]1 D, @# v
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* {  7 u" s) i) r9 Z; k0 u
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  , z" ]4 d" s, K6 x
0.03           0.41         0.010

2 W; m# S3 d+ i, G+ F5 q% T  1 J  g; o, G" P3 O- I, ^
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。- N2 t1 i4 M( K. y$ N: o6 A
    2.3、测试指标为:9 S3 O' }* ^" w( L) A9 t' Y- G9 y+ z/ E

; ]  @) D6 W# ^1 [$ c- p

" y$ j: D4 p8 [
编号

0 m& a  t  V8 d) |' v* g  " A8 J1 U& K! E' ]: J6 b- s. G/ Q
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
( r. ?7 J3 t7 L6 p
 
6 `; ?2 u4 Z" A+ Z) _3 V: L4 r$ M
1
- |% @1 d: N3 O9 C& v% s8 G
  7 F* q# ?! s1 R* @
2.12mv/v

$ m' H- a" `& H  3 k' L* T6 L+ M% e; w4 R0 b$ T
0.035%F.S.           -0.019%F.S.    0.035%F.S.          -0.024%F.S.         002
4 s( Z  ~. V; d
  + n. \  r, x3 y( h
2
6 a4 c/ q0 t! R
  , [7 t" ?" U; O4 ^5 L, n
2.17mv/v
9 I, K# V: W. b7 ?1 {' W# E% l
  - B- r* O, g% L- f* ~, h' V) A
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  & m% G* C2 _" D
2.332mv/v            0.022%F.S.
% `4 A5 g4 P2 z, k: C8 L4 ^1 l
  5 f( i6 C/ i5 o; a
0.003%F.S.           0.022%F.S.          0.013%F.S.              004

8 Z2 h* p# m& n% C; z& Q  6 M$ Y/ I8 O5 q5 m9 }1 i7 {: }& ?
2
$ J6 R/ s4 s. d; B4 U& R( }
 
5 w! W' t+ I, \" }4 U3 H6 X2 D
2.406mv/v
1 G7 o. `8 n  O9 X6 R! B
 
1 e8 e2 R& ?" d
0.019%F.S.         0.004%F.S.           0.015%F.S.           0.014%F.S.
+ E/ f' L" l+ v+ g  q4 B6 z* \
 
  L( P& H2 K8 d6 j
% S7 B+ T2 S5 M* g$ V9 V- Z
    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。* ?6 \) |- |9 f3 T. ]
    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),%
* x& v" t% {, n+ Y: S+ e
0 O8 F, ?# t6 U
Ni          Co       Cu     Mn    Si    Mo   Cr

4 S9 r/ A' n2 F! k 
$ M- X  O( z0 W
V
  z' X2 w6 |; A
 
1 I: ~* P/ m# t+ s% W
Al、Ti     -10   -6

9 X* ?: p( D5 {. j  ! G5 ~5 y. O. b! Q5 u2 Z9 b
-3  -1  +8  +11  +15  +19  +38

0 T! s4 o4 y2 v0 C% T, O 
, f2 o, X. k$ ~% M1 b
; w5 K* e8 O/ E  u& Y! ~: I3 [
   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。5 X7 c) G( B8 ~* Q; w0 J0 w
    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。# v8 i' d- S( a& V
    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。
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