2Cr13弹性体材料热处理工艺调整对称重传感器性能的影响

　　1 引言

　　2Cr13 材料由于其具有高的强度和弹性极限及其优良的蠕变回复特性而作为不锈钢弹性体的备选料, 并且其成本相对于 17- 4PH 材料有明显优势, 因此在称重传感器行业得到广泛的应用。

　　2Cr13 热处理工艺对称重传感器性能的影响作为行业的研究重点。但至今关于与传感器性能相联系的热处理工艺的研究报告较少。一直以来, 最优的热处理工艺与材料冲击性能、传感器综合性能的匹配成为 2Cr13 作为弹性元件应用的瓶颈。弹性元件材料需要较高的弹性极限和良好的冲击性能以适应称重时的瞬间冲击载荷[1]。而强度和韧性是相互制约的两个指标, 同一材料经过热处理后, 强度越高其韧性指标就越低。根据国标退火硬度 HB223 时能达到 63J, 而在实际使用过程中, 由于强度要求高,此时冲击性能只有 10~16J 左右, 在高强度时冲击性能急剧下降。由于冲击性能的提高主要在于淬火温度和回火温度的控制, 本章针对这两种参数对冲击韧性和传感器综合性能的影响作深入研究, 探讨2Cr13 热处理工艺对基体组织和传感器性能的影响规律, 得出 2Cr13 弹性元件的最佳热处理工艺。

　　2 试验方法

　　试验选用 2Cr13 材料作为原料, 尺寸为: 40×46×205, 此尺寸制作成悬臂梁 3t 传感器的弹性元件。通过真空淬火炉加热升温至淬火温度, 保温约30 分钟, 油冷至 60℃左右, 然后进入回火炉, 按选定工艺参数进行回火( 见表一) 。回火时配 40×46×56的冲击试样块, 每种热处理工艺后制成夏比冲击标准试样块 3 块。热处理工艺的冲击韧性试验数据取3 组试样的均值。样品在中国兵器工业金属材料理化检测中心检测。

　　试验设定 5 组热处理工艺参数( 各工艺配置试样样品, 以工艺 1 制成的样品称试样 1) :

　　3 试验结果与讨论

　　3.1 热处理后的显微组织

　　通过对热处理后的金相组织分析得出, 试样 1、试样 2、试样 5 的金相组织基本一致见图 1; 试样 3、试样 4 的金相组织见图 2。图 1 的基体组织为成马氏体位向的粗大索氏体 ( 黑色) + 未熔块状铁素体( 白色) , 组织细小, 晶粒度按 GB/6394- 86 评定达到6～7 级;图 2 的基体组织为托氏体( 黑色) + 少量的未熔块状铁素体( 白色) , 组织更加细小, 晶粒度达到 11 级。

　　根据以上金相组织可以看出: 1) 材料的热处理后金相组织形态基本相同, 是马氏体位向的托氏体或索氏体+ 少量的铁素体; 2) 新工艺 3 或 4 能使晶粒充分细化, 提高材料的晶粒度。在图 1 中, 铁素体块粗大, 尺寸大且分布集中, 这种分布减弱了马氏体和铁素体的晶间结合力, 容易形成应力集中。而图 2中, 铁素体( 白色) 组织细而均匀的分布在组织中, 有效的减弱了局部应力过大产生的应力集中。而此中组织与传感器各项性能有什么样的关系, 下文继续探讨。