称重传感器弹性元件金属材料的分析与选择
2018-03-22 20:36:51
效应结构、材料、工艺、检定是研制和生产高精度称重传器的四大关键问题，其中弹性元件的结构是篼精度称重传感器的基础，弹性元件的材料是称重传感器能否具有篼技术性能和稳定性能的关键，制造工艺贯穿于生产的全过程是保证称重传感器具有优良的综合性能和较好的可靠性能的核心，而测试与检定则是称重传感器实现质量控制和最终达到各项技术要求的保障。随着科学技术的进步和称重传感器技术的发展，近年来对弹性元件金属材料的研究与分析有了较深一层的认识和理解，对金属材料的性能提出了较全面的要求，并制定了一些选用原则。弹性元件所用的金属材料，除对化学成分和冶炼条件必须严格要求外，还应要求具备下列性能：强度极限篼，以便在篼载荷下称重传感器有足够的强度储备；弹性极限篼，应变与载荷呈比较严格的线形关系；弹性模量具有良好的时间稳定性，且温度系数小；组织均匀，各向同性，冷热加工后，残余应力小；冲击韧性好，以使称重传感器有较好的耐冲击、振动和抗疲劳性能。一般对疲劳寿命的要求是在0 ~2000x106应变下，循环次数大于17.锻造、机械加工和热处理工艺性能好；要使某一种金属材料同时具备上述各项性能是不可能的，但可以将金属材料经过某些处理后，使其尽量满足或接近上述各项性能。国内外生产经验证明，为确保称重传感器的准确度和稳定性，弹性元件金属材料的纯度一定要高，成分的均匀性一定要好，不能只突出某一单项指标，一定要综合性能良好。在选择弹性元件金属材料时，应特别注意材料的弹性模量E，材料的滞弹性效应（弹性滞后、蠕变、应力松驰）和热弹性效应对称重传感器性能的影响。
二、材料的弹性模量对称重传感器性能的影响弹性元件材料的（弹性模量E的稳定性和温度系数，直接影响称重传感器的准确度和稳定性。在选择金属材料时应给以特别关注。
在弹性模量E与弹性元件应变区产生的应变e之间的关系上，要求弹性模量E在称重传感器额定负荷或安全过负荷以内尽量保持为常数。这样就能保证外加负荷与应变区的应变值呈较严格的线性关系。通常人们都认为金属材料在比例极限以内，弹性模量E是常数，这是不严格的。实际上，仅仅是在一定的范围内，弹性模量E才比较接近常数。而且采用不同的热处理规范，弹性模量E为常数的应变范围也不同。生产实践证明中碳合金结构钢40CrNiMA在HRC39，35CrMnSiA在HRC42时，弹性模量E接近常数。
在弹性模量E与温度关系上，要求弹性模量E随温度变化时，既要比较线性，又要非常稳定。因为绝大部分金属材料的弹性模量E都随温度的升高而减小，因而造成称重传感器输出灵敏度变化。尽管这是一项系统误差，但为便于进行灵敏度温度补偿，还是要求弹性模量E随温度变化尽量既线性又稳定为好。
在弹性模量E与时间的关系上，要求弹性模量E随时间的稳定性要好，即要求弹性模量E不随时间变化。也就是在称重传感器使用寿命内弹性模量E尽量不发生变化。由于冷热加工后存在着残余应力，一方面，当外界条件稍有变化时，残余应力将重新分布，使弹性元件产生附加变形，造成称重传感器不稳定；另一方面，残余应力还将使弹性元件在受载过程中出现局部屈服，造成弹性模量E的改变和不稳定。因此，要求金属材料在形成弹性元件的冷热加工后残余应力要小，并应采取各种机械的和热处理的方法，释放、消除残余应力，尽量保证弹性模量E随时间变化最小或恒定。
在动态称重状态下使用的称重传感器，还要求在振动和冲击情况下材料的弹性模量E不改变或改变很小。为此应尽量选用弹性模量E与密度P的乘积Ep较小的金属材料。
