一种膜盒传感器用铁镍基低迟滞恒弹性合金及制备方法
【专利摘要】本发明属于合金钢领域，特别涉及一种膜盒传感器及其它压力式传感器用铁镍基低迟滞恒弹性合金及其制备方法。该合金的化学组成成份(wt.％)为：Ni 38.0～45.0，Co 0.5～3.5，Cr 0～5，Mo 0.5～5.5，Nb 0.5～4.0，Ti 1.5～2.8，Al 0.3～1.0，Cu 0.2～0.6，Mn 0.2～0.8，Si 0.2～0.8，C≤0.05，S≤0.02，P≤0.02，余量为Fe，其中，Ni+Co≥40，Cr+Mo≥5.0。该合金采用如下步骤制备：双真空熔炼→开坯、锻造方坯、热轧→冷轧、真空热处理。本发明与现有膜盒常用弹性合金3J53相比，迟滞性能仅为后者的1/2～1/3，且具有更高的时效强度和良好的加工性能。
【专利说明】一种膜盒传感器用铁镍基低迟滞恒弹性合金及制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于精密合金领域，特别涉及一种膜盒传感器及其它压力式传感器用铁镍 基低迟滞恒弹性合金及其制备方法。
【背景技术】
[0002] 膜盒传感器及类似的精密气压、空盒、压差传感器，在工农业、气象、地质、军事及 国防等部门广泛使用。膜盒是该类仪表的关键弹性元件。传感器是在变化的气温环境和压 力下进行工作，弹性元件给仪表带来的误差主要表现在：一、在一定载荷下，因环境温度的 变化使示值不一致造成的温致误差；二、由于弹性元件本身不可避免的迟滞弹性特征，使仪 表在"相同温度、载荷下的示值不重合"造成的迟滞误差。两者均与弹性元件本身使用的弹 性合金材料密切相关。为减小仪表的温致误差和迟滞误差，获得高精密度的压敏测量传感 器，要求将压力、温度变化导致的弹性变形降低至最小，膜盒所用弹性合金必须具有小的频 率温度系数、低的迟滞、高的机械Q值、良好的易加工性等特点。
[0003] 目前，膜盒传感器采用的弹性材料有不锈钢、铜基弹性合金、恒弹性合金等。在民 用一般精度仪表传感器中，部分采用18-8型奥氏体不锈钢带材，其价格低廉，渠道获得容 易，工艺简单，加工便利，采用表面强化，具有一定的耐蚀性。其缺点在于：强度较低，单一依 靠冷变形强化获得材料弹性，变形量过于敏感大小不易控制，使用温区窄，不具备良好的温 度及迟滞特性。
[0004] 铜基弹性合金多用于小型化仪表及零件中，一般采用铍青铜。铍青铜属于弥散 强化型高弹性合金，强度较低，仪表容易小型化，具有优良的低迟滞性能（Y仅为0. 28,为 3J53的1/2)。缺点是合金成本高、生产工艺相对复杂，铍的氧化物或粉尘等有毒物质会对 人体及环境造成公害，其高温抗应力松弛能力差，不宜长时间在较高温度下工作，使用温度 不易超过l〇〇°C，在生产及使用时，合金性能对热处理很敏感，因工艺操作上的差异（>80°C 即可造成硬化）常造成合金性能不稳定等。
[0005] 与上述两者相比，铁镍基恒弹性合金在精密膜盒元件中的应用最为广泛。国内最 常应用的典型牌号为3J53及3J58 (国外为Ni-Span-C合金）。该型合金为铁镍基弥散强化 合金，利用弥散硬化以及因瓦反常原理，在-40?+80°C，一般可以获得-10?+10 X 1(T6/°C 频率温度系数，弹性模量190GPa，居里温度Tc为190°C，加工性能良好，较好地解决了一般 温区应用精密膜盒元件中温致误差的问题。但其迟滞Y仍然偏大，正反行程测量的材料迟 滞为0. 59%，远远不能满足高精度膜盒要求迟滞误差的要求。
[0006] 中国发明专利申请CN85102397A中介绍了一种静态应用，具有综合物理-力学性 能的'高强度弱磁性铁-镍-钥系恒弹性合金'。其特征为在Ni-Span-C合金中以Mo代Cr, 利用Mo的固溶强化效果和对时效强化的有利影响，有效抑制γ '相的不连续沉淀和η相 的出现，并保留Ti、Al作为弥散强化元素，获得具有更高强度和综合力学性能的恒弹性合 金。该专利中合金较高的强度可使弹性元件的静滞后特性、回零特性得到改善。在仪表单 位实际应用过程中，采用该型合金可以得到膜盒工作迟滞精度在0.3-0. 45%左右的产品， 较3J53制作的膜盒迟滞精度0. 5%?0. 6%具有一定改善，但暴露出问题为高的固溶强度， 使膜盒辗压成形特性差，波纹高度不均匀性达到5 μ m左右；过多活泼的Mo元素，使成品膜 盒表面放置一段时间后，表面氧化变乌现象严重。
