深冷處理對隔膜壓縮機金屬膜片性能的影響

董振 趙雙雙

摘 要：為提高隔膜壓縮機金屬膜片性能，對00Cr15Ni5材質(zhì)進行深冷處理。結(jié)果表明，經(jīng)過深冷處理，00Cr15Ni5金屬膜片微觀組織更加細碎化，更致密。材料的抗拉強度增加了65MPa，屈服強度增加了72MPa，斷后伸長率降低了15%。經(jīng)過深冷處理的金屬膜片的條件疲勞極限提高了67MPa。

關(guān)鍵詞：隔膜壓縮機金屬膜片;深冷處理;疲勞性能

中圖分類號：TH45 文獻標識碼：A 文章編號：1671-2064（2019）06-0080-02

隔膜壓縮機是一種特殊結(jié)構(gòu)的壓縮機。它具有特設(shè)的膜片將氣缸與油缸完全隔開，膜片進行往復(fù)振動，起到活塞作用。隔膜壓縮機適用于稀有氣體、有毒氣體、易燃氣體、強腐蝕性氣體介質(zhì)及一些要求純潔的氣體。因此延長膜片的工作壽命可以保證安全生產(chǎn)。

冷處理能夠明顯改善鋼的綜合性能，提高鋼的強度和使用壽命。冷處理可以使殘余奧氏體徹底轉(zhuǎn)變成馬氏體，且有細小的碳化物彌散析出[1-2]。PH13-8Mo馬氏體不銹鋼固溶之后冷處理可促使組織內(nèi)殘留奧氏體發(fā)生馬氏體轉(zhuǎn)變及馬氏體板條碎化，且經(jīng)過液氮處理試樣的抗拉強度增加[3]。0Cr16Ni5Mo馬氏體不銹鋼經(jīng)過深冷處理之后，顯微組織得到改善，板條馬氏體發(fā)生碎化，位錯纏結(jié)增加，且殘留奧氏體組織轉(zhuǎn)變徹底，其強度得到提高[4]。

因此本文對00Cr15Ni5材質(zhì)隔膜壓縮機金屬膜片進行深冷處理，通過深冷前后金屬膜片的微觀組織及力學(xué)性能，研究深冷處理對實際工程應(yīng)用具有重要意義。

1 試驗材料及方法

1.1 試驗材料

試驗材料為市售00Cr15Ni5金屬膜片，化學(xué)成分由QSN750-Ⅱ型德國OBLF真空直讀光譜儀測得，成分含量見表1。

1.2 試驗方法

本文采用的熱處理工藝如圖1所示，不同膜片的熱處理工藝分別為固溶（950℃）-室溫-回火（540℃）、固溶（950℃）-深冷處理（-196℃）-回火（540℃）。深冷處理介質(zhì)為液氮，將固溶后的試樣快速放入液氮中，保溫3h。

經(jīng)不同熱處理工藝處理的試樣使用Axio Observer Z1M蔡司金相顯微鏡進行顯微組織觀察;采用CMT5305型微機控制300KN電子萬能試驗機進行拉伸試驗;使用8801型INSTRON液壓伺服疲勞試驗機進行疲勞性能試驗。本研究中定義107為疲勞極限，疲勞試驗波形為正弦波，頻率為45Hz，應(yīng)力比R=0，應(yīng)力條件為軸向拉拉。采用小子樣升降法[5-7]測定材料的疲勞極限，每級應(yīng)力增量取15MPa。第一根試樣的試驗應(yīng)力略高于預(yù)計疲勞極限，根據(jù)上一根試樣的試驗結(jié)果，是失敗還是通過（達到107不破壞）來決定試樣應(yīng)力增量是增還是減，失敗則減，通過則增。以后的試樣，也都按與此相同的方法進行試驗。

2 試驗結(jié)果及討論

圖2為00Cr15Ni5鋼經(jīng)不同熱處理工藝處理后的微觀組織形貌?？梢钥闯?，試樣的基體組織均為馬氏體，觀察發(fā)現(xiàn)，經(jīng)過液氮深冷處理之后，組織更加細碎化，微觀組織更致密。材料經(jīng)奧氏體化后快速冷卻，在較低溫度下發(fā)生無擴散型馬氏體相變，使柔軟的殘余奧氏體幾乎全部轉(zhuǎn)變成高強度的馬氏體。馬氏體轉(zhuǎn)變是材料強化的重要手段之一。研究表明，馬氏體不銹鋼經(jīng)過深冷處理時，不僅產(chǎn)生殘留奧氏體轉(zhuǎn)變，還存在馬氏體組織碎化的過程[3]。

00Cr15Ni5金屬膜片經(jīng)不同熱處理工藝處理后的拉伸性能見表2。從表2可以看出，固溶后深冷處理對材料力學(xué)性能影響較大，抗拉強度和屈服強度均顯著增加，斷后伸長率有所降低。深冷處理試樣比室溫中的試樣的抗拉強度增加了65MPa，屈服強度增加了72MPa，斷后伸長率降低了15%。有研究表明，固溶后使用液氮對試樣進行深冷處理，改變了材料中殘余奧氏體的含量、形狀、分布和亞結(jié)構(gòu)[8]。馬氏體轉(zhuǎn)變體積分數(shù)越大，越有利于材料強度的提升[3]。

使用小子樣升降法測量00Cr15Ni5鋼的條件疲勞極限，用這種方法得出一個典型的升降圖，常溫處理金屬膜片升降圖見圖3，深冷處理金屬膜片升降圖見圖4。圖中“X”表示失敗，“O”表示通過。第一次出現(xiàn)相反結(jié)果以前的試驗數(shù)據(jù)，如果在以后試驗數(shù)據(jù)波動范圍之外，則予以舍棄;否則作為有效數(shù)據(jù)，連同其他數(shù)據(jù)加以利用，按以下公式計算疲勞極限：

式中m為有效試驗總次數(shù);n為應(yīng)力水平級數(shù);σi為第i級應(yīng)力水平;vi為第i級應(yīng)力水平下的試驗次數(shù)。

根據(jù)公式計算得到室溫處理金屬膜片的條件疲勞極限為611MPa。經(jīng)深冷處理的金屬膜片的條件疲勞極限為678MPa。經(jīng)過深冷處理的金屬膜片的條件疲勞極限升高67MPa。

3 結(jié)語

00Cr15Ni5金屬膜片經(jīng)過深冷處理，得到以下結(jié)論：

（1）經(jīng)過深冷處理，00Cr15Ni5金屬膜片的顯微組織更加碎化、致密，殘余奧氏體幾乎全部轉(zhuǎn)變?yōu)轳R氏體。

（2）經(jīng)過深冷處理，00Cr15Ni5金屬膜片的強度提高，斷后伸長率有所降低，抗拉強度和規(guī)定塑性延伸強度分別增加了65MPa和72MPa，斷后伸長率降低了15%。

（3）00Cr15Ni5金屬膜片的疲勞極限經(jīng)過深冷處理提高了67MPa。

參考文獻

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