降低沉淀析出马氏体不锈钢弹性体滞后误差的方法

摘要

本发明涉及一种降低沉淀析出马氏体不锈钢弹性体滞后误差的方法，固溶：将棒料以5℃/分钟～30℃/分钟速度随炉升温，加热至1040℃±10℃，保温时间在1～4h，强制冷却至室温；深冷：将强制冷却后的棒料放入液氮中冷却，冷却温度在－70℃～－90℃，时间控制在2.5～6h；形变加工：深冷后的棒料以≤5mm/秒的速度在常温拉伸或压缩，棒料沿拉压方向的延伸率或压缩率控制在1.0％～5.0％；时效处理：将形变后的棒料放入温度不高于200℃的加热炉内以5℃/分钟～30℃/分钟的速度随炉升温，升温至480℃±5℃，保温2.5～5h.。本发明提高了沉淀析出马氏体不锈钢抗微区塑性变形能力，降低称重传感器滞后误差。

说明书

技术领域

本发明涉及一种降低沉淀析出马氏体不锈钢弹性体滞后误差的方法，属于称重传感器弹性体的制造技术领域。

背景技术

电阻应变式称重传感器由弹性体、应变片和检测电路组成，应变片粘附于弹性体上，当弹性体受到外力加载时，引起弹性体和应变片丝栅同步弹性形变，并造成应变片丝栅阻值变化，通过检测电路，实现加载应力和电信号之间的转换，实现称重。滞后指传感器从空载逐级加载到额定载荷，再从额定载荷逐级卸载，在相同载荷处传感器卸载和加载输出差值，见图1所示。通常用相对滞后误差表示传感器滞后特性，即不同载荷处的滞后值与满量程信号输出之比来表示传感器滞后特性，相对滞后误差单位为百万分之一(ppm)，建立以相对滞后误差为纵坐标，对应载荷为横坐标的关系。而称重传感器滞后误差和弹性体材料、应变片以及贴片工艺有关，其中弹性体材料起着主要作用。

对于沉淀析出马氏体不锈钢其主要合金元素为：<0.07％C，14.0-17.0％Cr，3.0-5.0％Ni，3.0-5.0％Cu，0.15-0.45％Nb，如17-4PH钢和15-5PH钢等。该类型钢兼有不锈钢和高强度钢的特性，是目前制作称重传感器弹性体其中一种材料，相比于Cr13型马氏体不锈钢、中碳结构钢以及硬铝等弹性体材料，沉淀析出马氏体不锈钢的滞后误差较大，因此限制了该钢在高精度模拟称重传感器中的推广使用。为了改善沉淀析出马氏体不锈钢的滞后性能，一般的做法是通过热处理来提高该类钢弹性体的强度，并用液氮深冷方法消除淬火后弹性体中的残余奥氏体，即使这样，17-4PH钢滞后误差仍然突出。

发明内容

本发明的目的是提供一种降低沉淀析出马氏体不锈钢弹性体滞后误差的方法，将形变加工和热处理强化结合，能有效降低弹性体滞后误差。

本发明为达到上述目的的技术方案是：一种降低沉淀析出马氏体不锈钢弹性体滞后误差的方法，按下步骤进行：

(1)、固溶：将棒料放入加热炉内以5℃/分钟～30℃/分钟速度随炉升温，加热至1040℃±10℃，保温时间在1～4h，强制冷却至室温；

(2)、深冷：将强制冷却后的棒料放入液氮中冷却，冷却温度在-70℃～-90℃，时间控制在2.5～6h；

(3)、形变加工：深冷后的棒料以≤5mm/秒的速度在常温拉伸或压缩，棒料沿拉压方向的延伸率或压缩率控制在1.0％～5.0％；

(4)、时效处理：将形变后的棒料放入温度不高于200℃的加热炉内以5℃/分钟～30℃/分钟的速度随炉升温，升温至480℃±5℃，保温2.5～5h.。

本发明是将经过固溶、深冷后的棒料进行形变加工，然后时效处理。由于沉淀析出马氏体不锈钢含碳量低，经固溶和深冷处理后，该钢屈服强度约800MPa，硬度32HRC左右，经过480℃±5℃的时效后，屈服强度和硬度分别约为1200MPa和44HRC，因此沉淀析出马氏体不锈钢主要通过时效处理时，基体内弥散析出的铜颗粒强化。本发明利用该钢固溶、深冷后强度不高，还能形变加工的特点，时效前拉伸或压缩棒料，棒料沿拉压方向的延伸率或压缩率控制在1.0％～5.0％，使材料发生塑性变形，形变后棒料中产生大量点、线、面缺陷，特别是位错密度的增加，降低了时效处理时铜颗粒析出所需能量，并为铜颗粒析出提供大量形核位置，提高了时效处理时铜颗粒弥散度。高密度位错和铜颗粒的相互作用提高了沉淀析出马氏体不锈钢抗微区塑性变形能力，从而降低称重传感器滞后误差。