三、材料的滞弹性效应对称重传感器性能的影响弹性元件的金属材料首先应保证其重要性能，即弹性和应力。在交变应力条件下工作的弹性元件应具有较篼的强度极限和疲劳极限。为保证称重传感器工作性能稳定，还要求金属材料抗微塑变形能力强，即具有较篼的弹性极限，因为弹性极限愈篼，滞弹性效应出现的愈少。称重传感器弹性元件的质量，很大程度上取决于弹性元件的制造工艺，特别是热处理工艺。这些工艺直接影响到弹性元件的弹性和应力，尤其是滞弹性效应。
所谓滞弹性，就是材料在弹性变形范围内，同时伴有微塑变形，使应力和应变之间不遵循虎克定律，而产生非线性误差，这种现象称为材料的滞弹性。
其表现形式较多，主要有：弹性滞后、弹性后效（蠕变）、应力松驰等。
弹性元件金属材料，在加载与卸载的正反行程中，应力应变曲线不重合，而构成一个回线环，即对应同一应力有不同的应变值￡和，其差值Aerei-e叫弹性滞后。在不同的应力下，弹性滞后也不同，一般用最大相对滞后的百分数表示，即示中：最大载荷下的总应变Ae-最大的应变滞后以40CrNiMA中碳合金结构钢为例，由于化学成分一致，其弹性滞后是和它的微观组织结构有关。不同的回火温度，得到不同的金相组织。取1/2（t8应力值进行试验，其弹性滞后的结果如表1所示。
表1不同回火度下的弹性滞后值回火温度t硬度HRC最大滞后平均滞后弹性元件金属材料，在弹性变形范围内，应变不但是应力的函数，而且还与时间密切相关。在应力保持不变的情况下，应变将随时间而缓慢增加，直到最后达到平衡应变值，这一现象称为弹性后效，也叫蠕变。与称重传感器的蠕变指标不同，弹性材料的蠕变，一般采用施加压力保持15分钟，其蟠变为：e施加应力恒定值下对应的应变E材料的弹性模量材料的正应力影响材料弹性后效（蠕变）大小的因素主要有：材料的组织结构热处理工艺过程稳定处理工艺工作温度最大工作应力仍以常用的40CrNiMA中碳合金结构钢为例，取一试件淬火后，500弋真空回火，HRC39，施加l/2B应力值，连续受力105小时，伸长只有0.5微米，蠕变非常小。在设计称重传感器弹性元件时，如果额定工作应力取（1/4~ 1/3）8，则称重传感器的蠕变值更小了。因此，对于采用40CrNiMA钢作弹性元件的称重传感器来讲，蠕变大小的决定因素，已不完全在弹性元件本身，还应注意应变胶、应变计、防潮密封材料及粘贴工艺等。
应力松驰中温和篼温称重传感器，还应注意金属材料在中、高温下工作时的一种弹性后效过程。弹性元件在中、高温下工作时，在总的应变量恒定的情况下，应力随时间的延续而逐渐降低的现象称为应力松驰。应力松驰率为：c初始应力t，经t时间后的应力对不同材料，在相同条件下，应力愈篼，表明该材料的抗应力松驰能力愈好。一般都要求弹性元件金属材料具有较篼的抗应力松驰能力。
四、材料的热弹性效应对称重传感器性能的影响弹性模量E的温度系数当环境温度升高时，弹性元件金属材料原子的热运动加剧，结合力减弱，所以弹性模量E降低。通常用弹性模量温度系数来表示弹性模量E随温度t变化的情况。当温度t变化1时，弹性模量E的相对变化值即为（，用下式表tt时的弹性模量<0，所以fe为负值。弹性元件常用的几种金属材料的（值如下：合金钢fe=-3.6x铍青钢弹性模量E随温度的变化而变化，必然使弹性元件的刚度随着变化，其结果是称重传感器在同一载荷作用下，输出灵敏度发生了变化，从而引起了测量误差。所以，必须对称重传感器进行灵敏度温度补偿。
