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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* u6 P9 o8 J0 Q& S+ Y9 n; v
   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。   5 ^( k. W  f" ?- A, ~

7 U& y$ ^; y4 H" K/ G) i7 }$ Z 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。
1 g# D. }6 x2 l9 K0 y% L2 w& k% H# y+ d4 p( N4 P# j& `( Y' l
    2.1、成分见下表:
9 q; r1 w  j9 ~% \* a- P+ O" B4 v

& O: V+ ]- D0 K
材料编号
8 H) H7 h# X* [5 |# K
  ( c8 P) W# x/ D4 O, D
C%          Si%         P%

; f2 z1 W7 N) a  - v1 N/ Q$ \$ D. E# x2 [+ C* T
S%        Mn%        Cr%          Ni%         Cu%\       Nb+Ta%

$ T: A# P8 L( W$ W$ } 
( g$ ^: ?) B0 T& Z% P7 V
1
2 m* ~. x5 L$ ~
  ' v" k) q1 @8 E
0.053          0.027        0.011
; v/ u  S0 F8 V' M; Q
  ' g3 s, T" {# Q
0.004        0.51          17.25         4.08         3.77    0.28(Nb)

; n5 C3 a! J1 n6 v  & z1 E* G4 ^7 ], y- H! W
2
4 Z. Y% E' s) m$ f- r/ I* C" V2 x
  $ [( x% W. }9 O: e$ f+ Y
0.03           0.41         0.010

2 u$ S- h& J/ a" n  * x0 k& U) T. g1 y) k% v7 M! O. v
0.003         0.37         15.96        4.30      3.20    0.35

/ F7 S( u$ G' ^- W$ q 
. I5 c) z2 [) q

. ]4 K, [6 i/ H% N    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。
1 i; m  e' J5 v1 N    2.3、测试指标为:
4 e9 G' {& R/ Y$ w9 W
0 V( a: W- Z& T# _- p8 D$ I

+ @$ E2 y" F4 V+ r# o4 f* d
编号
# B+ P& R/ M' C6 K0 ~8 `
 
* \& g1 `! v3 M
弹性体材料
/ W+ {4 B3 c, ~
 
! Z2 C6 J; C& `2 W
灵敏度        综合误差     非线性      滞后    蠕变/30分     001

7 I8 m  |3 R3 D) a' z) D  , p7 N1 [( N0 n2 a9 M
1
* b  U' G' k/ a4 D- X6 A+ U$ K
 
  }: b. X8 y4 W$ a
2.12mv/v
$ p7 o( D4 K/ ^$ Q/ R4 N7 M
  6 a6 ~6 k9 g0 v  E  A. }
0.035%F.S.           -0.019%F.S.    0.035%F.S.          -0.024%F.S.         002
) Q6 c2 r* ^: l6 }  L& V/ R
  0 |3 \* X) }4 k4 e& n- l
2
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  ) I6 P) c8 y# I1 q7 A8 t
2.17mv/v

) U. w& w* D# ~  " Q* l0 a! Z6 g+ l% J$ @- v. T
0.019%F.S.         -0.015%F.S.        0.019%F.S.           -0.011%F.S.        003

2 Y6 n/ O6 T0 w) ]/ Z 
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1
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  % P; h3 s4 y& `' i+ C/ ~8 |' \( Z
2.332mv/v            0.022%F.S.

; A2 L* c' ^- q6 H  $ ]0 s9 ^1 q5 j, v
0.003%F.S.           0.022%F.S.          0.013%F.S.              004
. r+ [7 `& m0 [- z) f2 F
 
/ ^2 w: j: {! h! O) R
2

: v3 g( w; u% z 
6 ^9 ~9 h8 u( n& e4 M" p
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/ i: u) a: K/ K
  0 p  w4 F- {- E- d4 M( o! X) |
0.019%F.S.         0.004%F.S.           0.015%F.S.           0.014%F.S.
6 n& E1 O! Q4 ]" l( X: K0 C  Z
 
# Z" K; r, w2 c) |6 B
1 K& \& L" C  k3 z& L5 [
    2.4、金相组织, f# D5 N5 _& M5 q1 ~: i- ^7 ?
   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。
" G7 I, F! u9 r( O* q* n1 [( W  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。
: v6 U  J7 r$ C8 Y% }    3.分析
- h& _: K. ]4 r$ n    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。
! B8 I: c, L4 W- L. e    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:) q0 q4 u- \  |' T9 E( l5 M
" W2 K: |3 ?+ H" T$ ]; }! |
合金元素对17-4PH钢δ- 铁素体的影响(+增加,-减少),%
8 @, d; z" v, _: V0 H7 K: O
& s6 y( k. q* E1 z8 x; v. r7 O
Ni          Co       Cu     Mn    Si    Mo   Cr
  ]7 X/ B1 a( @6 R# H2 b
  3 m4 x; ^7 r/ @5 Z- Z
V
5 w1 }* G: \, D6 `
 
# w5 d1 J1 E: c- i+ @
Al、Ti     -10   -6

" O) V% L9 P$ S! v; V 
- E, C4 w7 b0 K, t8 G5 L: A3 [
-3  -1  +8  +11  +15  +19  +38

' ^) J) ^' `+ s1 e/ k  y  1 F! Z6 ]1 i4 x8 k# A$ m" {. e

# c4 V7 E3 D6 }# W; M, _   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。
! \* u) h' r8 p* j    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。
6 c9 l  m6 ?+ G1 ?8 G    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。
9 X( f2 Y4 @2 ]# m5 I, R( i/ w: A  E; P1 |9 {
    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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