[0007] 中国发明专利CN 100562596C(申请号200810113365. X)介绍了'一种具有宽温 区小频率温度系数的恒弹性合金'，主要用于高精度的精密谐振式压力传感器。该合金 的化学组成成分（重量 ％ )为：Ni :43· 00-49. 00 %，Cr :4· 50-6. 50 %，Ti :2· 00-2. 70 %， Al ：0. 30-0. 70 %, Co ：0. 50-2. 00 %, Mo ： 1. 00-1. 50 %, Cu ：0. 20-0. 40 %, Ag ：0. 05-0. 15 %, C 彡 0· 015 %, S 彡 0· 010 %, P 彡 0· 010 %, Si 彡 0· 70 %, Mn 彡 0· 70 %,其余为 Fe。其 中，Mo含量较本专利低，且未要求添加 Nb。同时，此专利的加工方式为冷拔加工。该合金 在-60-120°C温度范围内的弹性模量温度系数I β-- <3X10_6/°C，Q> 15000,室温E值> 180GPa。该合金成分注重拓宽恒弹性合金的宽温区（可高达+120°C)应用和较高的小频率 温度系数性能，但并未涉及合金的固溶机械性能。
[0008] 目前，常用弹性合金牌号的弹性迟滞性能如下表所示：
[0009]
【发明内容】
【权利要求】
1. 一种膜盒传感器及其它压力传感器用铁镍基低迟滞恒弹性合金，其特征在于： 该合金的化学组成成份（Wt. % )为：Ni 38. 0?45. 0, Co 0? 5?3. 5, Cr 0?5, Mo 0? 5 ?5. 5, Nb 0? 5 ?4. 0, Ti 1. 5 ?2. 8, A1 0? 3 ?1. 0, Cu 0? 2 ?0? 6, Mn 0? 2 ?0? 8, Si 0? 2 ?0? 8, C 彡 0? 05, S 彡 0? 02, P 彡 0? 02,余量为 Fe，其中，Ni+Co 彡 40, Cr+Mo 彡 5. 0。
2. 如权利要求1所述的低迟滞恒弹性合金，其特征在于： Ni+Co优选为42?44 ;Cr+Mo优选为5. 2?6. 5。
3. 如权利要求1所述的低迟滞恒弹性合金，其特征在于： 该合金采用如下步骤制备：双真空熔炼一开坯、锻造方坯、热轧一冷轧、真空热处理。
4. 如权利要求1所述的低迟滞恒弹性合金，其特征在于： 该合金具有以下力学性能：经冷轧600?700°C时效后，抗拉强度彡1500MPa，延伸 率彡3%，Hv > 428,恒弹性指标| | (_6QmC) < 5X10_6/°C ;经真空热处理后，抗 拉强度彡600MPa，延伸率彡30%，Hv彡200 ;经真空热处理650-750°C时效后，抗拉强度 彡1350MPa，延伸率彡17%，Hv彡405,材料的实测迟滞Y彡0? 22%。
5. 如权利要求1所述的低迟滞恒弹性合金，其特征在于： 采用如权利要求1所述的低迟滞恒弹性合金制备的膜盒的工作迟滞特性Y为 彡 0? 20%。
6. -种如权利要求1所述的低迟滞恒弹性合金的制备方法，其特征在于： 包括如下步骤： a) 双真空熔炼：利用真空感应炉熔炼合金，合金熔炼后浇铸成电极锭，浇好电极锭后， 两端切齐，然后将电极锭圆周滚光，采用真空自耗电弧炉二次真空熔炼成自耗锭； b) 开述、锻造方述、热乳：自耗锭开述并锻造成方述，方述进一步热乳成2?4mm的板 材； c) 冷轧、真空热处理：热轧板材经退火后，冷平、酸洗、修磨，冷轧成冷轧带，经第一次 连续退火后，乳制成0. 14?0. 3_的薄膜，并经再次连续退火，得到膜盒传感器及其它压力 传感器用铁镍基低迟滞恒弹性合金。
7. 如权利要求6所述的制备方法，其特征在于： 在步骤b)中，锻造温度为1050?1180°C，锻造保温时间为30?60min ;热轧温度为 975°C?1200°C，热轧保温时间为30?60min。
8. 如权利要求6所述的制备方法，其特征在于： 在步骤c)中第一次连续退火温度为1000°C?1KKTC，其中，整体变形量为50?70%， 第二次连续退火温度为975?1050°C。
【文档编号】C21D8/00GK104328325SQ201410513833
【公开日】2015年2月4日 申请日期:2014年9月29日 优先权日:2014年9月29日
【发明者】张敬霖, 李增, 于一鹏, 张建福, 张建生, 吴滨 申请人:钢铁研究总院