动态称重传感器的弹性元件或谐振弹性元件，在温度变化时，其谐振频率也随着变化。通常用频率温度系数（来表示频率随温度变化的情况，pf是温度变化1时，谐振频率的相对变化值：toT时的谐振频率一般多用（3f低的金属材料制造动态称量弹性元性或谐振弹性元件。
弹性元件金属材料的线膨胀系数应尽量小。当环境温度发生变化时，弹性元件会产生变形，金属材料的线膨胀系数越大，弹性元件的变形就越大。此变形将使弹性元件应变区产生附加应变，引起称重传感器的温度漂移及灵敏度变化。
当温度升篼时，弹性元件金属材料原子间的平均距离增大，从而发生热膨胀现象，一般用线膨胀系数a表示，它是温度升高1时，单位长度的相对变化量，即ltot时的长度应当指出，弹性模量温度系数、频率温度系数决和线膨胀系数a三者不是独立的，它们之间有着一定的关系。对各向同性的金属材料，可求得：金属材料的应变能，也称弹性储能，是材料在开始出现塑性变形以前，单位体积所吸收的最大弹性变形功W，即材料弹性变形后储存在其内部的应变能U，其值为：=，空冷。
弹性元件。其突出特点是：强度极限和比例极限篼，在淬火温度900±10T，油冷，回火温度250~300，空冷的热处理工艺下，强度极限crb -300，空冷的热处理工艺下，强度极限<3b >156kg/2.其它技术性能与40CrNiMA钢相似。
上述中碳合金钢的共同特点是：冷热加工的工艺性好；弹性模量的温度和时间稳定性较好；综合技术性能优于其它钢种；具有较高的强度极限和屈服极限，屈强比篼；热处理的淬透性好，回火稳定性高，硬度均，金相组织为均的索氏体。特别适合制造高精度称重传感器的弹性元件。
不锈钢称重传感器在国外应用较多，而在我国生产和应用几乎是空白。美国STS公司是目前世界上能够大规模、篼质量生产各种型号、规格不锈钢称重传感器有代表性的厂商，其多种产品已在我国销售。我国余姚太平洋自控工程有限公司经过两年的研究试制，做了大量的试验终于制成了准确度为0.03级的不锈钢称重传感器，取得了良好的测试和应用效果。
国外不锈钢称重传感器的弹性元件，多使用马氏体弥散硬化不锈钢，例如等。
17-4PH和15-5PH马氏体弥散硬化不锈钢，固溶热处理温度一般为1 1050T，从固溶温度冷至室温时，获得低碳马氏体组织。再经480550篼温时效处理，由马氏体基体沉淀出富铜相，产生弥散硬化，使强度进一步提篼，硬度可达HRC37~42，强度极限）可达135kg/2.这两种不锈钢具有良好的焊接性能，无磁性，对很多介质有很强的抗腐蚀能力，抗微塑变形能力强，并真有较篼的耐应力松驰性能。又由于这类不锈钢有非常好的塑性，便于加工，可用来制造形状复杂的弹性元件，所以被广泛应用。
17-4PH和15-5PH不锈钢的主要物理常数完全相同，即弹性模量E= =.272，密度0=7.8咖1113.在两不锈钢的化学成分中，元由上述数据不难看出，两不锈钢的物理常数和化学成分极为相近，因而其技术性能也基本相同，只是15-5PH的强度略篼些，其最小屈服极限= 120kg/mm2，而17-4PH的屈服极限=105kg/mm2.因此，15-5PH不锈钢常用于强度和韧性都要求高的强性元件。
是低碳马氏体沉淀硬化不锈钢。化学成分为：C<0.07%，Mn<冷后，再经480T，保温4小时的时效处理即回火，产生沉淀硬化效果，抗微塑变形和抗应力的松驰能力强，对很多介质都有很强的耐腐蚀性能，以及机械加工工艺性好等特点，是制造称重传感器弹性元件比较好的材料。
前苏联和匈牙利等国家也采用弹簧钢作称重传感器弹性元件，典型的钢种是50X+A，我国的钢号是50CrVA.该钢种具有较好的综合机械性能，优良的冲击性，回火后强度高，高温性能稳定，淬透性好，特别适合制造大量程和高温称重传感器的弹性元件。
