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
$ O/ B: C$ R% ?* S7 H( ?. B   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。   

3 C$ x- ]2 X. t7 q/ a' W 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。

    2.1、成分见下表：
" K8 S/ D- I4 l: w+ y; X9 n- ~. y4 V* x
- e* h$ D8 X- f, L. G4 B

材料编号

7 P2 P( {  w) p' K( k& D　

C%          Si%         P%

　
% z! F$ J5 A' k1 _' n

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

　
! u9 u/ i6 E# J7 A4 Y' x6 ]+ w

1

　
6 j- c4 I4 R1 Z& k- r" s. |

0.053          0.027        0.011

0 w; k" ?1 b4 c　
$ m9 v% M4 M# @6 w2 c; f4 n$ t

0.004        0.51          17.25         4.08         3.77    0.28(Nb)

& ]4 F0 @$ n* g4 V" Q1 m　
8 x& P3 |  i: F* M: i2 M

2

/ }# I) m: E6 {. z　

0.03           0.41         0.010

) D2 ]. g! j; |* N% C) H  F0 m　
  J* ^6 d! R: w  ~+ }. i' |

0.003         0.37         15.96        4.30      3.20    0.35

0 X/ {% o/ P2 V6 s$ ~# R& S( D　
* r. K; d( t7 u. Q

    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。
9 W8 C" b) a/ g' m. W  e8 v$ u    2.3、测试指标为：

. l" K3 _: F3 C  g, v% C6 Z( J% }

编号

　

弹性体材料

; x3 O( ?; t% e5 ?　
; R  S+ f  I( e9 T, V

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

" E' b. ?% `& ~/ C& t# N　
8 E; t8 h: {) ^

1

( A; a* u0 k% E6 k3 c　
9 A% M$ ~, q% p8 x' Q( v

2.12mv/v

9 x! b5 {2 p$ A# Q　
! x  H6 j+ X6 ^, v

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

; Z8 p& [# s8 r; \8 b+ P7 F$ M　
+ d) F* V& r. g8 h/ b( R2 W* {1 ^6 U

2

　
6 {% Y$ S; {. Y

2.17mv/v

　

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

/ F9 F5 I$ [; q0 c9 d　

1

　
" z! J- L$ m. b/ N+ C# v7 \. U

2.332mv/v            0.022%F.S.

& h* p! r: M7 u9 h3 c6 r4 r　

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

5 J6 @% v& P! b　
% L! \3 |4 z' l7 Z9 _

2

2 N6 Q! m% i% _* N. G. }7 _+ r% \. }　

2.406mv/v

　
: Q, S; g. E6 Z; v+ N

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

- _" s* X, F- a6 l8 o- q  j　
3 R6 ]- U  O. ]  Q

    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。
  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.分析
    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 @6 {7 J# g4 c0 S" W    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：

/ A; n  {+ @# R

合金元素对17-4PH钢δ- 铁素体的影响（+增加，-减少），%

Ni          Co       Cu     Mn    Si    Mo   Cr

7 e, v7 w6 J4 p5 R9 \2 w& A1 B　
2 p/ G: [0 {- X' ^, I7 h4 k

V

　

Al、Ti     -10   -6

　
- a; h  p% F8 C# @" o) t7 U

-3  -1  +8  +11  +15  +19  +38

　

6 ^- L1 D% c1 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。
    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。
# @% \' q: L/ ?% y. ?    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。
  I) e6 ^/ [0 J. H" O% P$ x0 I' `
0 Z# E+ y7 U6 [3 N. b    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。