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
& M" L, p5 I3 y1 c   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; F1 F7 v9 w* m3 E- y6 _
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：
( J  @3 I& ~4 C$ _/ Z- Y0 }
- b( W; q8 S+ j9 o2 |. ]

$ X& G% }% z/ ?0 P% e% X  Q. Z

材料编号

4 E3 }) A1 H. J5 c+ a! J5 K# S8 f　
) Y4 I  o( A9 C1 U+ i5 ?9 l! P! O

C%          Si%         P%

: `  d5 [7 z3 m2 v* d　
& H% \: z9 x9 U$ ?, ]8 I1 e3 E

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

　

1

　
) y4 {+ i; d$ Z# |  v

0.053          0.027        0.011

% z  g1 M; S0 \9 {5 `; [9 a' `1 e　
% ^& _- q$ K1 r9 s9 B% ?6 r+ h

0.004        0.51          17.25         4.08         3.77    0.28(Nb)

　

2

　
! u( a2 C/ C: h8 X

0.03           0.41         0.010

9 ?6 J$ m- f8 E9 ?1 s　
, }% R. t3 r; H' c

0.003         0.37         15.96        4.30      3.20    0.35

! O. ]2 |6 o  |/ s$ 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。
    2.3、测试指标为：

- L3 A8 H+ V8 R5 G2 E, B# h

编号

0 A# P8 z% u6 @  C　
+ _6 l3 `* ]1 U+ b. h  g  s

弹性体材料

　

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

　
0 S8 x' k: j; u/ r  L

1

　
9 }- G: Q. q# \+ M! l3 i, ?. E4 V' \

2.12mv/v

　
  r! b4 v4 ?$ D. \+ c* U+ h( ^; i

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

$ @* m* ?6 v0 l! v* X　
2 ]1 C% B, |( v* s! O+ G

2

　

2.17mv/v

2 p! W& O$ }/ l& X/ U　
. ^% [+ `- }$ s' I

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

　
5 i5 D" _$ J  ^- u. Z0 @

1

　
. c; F8 T. I, m

2.332mv/v            0.022%F.S.

3 }6 \0 w# T) }- [　

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

　
& C* G+ b9 S+ }" ~6 R8 c

2

　

2.406mv/v

　

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

　
! u4 \* p+ |5 {0 _. o

, m! d; \4 h+ k4 v5 \3 V    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。
, _0 |9 _: a  `3 e  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。
1 y+ B' H% y- S) t; s$ x+ D. y/ k    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。
& C3 ?* X' |: K# x    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），%

; a5 r; Z" Z) a" _* H6 t2 `

Ni          Co       Cu     Mn    Si    Mo   Cr

9 E/ K8 ~' w. A0 v　

V

　
6 b! e3 ]- C/ ^- A$ Y! b

Al、Ti     -10   -6

　
& z9 K" ]6 i5 d) R- F

-3  -1  +8  +11  +15  +19  +38

　

   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。
5 S) @% q2 N1 s2 s    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。
9 z- }* ?/ \  ?$ q) w% U    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。