0.03%，V0.10-0.20%.热处理工艺为：淬火加热温度8501，油冷。回火温度500520，空冷。机械性能为：强度极限1，美国22501的柱式测力传感器和36201的圆筒式测力传感器的弹性元件，均采用H11工具钢，因为这种工具钢的强度极限和屈服极限高，屈强比大，其屈服极限1=1801/2，而且淬透性极好，这对篼量程、大截面的弹性元件是至关重要的。其它技术性能也比较符合称重传感器弹性元件的要求。
日本也采用工具钢制造大量程称重传感器的弹性元件，钢号为SKS3.我国与其对应的钢号是9CrWMn，此工具钢的特点是：具有较高的淬透性，硬度较篼，耐磨性和韧性好，淬火时变形很小。采用9CrWMri制造普通准确度的弹性元件已有先例，用于大量程、篼精度测力与称重传感器弹性元件尚未实践过。
国产QB铍青铜，因其比例极限较高，弹性模量较低（E =1.35x104kg/mm2）等特点，被视为较理想的小量程称重传感器弹性元件材料。与合金结构钢、硬化不锈钢相比，其弹性储能较高，这对提高称重传感器的灵敏度、降低弹性滞后和蠕变非常有利。此材料还具有无磁性，耐疲劳，机械加工和焊接工艺性好等优点。但是，缺点也很突出，主要是适用温度范围小，只限100以内，弹性模量E的温度系数较大（知=-35><105/丈），增加了灵敏度温度补偿的难度。铍青铜是低温弥散硬化合金，时效温度为315~ 330，保温3小时。时效后，提篼了弹性和强度，一般硬度为HRC33国产Tc4、Tc9钛合金也是低弹性模量材料，其特点是比例极限和强度极限篼，密度小，焊接性能好，特别适合制作小量程称重传感器和动态测量用传感器的弹性元件。钛合金的突出特点是抗腐蚀性能好，它在含氧环境中表面形成一层坚固的氧化薄膜，此薄膜能耐氧化及氧化物溶液的侵蚀，除了盐酸和氢氟酸外，在常下的各种酸液中均有很好的抗腐蚀性，即使在低于260温度的浓硝酸中，也有良好的耐腐蚀性。因此，可用钛合金制造在严重腐蚀环境下工作的称重传感器和直接与腐蚀溶液接触的各种压力传感器。
设计小程称重传感器的一个重要准则就是灵敏度和刚度必须同时考虑，即在规定的灵敏度下称重传感器应具备较大的刚度和较篼的固有频率。为此，就必须选则弹性模量E和密度P的乘积EP最小的材料。铝合金比重小，屈强比高，比强度大，塑性好，耐腐蚀，并具有较好的低温性能和优良的机械加工性能，特别适合制造形状复杂的小量程弹性元件。
国内外普遍采用以下三种可热处理强化的铝合金：属于铝-铜-镁-硅系的锻造铝合金，我国的牌号为LD10，美国、日本的牌号为2014；属于铝-铜-镁系的硬铝合金，我国的牌号为：LY12，美国、日本的牌号为2024；属于铝-锌-镁-铜系的超硬铝合金，我国的牌号为LC4，美国、日本的牌号为7075.其中以LY12、2024硬铝合金应用最为广泛。以上三种铝合金一般都有两种供货状态，即热处理自然时效（CZ）状态和人工时效（CS）状态。用作称重传感器弹性元件时，必须选用热处理人工时效状态，例如：LY12-CS，LD10-CS，LC4-CS.这是因为铝合金淬火后存在着较大的内应力，这种内应力经自然时效后不可能得到有效的消除。这是因为淬火内应力是由于弹性元件毛胚各部位的冷却速度不同而产生的热应力，其表层为拉应力，心部为压应力。当进行切削加工时，内应力的平衡受到破坏而产生变形，加工成弹性元件后，也会因应力松驰而导致变形。同时自然时效状态铝合金的相和组织也不稳定，在使用过程中还会继续进行沉淀相的脱溶过程而引起弹性元件尺寸的变化，影响称重传感器的稳定性。国内供货的LY12板材，圆、方棒材多为自然时效状态，即LY12-CZ状态。为保证称重传感器零点和灵敏度的稳定性，在弹性元件粗加工后，进行一次人工时效处理。
