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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
) A, o! A/ T2 K7 Z) @   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。   
8 U% Z+ I- t. H8 [6 K
( E  j+ r+ i1 ?$ w0 x 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。
. k5 d/ g/ `7 T7 w) h9 b' E
* i. M# t& F: I! M' ~+ w    2.1、成分见下表:
% o, I5 I% C, O" j% ]7 K( }
0 D$ r' z! ~; K1 Y5 d

+ n2 g  P( j6 u3 [+ |
材料编号

4 ^( X$ N& \6 O5 n/ W7 R/ I; F- r 
! Z9 C8 m! H4 E4 c3 ]4 c
C%          Si%         P%
3 I2 r5 X! _8 D, a, x) m# z6 d" P
  & ^* s$ ?$ r: g, c+ i8 {
S%        Mn%        Cr%          Ni%         Cu%\       Nb+Ta%

: K, J! y  F1 o1 i; h. t 
7 W- d3 G' t) J! w) m
1
4 ?" {) ~5 G+ B0 w. P8 E7 v
  9 B% l# M) p" t
0.053          0.027        0.011

$ ~$ D5 Z' a: S( @. y) E  5 x& R6 N% |" @0 [8 Q; `) K
0.004        0.51          17.25         4.08         3.77    0.28(Nb)
- f  N) c/ Q. u- D. F+ @$ T
 
  n3 I' l2 n1 |" t3 n
2

' Y. D- [3 `- S6 n  4 I9 |0 j- q4 b  L6 h
0.03           0.41         0.010
. r+ r; D' U. i  ]" O) k
 
7 P( I; Y; c0 ~7 o( |8 l, t
0.003         0.37         15.96        4.30      3.20    0.35

8 G- P  T+ k2 d* v4 v  0 R7 q0 Z+ ^# ?5 n6 H

6 b. P' `0 |8 `    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。& ~- u; I$ \2 W8 ~
    2.3、测试指标为:
8 m) J+ P7 H% a0 B/ x% G8 p! @; J% z! K, A* t# o7 x
  G) |. F/ B% h) h
编号

* ], R: H% ?: b, M  4 o8 H: t& B/ h7 p$ W, E0 k7 z
弹性体材料

" }% R- \( ?1 {+ {/ g2 U0 }7 W$ r  % T3 w+ u/ @3 u' f' E1 L6 m
灵敏度        综合误差     非线性      滞后    蠕变/30分     001
- q2 H0 [" t, V
  ! h2 R* `) h: f! E4 F' S# _/ ]
1
9 t$ {( {( P9 d9 F7 W! p$ k% G) g' O
  4 P/ W. A4 {/ E0 x
2.12mv/v

. J* z, A- P7 I- P  7 S2 \) H  E. I0 E0 k3 C
0.035%F.S.           -0.019%F.S.    0.035%F.S.          -0.024%F.S.         002
9 [( d) `8 I) F. L8 H; `
 
& p. J- K; K+ A0 |+ B% t" B
2

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  j  o9 Y- o! W5 `9 x# f
2.17mv/v
( ~5 Z2 E$ ^! e- U% w* ^: ^
 
# J' }$ e' W! D) v) u! n; B8 c
0.019%F.S.         -0.015%F.S.        0.019%F.S.           -0.011%F.S.        003

- Q, O- X- g- ^, j: n2 Z  " ^# H9 w" u$ N( \% ]
1
( F7 K) A% u3 c3 t  _
  . b# }0 C& R0 R  v3 Q! \) t
2.332mv/v            0.022%F.S.
1 q- t3 {6 N2 ~! S, |4 |! q
 
7 Y$ I: x/ x# n: S7 m: g, L
0.003%F.S.           0.022%F.S.          0.013%F.S.              004
3 Z% L! h& F* I) r4 d
  $ B1 q. A. C- k& T
2
6 h9 G% i: ], ?
 
: O. o, b0 z) {) m- s$ b/ P
2.406mv/v
) L" f* t% D) D
  9 T' x5 _9 Y' @; D, ]5 l0 Y2 y0 h6 H/ b
0.019%F.S.         0.004%F.S.           0.015%F.S.           0.014%F.S.

  t$ Y. F7 {1 ?: ? 
2 n4 p; [8 o  o1 b8 c4 q- {

* W- E/ m& _/ `* I# x% e    2.4、金相组织9 X/ r; U3 {6 s; ]  I
   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。8 H: |5 n2 `! z& j" V
  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。
3 S6 r/ M1 x8 s2 V$ E; Z) O' J. h    3.分析
1 h$ Q# X8 `0 R1 W; l, n9 b    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。
9 @* ?0 s3 n9 R" R    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:: l% d+ }. j7 u2 ^
' {9 F5 w) G* M5 L9 Z9 o$ g
合金元素对17-4PH钢δ- 铁素体的影响(+增加,-减少),%

3 j  E% {8 ^1 w$ V

' c1 q6 F& z, x# u
Ni          Co       Cu     Mn    Si    Mo   Cr
; \& ~# g* L, A2 |% C* a" ]
  ) }* g% d# e8 A7 L9 u
V
+ k2 U9 L* w& b) i: i
 
( m% f4 m! ^' s4 j
Al、Ti     -10   -6

5 W6 M: Q; @& P7 ^5 `& k7 G! y  : R$ n9 W% H* {
-3  -1  +8  +11  +15  +19  +38
) p/ d1 Q2 ?$ W) U- ?
 
1 }: }5 X5 Q& C9 r, ]+ j/ f! e

8 `+ u! v8 g! J$ `& W. G   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。
8 V2 J- C  {- R4 ?# D4 Z    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  C0 M$ J4 ~- s
    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。' d4 ^# P# u7 l7 }9 k
1 J8 m3 L! F: e1 B6 n+ i
    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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