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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! q* w% R; @& E2 a: R
   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。   
/ E( N2 A" \: H$ _* L
" x5 A3 C+ K. 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。
. m; y. T- T) _6 L5 L$ E# r! e/ [9 E0 c
# N* E" |. {3 J8 C5 K6 O) _% d# w    2.1、成分见下表:
( o+ O: n" v4 g7 V0 y. c/ p/ p5 m- _; H6 Q

/ _( a2 c2 ]2 M
材料编号

& c' B5 ?4 W; s7 d8 b: e 
1 G5 |; v" m. k$ p3 b, {" m
C%          Si%         P%
$ Z5 y  U; C" p
  7 F% o. H3 C0 O/ e3 g% q
S%        Mn%        Cr%          Ni%         Cu%\       Nb+Ta%

9 A! d. t9 w9 S0 T7 W 
, j8 g% X5 a- ]- U
1

  f" t6 ~* S1 x# x  [, V" A 
* x6 n3 h4 ]* D1 b  _$ C0 Q
0.053          0.027        0.011

/ }8 p; ^- z! {. |  , e- y% B) c" q2 e( l
0.004        0.51          17.25         4.08         3.77    0.28(Nb)
% i5 A1 f& Y0 S1 Z0 L! U
  6 `9 {- Y& A/ I: {( b
2
0 q" @2 w8 N: F( @2 x) P
 
/ F$ u6 s1 m" S; j( M, m; J; e  x0 `
0.03           0.41         0.010
% H( n% E0 p1 q9 O) a. C3 t
  6 `' J; n  d; q5 T& X
0.003         0.37         15.96        4.30      3.20    0.35
9 e2 `, h5 ]2 h5 _# b) Z
  9 k# `, L4 `8 [8 Y  C
5 X* p1 g# C' B, D( d" c8 `6 j! G
    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。& S/ n8 d+ g3 J* n5 x1 n
    2.3、测试指标为:
" R2 q$ c$ o. q, L2 B/ Z
5 L' [) g" u5 n( [; x

" g: Y9 x" r. D# a- z
编号
& D* U8 G) U2 l$ \
 
2 g8 z( j: Z5 j" w7 K! I1 F
弹性体材料
9 j1 |* v2 H: e1 j& A4 `3 w
  & P, e+ `% V6 A: S
灵敏度        综合误差     非线性      滞后    蠕变/30分     001

7 l! M5 _) B4 N. x& G! k( T  . h5 A- a  b2 e2 l3 c9 P5 S
1
* b! U0 M' K% x4 i/ e7 ?8 z
 
4 J3 D2 {$ _/ ~* g4 Q8 k
2.12mv/v

, l: u) Q/ H6 ^4 Q+ n  W3 x  ' G" v1 `0 C8 U: r2 @
0.035%F.S.           -0.019%F.S.    0.035%F.S.          -0.024%F.S.         002

5 Q$ J9 Z: D4 L( y$ G 
9 n) P( L2 u2 i, H8 g3 Q$ y5 P
2

' P$ I  W& k) e, `7 w  ( g# c" H  {/ y1 j
2.17mv/v
) T1 S6 M( E- D" {5 ~9 `
  ! R& W$ A7 ]0 O, k! w/ y
0.019%F.S.         -0.015%F.S.        0.019%F.S.           -0.011%F.S.        003
, I8 I( j8 O  a3 ^% J& Y8 R
  $ t' @% t3 T. e( o
1

$ [& h+ h/ n! G. m  U  8 v+ x, ^, l; b$ Q
2.332mv/v            0.022%F.S.

5 ^- W6 g" V# T( _  1 U) b  z; x8 }
0.003%F.S.           0.022%F.S.          0.013%F.S.              004
9 X) U  c- }% ]7 y% T) x
 
: _3 x+ Q% a6 d. q) v+ L" i) x* B
2
% _/ H8 d; y. b3 T; V6 M1 S
 
- x1 U# Q3 B3 I' }8 c3 L& G! |
2.406mv/v

/ c' }  J/ N* s6 ?3 h 
8 K+ A' C. H( Q  J
0.019%F.S.         0.004%F.S.           0.015%F.S.           0.014%F.S.

5 Z( z, J0 M. Z8 C, X 
. O% J0 c! H+ H. ^) P% ?" C+ r
+ l$ F6 C8 X& T9 A
    2.4、金相组织3 |7 o3 R9 i/ i, n" e* Y9 w
   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。9 N) h, h6 i5 Y8 d
  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。- q6 K  u2 f+ U- e1 q3 m  ~1 q
    3.分析
% M& Y/ H2 e% D" Y    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。# g7 [* h- l# D0 w4 u' m
    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:
% ^2 U4 v1 F% R! ?# C& a
$ r) J) j. ^: n! F) Q% t
合金元素对17-4PH钢δ- 铁素体的影响(+增加,-减少),%
, `  T$ N) M( P- K( }

7 `; D. K+ ]5 v8 J3 X8 Z( g8 F, D# m
Ni          Co       Cu     Mn    Si    Mo   Cr

% _5 @, _( i3 u/ o( E! S& I4 @; E) | 
/ N- |, A/ j0 P0 O( R, m# M& z9 z: O5 {) Q
V

( x1 @% ^3 \% |/ B, h; G% I 
# y  ]) V; Q, b( {7 R  a
Al、Ti     -10   -6

" c) f( \; k4 }/ f 
/ v7 I( Z) ~0 U0 p8 }
-3  -1  +8  +11  +15  +19  +38

4 F- R( g1 |# Y, {: e; K# v" u 
7 s7 @) D. [$ ?+ A- P2 d( P$ d
! c$ k* S- P1 a0 U) |
   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。
* H3 _0 j2 N5 X    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。# N, Y$ E6 V6 Y$ r& r
    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。0 H) L1 {  x6 Q2 D+ `

" `' t* o* T5 e! J; y; J7 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。
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