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。   
' l. H; D5 `. j; u9 V
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 s2 f+ C! n" y7 c
& @) U  c. I4 j; \6 w/ A5 K    2.1、成分见下表：

2 A1 ^+ {0 t! ]) t6 m& a

材料编号

　
& a& Z* m( c& u- V" q0 G' _

C%          Si%         P%

　
/ ^; m: `0 j: \. q

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

8 H/ x$ k4 \( Q8 J1 \% O' h　
* K/ f5 v4 T  H! z% [4 {  x+ e; I

1

　
1 v2 P1 E! @4 U8 s

0.053          0.027        0.011

" J# `0 v$ e/ P6 Q　
$ H7 P7 d0 S( D3 w: G

0.004        0.51          17.25         4.08         3.77    0.28(Nb)

　
+ T: o4 d$ o- u4 O3 p/ a' W9 f6 ?

2

0 b* G( Y7 d, p/ i  f' |* T　
3 N; e! z$ P9 p$ P; l" X

0.03           0.41         0.010

　

0.003         0.37         15.96        4.30      3.20    0.35

9 S- H" y4 D! K. m: S　

8 X6 V% b% U) c* X8 F' y/ [    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。
; m/ u) k$ h) S  f. u    2.3、测试指标为：
# o+ K" g0 R: Y; y* `1 G

0 w) S, k0 E3 d$ D

编号

. O- h$ ]) [$ t' |　

弹性体材料

2 Y3 @' m% r" ?$ Q" i( u, u　
; f% g, H$ E% r

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

　
* P2 q; `' R) T$ c' f

1

0 v; c1 ]* f6 b& ^　

2.12mv/v

　

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

6 c% B" N3 A% Y* U( Z, Z　

2

% k6 }9 `* P2 j* n; f　

2.17mv/v

) J2 o( ~& J, v$ S% D　

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

　
) T. g& ~& b. ]: x

1

  H  w7 \% Q! H" E  }0 L8 @　

2.332mv/v            0.022%F.S.

1 l, N/ b" \( G7 \' _" g　

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

, t3 v  C' C$ \+ Z% `2 Q　

2

　

2.406mv/v

　
  G' p' m& M  r

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

　
9 ?5 t" t% J/ A( ?) X! ]" |5 _

    2.4、金相组织
   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。
; R; N) k7 p( s* ^  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。
" \9 P  {& A  V& _( h) N, L& ]    3.分析
" \- N  h- L+ Z( {3 o    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：

合金元素对17-4PH钢δ- 铁素体的影响（+增加，-减少），%

. N3 N2 r4 S4 m. N& r: {8 C

3 o4 v* V- D3 x% B- q2 m

Ni          Co       Cu     Mn    Si    Mo   Cr

　
3 K9 x; }7 `9 X" J' J* ?

V

) y8 y* J4 L  D/ l: ?' z　

Al、Ti     -10   -6

1 n, a3 S$ w6 b* m" t　

-3  -1  +8  +11  +15  +19  +38

/ o* N  |# K7 C9 ~6 \　

   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。
; P6 A1 F; ^3 l7 T  f7 o9 I    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。

    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。