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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。我们对两个厂家生
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。

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:

材料编号

 

C%

 

Si%

 

P%

 

S%

 

Mn%

 

Cr%

 

Ni%

 

Cu%

 

Nb+Ta%

 

1

 

0.053

 

0.027

 

0.011

 

0.004

 

0.51

 

17.25

 

4.08

 

3.77

 

0.28(Nb)

 

2

 

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。
2.3、测试指标为:

编号

 

弹性体材料

 

灵敏度

 

综合误差

 

非线性

 

滞后

 

蠕变/30分

 

001

 

1

 

2.12mv/v

 

0.035%F.S.

 

-0.019%F.S.

 

0.035%F.S.

 

-0.024%F.S.

 

002

 

2

 

2.17mv/v

 

0.019%F.S.

 

-0.015%F.S.

 

0.019%F.S.

 

-0.011%F.S.

 

003

 

1

 

2.332mv/v

 

0.022%F.S.

 

0.003%F.S.

 

0.022%F.S.

 

0.013%F.S.

 

004

 

2

 

2.406mv/v

 

0.019%F.S.

 

0.004%F.S.

 

0.015%F.S.

 

0.014%F.S.

 

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。
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),%

Ni

 

Co

 

Cu

 

Mn

 

Si

 

Mo

 

Cr

 

V

 

Al、Ti

 

-10

 

-6

 

-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。
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。
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。
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