【提要】为了生产先进的带筋玻璃转子流量计，玻璃转子流量计厂家对生产中的关键问题一芯棒材料进行了研究，发现35Ni15Cr型和38Ni22Cr型铁基高温合金具有良好的高温强度、抗氧化性和高温硬度以及较天的线膨胀系数，制成的芯棒，生产的带筋玻璃锥管，质量、良好。

一、前言
带筋玻璃转子流量计是国外七十年代的产品。由于它具有浮子稳定，测量精度高；扩大使用范围，可测量部分不透明介质；提高锥管强度，延长使用寿命；锥管两端尺寸一致，可提高互换性和密封性等优点，化工、化纤、化肥、制药、冶金、机械、电子、环境保护等生产部门及教育、科研单位，迫切要求这种新型指示型仪表。生产这种新型流量计的关键是芯棒材料，为此我们开展了芯棒材料的研究。

二、芯棒材料的选择
当玻璃液体与芯棒接触时，芯棒表面瞬时温度可达1000℃，长期工作温度为700~800℃。因此芯棒材料要有良好的高温性能。目前生产不带筋玻璃转子流量计，使用的芯棒是45号钢镀硬铬。由于镀铬层不均匀，不能保证更高精度的带筋玻璃锥管的要求；由于镀铬层不牢固，高温时易剥落，因而使用寿命很短；此外，镀铬工艺复杂，成品率低，生产周期长，成本高，污染环境。所以要用45号钢镀铬芯棒，生产带筋玻璃锥管是不可能的。

根据芯棒工作条件，选用了五种材料，它们的化学成份见表1。为了简化生产工艺，棒材不进行热处理就机械加工成芯棒，分别进行试验，检查玻璃锥管是否符合要求。

试验表明，1Cr18Ni9Ti，由于强度（1〕和硬度太低（图2和6），脱管容易被玻璃管划伤，致使玻璃锥管带有印痕而不能满足质量要求。3Cr13是一种铁素体一马氏体不锈钢，4Cr9Si2是一种耐热不起皮钢。它们的高温强度可以满足要求，但是抗氧化性能差。3Cr13芯棒拉出的玻璃锥管，内壁出现黄色斑点，这是由于不均匀氧化形成的Fe，Os沾于玻璃所致。4Cr9Si2抗氧化性稍好一点，但在拉制第五根玻璃锥管后，管壁变成浅黄色，这也是Fe₂O3的污染。由于管壁残留Fe.O，影响了玻璃的透明度，因而这两种材料也不适于制作芯棒。

35Ni15Cr型及38Ni22Cr型铁基高温合金，由于有良好的高温强度和抗氧化性能，很高的高温硬度以及较大的线膨胀系数，用它们制成的芯棒如图1，可以生产出合格的带筋玻璃锥管。

三、铁基高温合金制作芯棒材料的特点
1.良好的高温强度
为了比较，在五吨油压式万能材料试验机上，从室温至800℃，测定了轧制状态棒材和45号钢充筋芯棒的拉伸性能。试样计算直径为5mm。温度波动土5℃。在每一温度保温30分钟后开始拉伸。结果见图2。可以清楚地看出，两种铁基高温合金从室温至800℃的高温抗张强度和屈服强度均明显地高于45号钢，而且随着温度的提高，降低的幅度要小得多。两种铁基高温合金轧制状态的组织结构见图3。都具有细小的奥氏体晶粒组织并含有少量的TiC

或Ti（CN）夹杂物。所不同的是38Ni22Cr型合金是一个以W和Mo进行固溶强化的单相奥氏体。而35Ni15Cr型合金除以W和Mo固溶强化外，还加入了约5%的Al和Ti，以形成12~16%的Y”相进行沉淀强化〔2〕。约500A大小的球形Y’相弥散而均匀地分布在奥氏体基体中如图4，阻止位错运动，从而使合金具有很高的高温强度。所以35Nil5Cr型合金的高温强度也明显地高于38Ni22Cr型合金。铁基高温合金良好的高温强度可以保证芯棒在高温下不变形，延长芯棒的使用寿命。同类型的合金制作无筋芯棒已使用两年多，仍然完好，可以继续使用。
2.优良的抗氧化性能
35Nil5Cr 型合金与38Ni22Cr型合金用静态增重法所测氧化速率与温度的关系见图5。两种合金的抗氧化性能差不多，但比1Cr18Ni9Ti不锈钢〔4〕要好得多。它们除了含有15~22%的抗氧化元素铬之外，还有35~38%的镍及部分铝。这些元素的加入，促使合金表面形成一层以Cr2O3为主体并含有少量（Cr，Fe）：03、TiO2以及NiCr:O。的复合氧化膜〔5〕〔6]，与基体结合牢固，并且氧化膜本身致密，具有良好的保护作用。长期使用芯棒表面不起皮，依然光滑，呈浅黄色，发亮。而4Cr9Si2及3Cr13，由于含铬量较低，而且不含有Ni和Al等合金元素，表面层在高温形成了富氧的Fe₂O，与Cr20，比较，它的内部空穴较多，不致密，而且与基体结合不牢固，因而没有什么保护作用，容易沾在玻璃锥管内壁，使玻璃发黄或出现黄色斑点。相反，两种铁基合金芯棒所拉制的带筋玻璃锥管透明、光洁，完全符合要求。

3.很高的高温硬度
用维氏真空高温硬度计测定了35Ni15Cr型合金室温至1050℃的硬度，试验结果见图6。可以清楚地看出，良好的高温硬度可以保持到950℃的高温，而且温度高于950℃，硬度的降低也较缓慢。从图还可以看出，1Cr18Ni9Ti不锈钢的室温硬度很低，是35Nil5Cr型合金1050℃硬度的二分之一。38Ni22Cr合金室温硬度较35Nil5Cr型合金要低得多，但高于1Cr18Ni9Ti钢。从图2屈服强度随温度变化的趋势可以推论，它的硬度可以保持到较高温度，而1Cr18Ni9Ti的硬度将随温度的升高较快降低。35Ni15Cr型合金良好的高温硬度，保证了芯棒在脱管时不容易被玻璃划伤，保证了带筋玻璃锥管的质量。38Ni22Cr型合金，操作时小心仔细，也可以避免划伤。
4.较大的线膨胀系数
35Ni15Cr及38Ni22CrC7]型合金的线膨胀系数见图7。它们的线膨胀系数较大，超过了25号钢（8]。由于芯棒的线膨胀系数较大且变化稳定，在拉制带筋玻璃锥管脱管时，由于温度降低，金属芯棒收缩大，而玻璃收缩小，两者间有较大间隙，便于脱管。

四、结论
35Ni15Cr型和38Ni22Cr型铁基高温合金，由于有良好的高温强度，优秀的抗氧化性，很高的高温硬度以及较大的线膨胀系数等特点，适于制作玻璃转子流量计的芯棒。试验表明，效果极为良好，是一种优秀的新型玻璃芯棒材料。