[發(fā)明專利]一種扭矩傳感器用不銹鋼彈性體材料及熱處理方法

在審

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• 申請日: 2021-09-24
• 公開（公告）號: CN113832400A
• 公開（公告）日: 2021-12-24
• 發(fā)明（設計）人: 吳昊;李濤;齊紅麗;趙鼎鼎;林杰俊;常朔源
• 申請（專利權）人: 中國船舶重工集團公司第七0四研究所
• 主分類號: C22C38/02
• 分類號: C22C38/02;C22C38/04;C22C38/44;C22C38/42;C22C38/46;C21D1/18;C21D6/00
• 代理公司: 上海申匯專利代理有限公司 31001
• 代理人: 翁若瑩;王晶

本發(fā)明涉及一種扭矩傳感器用不銹鋼彈性體材料及熱處理方法，該材料的各成分及其質(zhì)量百分數(shù)為：C:0.36％，Si≤0.17％，P≤0.004％，S0.001％，Cr:14.3％，Mn:0.5％，Mo:0.6％，Ni:0.26％，Cu:0.06％，Hf:0.05％，Na:0.05％，V:0.04％，余量為Fe。該熱處理步驟為：清洗；固溶處理；淬火處理；回火處理；最終淬火處理。本發(fā)明的不銹鋼彈性體材料在熱處理后，具有回火馬氏體組織特征，即內(nèi)有板條狀馬氏體，在馬氏體內(nèi)部和晶界處分布有大量顆粒狀Cr₂₃C₆析出物，還有少量的殘余奧氏體(5％)。

技術領域

本發(fā)明涉及一種扭矩傳感器，具體涉及一種扭矩傳感器的彈性體材料及熱處理方法。

背景技術

扭矩傳感器是一種能將扭轉(zhuǎn)力矩信號轉(zhuǎn)換成電信號的測試儀器，主要用來測量各種扭矩、轉(zhuǎn)速及功率。其應用領域廣泛，大到船舶、飛機、鉆井和發(fā)電設備，小到鐘表游絲和家用電器等。扭矩傳感器按照其測量原理可分為四類：應變型、聲表面波型、磁彈性型和轉(zhuǎn)角型²，其中應變型是國內(nèi)外使用最多的一種扭矩傳感器類型，具有靈敏度和精度高、測量范圍大、適用于各種復雜環(huán)境、便于多點測量等優(yōu)點³。彈性體是扭矩傳感器的核心部件，其材料選材和結(jié)構設計是影響扭矩傳感器靈敏度的重要因素⁴。但國際和國內(nèi)都鮮見有關扭矩傳感器彈性體材料的報道，一方面該類研究涉及各傳感器制造廠商與研發(fā)機構的商業(yè)機密；另一方面國內(nèi)尚沒有針對扭矩傳感器彈性體所開發(fā)的專有型號材料，而多采用稱重傳感器的彈性體材料，主要分為三類：鋁合金(LY12)、合金鋼(40CrNiMoA)和不銹鋼(0Cr17Ni4Cu4Nb)。前兩種材料的應用最為普遍，其加工工藝和熱處理工藝已十分成熟。但目前國內(nèi)不銹鋼傳感器的研發(fā)、生產(chǎn)處于均初級階段，市場需求不大，暫未形成大批量生產(chǎn)不銹鋼扭矩傳感器的市場規(guī)模，且現(xiàn)有不銹鋼扭矩傳感器的額定扭矩小、靈敏度低、準確度等級低。針對不銹鋼彈性體材料的相關研發(fā)和制造技術的匱乏，不銹鋼彈性體材料的制造成本較高是限制不銹鋼扭矩傳感器發(fā)展的主要原因之一，具體包括：

1.不銹鋼彈性體材料相關基礎研究較少，其成分、冶煉工藝、加工工藝、供貨狀態(tài)均未知。

2.國內(nèi)對不銹鋼彈性體材料的熱處理工藝研究不足，熱處理工藝對傳感器性能指標的影響未知。

3.缺乏應變片材料及其粘貼工藝與不銹鋼彈性體材料的匹配研究，該匹配性與扭矩傳感器的綜合特性如零漂、溫漂、滯后等相關。

專利公告號為CN104451422A的中國發(fā)明專利文件公開了一種稱重傳感器的不銹鋼彈性體材料，各成分及其質(zhì)量百分比為：C≤0.09％，Si≤1.35％，P≤0.035％，S≤0.03％，Mn≤1.0％，Cr:15.0-17.0％，Ni:4.50-8.0％，Cu:3.50-5.50％，Nb：0.15-0.45％，余量為Fe。不銹鋼經(jīng)熱處理后有優(yōu)良的機械性能，硬度可達HRC 42～47，強度極限可達135kg/mm²，線膨脹系數(shù)11.1×10^-6m/℃，與合金鋼40CrNiMoA相當。專利公告號為CN104451423A的中國發(fā)明專利文件公開了一種稱重傳感器的不銹鋼彈性體材料及其熱處理方法，稱重傳感器的不銹鋼彈性體材料，各成分及其質(zhì)量百分比為：C≤0.06％，Si≤1.35％，P≤0.035％，S≤0.03％，Mn≤1.0％，Cr:15.0-17.0％，Ni:4.50-8.0％，Cu:3.50-5.50％，Nb：0.15-0.45％，余量為Fe。所述熱處理方法包括：清洗；固溶處理；深冷處理；時效處理，該種不銹鋼經(jīng)熱處理后有優(yōu)良的機械性能，硬度可達HRC 40～45，強度極限可達135kg/mm²，線膨脹系數(shù)11.0×10^-6m/℃，與合金鋼40CrNiMoA相當。

以上公開的不銹鋼彈性體材料及熱處理方法只適用于稱重傳感器。因此，需要研制一種適用于扭矩傳感器的不銹鋼彈性體材料及熱處理方法。

發(fā)明內(nèi)容