一文讲透常用金属传感器材料处理规范

　　1.国内常用金属材料的常规性能

       国内传感器材料，主要采用合金结构钢，如40Cr和30CrMnSiA等，对于腐蚀性介质，用 1Cr18Ni9Ti不锈钢。为了减小温度的影响，采用弹性模量温度系数很低的恒弹性合金材料， 如5J32在60-100 ℃时，弹性模量温度系数为－10×10^－6/℃，比一般材料的一3×10^－4/℃低两个数量级。目前，又出现了一种温度可在300℃左右，温度系数及线膨胀系数均较好的高温恒弹性合金。该种材料价格贵、加工困难、硬度低（HRC32?36）、机械性能差，增加了传感器的滞后及蠕变，一般用在低压传感器（如膜盒，波纹膜片等）中，在中、高压传感器中采用的并不普遍。

　　近年来，我国多采用40CrNiMo材料，它与美、英、德、瑞典和日本在高精度传感器中采用的 AISI4304相接近。具有较高的强度、籾性和淬透性，且蠕变很小。在国外此种材料多用于制造高压容器和飞机的起落架。表1列出了40CrNiMo材料的常规性能。表2列出了不同回火温度时的40CrNiMo性能。

表1 40CrNiMo常规性能

表2 不同回火温度时的40CrNiMo性能

　　2.热处理规范

　　材料的机械性能与热处理工艺密切相关。材料的热处理性能如淬火、回火及淬透性是很重要的。淬透性是指能够淬火层的深度，淬透深度越大即淬透性越好。例如，40CrNiMo与 30CrMnSi机械性能相差不大，但热处理时，3OCrMnSi容易产生高温回火的脆性，主要由于淬透性差；而40CrNiMo中由于铬镍共存，不但具有良好的机械性能，而且由于钼的存在， 防止了高温回火时的脆性，具有良好的淬透性，适于制造大尺寸、大吨位的弹性元件。

　　40CrNiMo的热处理规范，基本上可分为850 ℃盐浴炉淬火，然后200℃回火，及480? 560℃回火两大类。

　　采用200℃回火时，强度、弹性限、硬度都高，弹性模量值也较560 ℃回火为高，但其韧性、稳定性及塑性则比后者要差，在有条件作定期校正的弹性元件，可采用该种回火处理规范。在 480?560℃回火时，虽然强度和弹性限比200 ℃回火要低，但韧性好，稳定性及滞后均较小。 因此，该种热处理规范适于制造冲击力大、要求长期稳定性好的弹性元件。

　　3.稳定性处理

　　为确保传感器的精度和性能长期稳定性，消除弹性元件在机械加工和热处理中产生的残余内应力是十分重要的。

　　消除弹性元件残余内应力的方法很多，通常有以下几种：

　　1）时效

　　最有效的办法是长期自然时效（加工后放置半年、一年或更长时间）；也可采用加温（100? 200 ℃）存放（数十至数百h）的人工时效方法，以加速稳定的过程（美国BLH公司对H - 11钢采用200 ℃、200 h）。

　　2）退火

　　由于退火温度较高（比回火温度稍低），保温时间较长，效果比较明显。

　　3） 反复加载和机械振动

　　采用反复加载和机械振动的方法，有利于内应力的加速释放。特别是在应变式传感器中， 在贴片后进行的疲劳加载，有利于改善传感器的性能。在需要考虑应变计的寿命时，可以在贴片前适当增加疲劳次数，而贴片后适当减少次数。

　　4） 冷处理

　　该法是建立在使弹性元件淬火后剩余奥氏体转变为马氏体的一种组织稳定处理。一般方法是在淬火、第一次回火后，冷却到60 时就放人低温中（最好－40?－75 ℃）进行保温处理。

　　一般弹性元件材料的淬火温度约为850℃（油冷）、回火温度400?500 ℃之间，硬度为HRC34?48。