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
4 C: z) a/ o3 m0 X   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。   

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。

8 X3 X& t) r. Z) v    2.1、成分见下表：
' l% k6 U: O- @5 l! H
% Q! j  c4 S& f+ L3 G7 I+ @( ?9 d

材料编号

( [" ]1 n; E- n- s" X　
6 W: ?& N3 F. L, S$ n

C%          Si%         P%

　

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

' n) j1 p, X( n% s: `7 o& M　
8 c- }6 R0 P! s/ K8 }

1

　
! m0 ]8 L: x- g& p: ^9 L

0.053          0.027        0.011

: K5 w( d, a, K' l3 c3 X. R; s　

0.004        0.51          17.25         4.08         3.77    0.28(Nb)

$ D1 \0 j. |0 E, O7 {5 `" R/ e　

2

& B7 d! P" Z% x　

0.03           0.41         0.010

　

0.003         0.37         15.96        4.30      3.20    0.35

　

    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。
# s5 A' [5 x- @+ w' B    2.3、测试指标为：
" q: X& E8 C3 V2 J" S
% U  @5 f+ O# e/ Y3 n) A. w

编号

　

弹性体材料

　
7 I6 I3 r, J8 i. A  y1 `, I% t

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

( N+ T/ I' `5 O0 R: v　
- f" j$ D6 |5 j  T5 d

1

5 ]! a, {0 u. z& z　
$ I9 ~( g3 y' }6 \- G) |# N2 `

2.12mv/v

4 S* c. A/ ?  |/ V4 L! w$ o　

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

3 i5 p; \( u5 t1 M" D; z　
+ ~, c5 A4 U- @3 X* [' ~, Q4 E' U9 P: `

2

6 ?4 w) F8 ^0 O7 r* D  E, M- t　
! G+ Q/ G9 @$ a+ Y# T

2.17mv/v

% v8 D# v4 o" b9 E0 [: s1 y　
; B" e1 {- P9 ^  b4 f7 U

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

4 n( n3 G1 K8 w' b" @) y  A1 b& Z　

1

: R9 r) K& q$ q4 N3 M( j2 ^  e8 a. G　
6 `% O' e! U* P

2.332mv/v            0.022%F.S.

　

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

6 @! p; D; h/ R; u, J, D　

2

+ z$ h) Q9 S( j- u+ y　

2.406mv/v

　

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

0 ?% D) P! D& P6 V* u2 x' d　
2 G( g4 `5 ]7 n5 Y4 D

% r0 D1 u0 a+ K- x) n    2.4、金相组织
' z+ A  b7 V$ ]: N9 i  k   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) w& U3 c) _( N  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。
    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：

- C7 q- D4 [3 \, Q1 M# X; D$ j

合金元素对17-4PH钢δ- 铁素体的影响（+增加，-减少），%

0 I8 r) t% B- m3 @5 x

3 _  n. V+ W4 F9 @6 b, H1 S1 {8 ?) _

Ni          Co       Cu     Mn    Si    Mo   Cr

7 ]6 v( x8 S# K# U　
* [7 m7 |" M0 h5 n! }/ ?7 Q2 C

V

. D) @& M& H* j5 V1 X　

Al、Ti     -10   -6

2 a* c9 |5 R: ]  K' r* w　
" i, G! j$ K( r

-3  -1  +8  +11  +15  +19  +38

, V' e! A1 X& R4 c9 ^- A) ^' [5 K　

2 {' Z$ x2 E6 `8 @; J2 d+ G" W   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 {3 P) O/ R( ^" t! R$ h: T$ {6 I* A5 t    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。
5 P/ r! D; M/ ?% R! f2 C    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。
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    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。