附图说明

下面结合附图对本发明的实施例作进一步的详细描述。

图1是称重传感器在相同载荷处传感器卸载和加载输出差值滞后示意图。

图2是称重传感器在相同加载应力时的相对滞后误差对比图。

具体实施方式

实施例1

本发明降低沉淀析出马氏体不锈钢弹性体滞后误差的方法，按以下步骤进行：

(1)、固溶：将φ10×100(mm)的棒料放入加热炉内以5℃/分钟～15℃/分钟速度随炉升温，加热至1040℃±10℃，保温时间在1～1.5h，强制冷却至室温；

(2)、深冷：将强制冷却后的棒料放入液氮中冷却，冷却温度在-70℃～-80℃，时间控制在2.5～3.5h；

(3)、形变加工：深冷后的棒料以5mm/秒的速度在常温拉伸或压缩，棒料沿拉压方向的延伸率或压缩率控制在3.0％～5.0％；

(4)、时效处理：将形变后的棒料放入温度不高于200℃的加热炉内以5℃/分钟～10℃/分钟的速度随炉升温，升温至480℃±5℃，保温2.5～3h。

实施例2

本发明降低沉淀析出马氏体不锈钢弹性体滞后误差的方法，

(1)、固溶：将φ18×200(mm)的棒料放入加热炉内以15℃/分钟～25℃/分钟速度随炉升温，加热至1040℃±10℃，保温时间在1.5～2.5h，强制冷却至室温；

(2)、深冷：将强制冷却后的棒料放入液氮中冷却，冷却温度在-80℃～-90℃，时间控制在3～4h；

(3)、形变加工：深冷后的棒料以2.5mm/秒的速度在常温拉伸或压缩，棒料沿拉压方向的延伸率或压缩率控制在2.0％～4.0％；

(4)、时效处理：将形变后的棒料放入温度不高于200℃的加热炉内以10℃/分钟～20℃/分钟的速度随炉升温，升温至480℃±5℃，保温2.5～3.5h。

实施例3

本发明降低沉淀析出马氏体不锈钢弹性体滞后误差的方法，

(1)、固溶：将20×20×200(mm)的棒料放入加热炉内以10℃/分钟～20℃/分钟速度随炉升温，加热至1040℃±10℃，保温时间在1.5～2.5h，强制冷却至室温；

(2)、深冷：将强制冷却后的棒料放入液氮中冷却，冷却温度在-80℃～-90℃，时间控制在3.5～4.5hh；

(3)、形变加工：深冷后的棒料以4mm/秒的速度在常温拉伸或压缩，棒料沿拉压方向的延伸率或压缩率控制在3.0％～5.0％；

(4)、时效处理：将形变后的棒料放入温度不高于200℃的加热炉内以15℃/分钟～25℃/分钟的速度随炉升温，升温至480℃±5℃，保温3～4h。

实施例4

本发明降低沉淀析出马氏体不锈钢弹性体滞后误差的方法，

(1)、固溶：将25×25×200(mm)的棒料放入加热炉内以20℃/分钟～30℃/分钟的速度随炉升温，加热至1040℃±10℃，保温时间在3～4h，强制冷却至室温；

(2)、深冷：将强制冷却后的棒料放入液氮中冷却，冷却温度在-80℃～-90℃，时间控制在5～6h；

(3)、形变加工：深冷后的棒料以1mm/秒的速度在常温拉伸或压缩，棒料沿拉压方向的延伸率或压缩率控制在3.0％～5.0％；

(4)、时效处理：将形变后的棒料放入温度不高于200℃的加热炉内以20℃/分钟～30℃/分钟的速度随炉升温，升温至480℃±5℃，保温4～5h。

见图2所示，为满量程20kN时，弹性体为17-4PH钢在压柱式传感器滞后误差测试结果，从图2中可以看出，采用本发明的处理工艺与常规工艺相比，相对滞后误差值约从250×10^-4降值100×10^-4，滞后误差明显降低。