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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
6 k& u& k( S  d) S! ?   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。   , w$ F. C+ F" Q6 R

. P8 K; l5 O1 |& ?+ H+ |7 V2 z. k 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。 . D( r  s3 V6 p% H8 e
  X, V' _, c/ L4 C) t2 Y
    2.1、成分见下表:
; ~; F: n0 G0 w- W" ]- S  h
" c: f: n/ Y. e. j2 a
1 y- w0 Y1 N8 J* Z' F
材料编号

" j5 m; {: q; u( Y 
; r# Y  K5 Y6 f% ^+ h4 P$ q
C%          Si%         P%
2 _3 Y$ q7 @: I( [
  0 s- g1 h) V$ d2 ~
S%        Mn%        Cr%          Ni%         Cu%\       Nb+Ta%

. ]6 ^# J7 r( R9 U9 [! Z# y 
; j4 U: H- X5 o/ p/ r- L
1
) ?+ K9 _; B' M! p
 
: Q& h/ y3 Q7 ^5 w
0.053          0.027        0.011
6 _2 z, I6 V# T1 t; r/ Z
  % I" G- B' H5 A- M
0.004        0.51          17.25         4.08         3.77    0.28(Nb)

% k) Q, B  P# c$ n  j8 k# ~  - k( X: _$ e/ O+ [# o3 v
2
# ^8 Y8 |6 @2 a' Q
 
6 @* Q  N! _: G" R$ H
0.03           0.41         0.010

- ]% M/ J; S- c3 q, T/ Y6 ~5 s3 H 
( I# c: ^) i0 j  V  U
0.003         0.37         15.96        4.30      3.20    0.35

: P3 W& u9 x) P4 e* c5 m  * w6 P- }! Q. ~% X5 A
! K& D6 a  T6 I! {
    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。% O$ P/ z* G+ d
    2.3、测试指标为:
+ [, t$ l/ T7 H
2 e. r& h% s! j; e( c7 P

" K6 {* n! h2 P+ V' r! Q
编号

/ u/ U; ]+ M% t 
* o2 W! ~6 h6 g0 n8 r  q0 e8 ?: I
弹性体材料
" y4 ^1 |' t' H/ A% c& M
 
6 f* W4 ~* w. N3 \, K
灵敏度        综合误差     非线性      滞后    蠕变/30分     001
  b* X5 I( J9 N8 ?- e% h
 
( l- m8 n; M: ]  k" D: n
1
6 _! A$ {8 E: w
    f( P1 m& z5 F. W
2.12mv/v

. a% y5 [: g5 E5 ], Q/ O  7 W3 t3 s. k; z( Q  [
0.035%F.S.           -0.019%F.S.    0.035%F.S.          -0.024%F.S.         002
8 @* {( o; D6 T; y% \- a
  * b* G/ F: O1 H- B. y
2

4 R- F% N8 D& }  4 C' Z) P1 s# r+ p$ _6 M7 W9 S) L/ g
2.17mv/v

6 S5 \% N; ?+ @  + F: a+ H0 E$ y* @+ n
0.019%F.S.         -0.015%F.S.        0.019%F.S.           -0.011%F.S.        003
7 S/ l' {. v6 L/ ^, P
  , A  M1 I/ ]2 V3 M2 q4 d
1
1 A: E3 \* w6 t0 O& ^( [
 
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2.332mv/v            0.022%F.S.
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2 `& [3 k3 q- m- X5 w! k
0.003%F.S.           0.022%F.S.          0.013%F.S.              004

  U  _% b0 Y! k3 p 
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2

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2.406mv/v
% i- x7 C; T" ~
  * A, Y8 {. m# m. m& G
0.019%F.S.         0.004%F.S.           0.015%F.S.           0.014%F.S.

" A) [; s+ M, r; B) i 
6 r4 _0 n0 q/ [  \# o7 f/ ~
' p+ }" i' F3 k  J0 T  }
    2.4、金相组织
5 |% i0 {& c7 X, _  o: W   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。
1 x5 U5 W. u9 j% w. D  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。
4 e8 l: c7 n: |/ k. w# g8 j    3.分析2 {5 `8 ~* v5 Y$ b& Z8 ^; t' @  M
    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。) P2 N8 u- f; S* `  B7 k; t
    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:/ Q8 ]0 @$ ]" @$ Y( w6 U( |
0 m* \, N  M( a7 l, K8 V
合金元素对17-4PH钢δ- 铁素体的影响(+增加,-减少),%

; H( m& P6 v# Q4 W

  @5 K! x' T8 ~  |# P5 ~
Ni          Co       Cu     Mn    Si    Mo   Cr

2 O, }! w, j* I  a 
* d& Y7 |. {6 Q7 k) p2 f
V
1 K7 n( g. i" x3 n  m
 
+ P) C4 q0 s; z+ w/ b2 @4 X
Al、Ti     -10   -6

! ^6 Q$ N- ~: Z1 w: S: } 
8 F4 f, N) B+ S3 k( E0 {7 g
-3  -1  +8  +11  +15  +19  +38

: A+ n' n5 s, o% n  $ s( p( B5 c0 t4 v# {# h; {& r
  I. j, \' c# @2 U8 F
   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。3 X$ m: t5 |% i5 ^
    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。
  i+ j' X: D: f+ P* S0 ~! J    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。
8 A+ |0 s, V4 {: X* O2 K  ^0 G+ W7 G; Y' e5 K' 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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