不锈钢称重传感器材料选择的相关比较

发布:合肥力智  发布日期:2013-01-20

 

  一般来讲,弹性体采用的金属材料除了对化学成分和冶炼条件严格要求外,还要有优良的综合性能,在保证弹性和应力的同时,尽量选用抗微塑变形能力高的材料,且材料的纯度要高,成分的均匀性好。选择弹性材料时,应特别注意材料的弹性模量E,以及材料的弹性后效和热弹性效应对性能的影响。材料成分影响材料的综合机械性能,从而决定传感器的性能,因此材料选择及成分的确定是关键。目前国内称重传感器行业不锈钢弹性体材料的选择有:0Cr17Ni4Cu4Nb,2Cr13等;国外行业不锈钢弹性体材料也主要选择马氏体沉淀硬化不锈钢,例如美国17-4PH,英国630,631,日本SUS630等,以17-4PH为例,其材料成分为:


牌号 C Si P S Mn Cr Ni Cu Nb+Ta
  % % %  
17-4PH 0.07 1 0.04 0.030 1.00 15.5~17.5 3~5 3~5 0.15~0.45

  与17-4PH相近的我国不锈钢材料牌号为0Cr17Ni4Cu4Nb,该材料是国内传感器生产厂家的首选。
0Cr17Ni4Cu4Nb材料的标准和成分为:


牌号 C Si P S Mn Cr Ni Cu Nb+Ta
产品标准 % % % %
GB1220-84 0.07 1 0.35 0.030 1.00 15.5-17.5 3-5 3-5 0.15-0.45
GB8732-88 0.055 1 0.35 0.030 0.05 15.0-16.0 3.8-4.5 3-3.7 0.15-0.35

  从标准上查得的材料成分,国外的要求与国产材料没有大的差异,不同之处在于17-4PH要求Nb+Ta:0.15~0.45%,而国产0Cr17Ni4Cu4Nb为Nb:0.15~0.45%,笔者认为Nb和Ta均是在热处理过程中形成金属强化项,起强化作用的程度基本相同。以下为17-4PH(美国)与国产某厂0Cr17Ni4Cu4Nb材料成分实测对比:


材料 C% Si% P% S% Mn% Cr% Ni% Cu% Nb+Ta%
17-4PH 0.035 0.24 0.019 0.011 0.64 15.36 4.08 3.20 /
0Cr17Ni4Cu4Nb 0.053 0.027 0.011 0.004 0.51 17.25 3.98 3.77 0.28

  从国产0Cr17Ni4Cu4Nb和国外17-4PH的实测成分(可检)上看,国外和国产不锈钢材料的成分差别在于,国产材料的含C、Cr量均在GB1220-84标准的上限,且均大于国外材料的含量,而Ni含量则稍低于国外材料。0Cr17Ni4Cu4Nb不锈钢材料热处理影响机械性能的因素主要有δ-铁素体,其含量在G8732-88《汽轮机叶片用钢》中要求平均含量不得超过5%。国产0Cr17Ni4Cu4Nb,若作为弹性体材料使用,应降低Cr含量至标准的下限(15~16%),适当提高Ni含量至4.0~4.5%,达到国外材料的含量,将有助于热处理后减少δ-铁素体的形成。该种不锈钢经热处理后有优良的机械性能,硬度可达HRC42~47,强度极限可达135kg/mm2,线膨胀系数 11.1×10-6/℃,与现在常用的合金钢40CrNiMoA相当。

必须指出,不锈钢的化学成分波动对组织和性能有一定的影响,应严格控制冶炼工艺。同时,弹性体作为承力构件的敏感元件,力学性能要求高,冶炼和铸造工艺以采用电弧炉+VOD真空精练+电渣冶炼+锻造开坯+轧制成材工艺为好。采用0Cr17Ni4Cu4Nb沉淀硬化型不锈钢,根据传感器对弹性体的要求,应从技术角度对弹性体材料的冶炼、轧制工艺、成分及含量、供货状态提出要求,δ- 铁素体含量最好控制在5%以内。

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