为了不降低LY12铝合金的强度，可采用在180~190温度下，保温24小时的人工时效工艺，使LY12铝合材料由CZ状态变为CS状态。这种再一次时效处理工艺，不仅改变了LY12铝合金的状态，稳定了组织，而且还达到了消除粗加工残余应力的目的。
值得注意的是LY12铝合金由于强化相的固溶温度与、S、Q的三相共晶温度的间隙很窄，所以具有强烈的过烧敏感性。热处理时，一定要严格控制泮火加热温度和保温时间，防止过烧。LY12铝合金淬火过烧温度为507，一般淬火加热温度为493~503，水冷。人工时效制度为180195，保温6 ~12小时，空冷。因弹性元件的结构、尺寸不同，其硬度要求也不尽相同，一般多要求HB135左右。
上述国内外金属材料均可用来制造称重传感器的弹性元件。具体选用何种材料，要根据所开发称重传感器弹性元件的结构、额定载荷、冷热加工装备及制造技术水平、生产工艺装备及工艺水平等决定。一般量程在500kg~ 100t各种结构的弹性元件，多选用40CrNiMA中碳合金钢。制造高精度称重传感器时，除上述基本技术要求外，还应要求原材料低倍组织中的疏松、偏析、气泡、夹渣等缺陷小于1级，白班不超过0.5级。这样经锻造、机械加工和热处理后的弹性元件，就为传感器满足各项技术指标打下了坚实的基础。
为了提篼称重传感器的长期稳定性，必须在制造工艺中做好以下两方面的工作。一方面要使弹性元件中的残余奥氏体尽量少，即在回火过程中使残余奥氏体尽可能的分解。因为残余奥氏体会逐渐转变为马氏体，即由面心立方结构转变为体心立方结构，这样多余的碳原子使晶格歪扭，弹性元件体积涨大，造成尺寸变化。一般多采用500尤真空回火工艺，残余奥氏体可以小于1%.另一方面要尽量减少残余应力，除精加工后采用真空回火外，还应根据弹性元件的结构和量程，分别采用篼温处理，低温深冷，脉动疲劳，超载静压等释放和消除残余应力的工艺，最好采用近年来国外一些厂家使用的振动或共振时效新工艺。这样就可以使称重传感器在保证准确度和优良综合性能的前提下，使长期稳定性和工作可靠性有较大提篼。由此可见，在称重传感器研制过程中，弹性元件金属材料的选择，制造技术和制造工艺的确定是至关重要的。这也使我们认识到了，未来十多年称重传感器技术的竟争，主要是新型结构，新型材料，新型元件，制造技术和制造工艺的竞争。希望我国的称重传感器生产厂家，不仅成为市场竞争的主体，同时也要成为技术创新的主体，走出价格大战的老路，以“质量竞争战略”，“创新竞争战略”为指导，把我国的称重传感器技术提篼到新水平。
二、材料的弹性模量对称重传感器性能的影响弹性元件材料的（弹性模量E的稳定性和温度系数，直接影响称重传感器的准确度和稳定性。在选择金属材料时应给以特别关注。
在弹性模量E与弹性元件应变区产生的应变e之间的关系上，要求弹性模量E在称重传感器额定负荷或安全过负荷以内尽量保持为常数。这样就能保证外加负荷与应变区的应变值呈较严格的线性关系。通常人们都认为金属材料在比例极限以内，弹性模量E是常数，这是不严格的。实际上，仅仅是在一定的范围内，弹性模量E才比较接近常数。而且采用不同的热处理规范，弹性模量E为常数的应变范围也不同。生产实践证明中碳合金结构钢40CrNiMA在HRC39，35CrMnSiA在HRC42时，弹性模量E接近常数。
在弹性模量E与温度关系上，要求弹性模量E随温度变化时，既要比较线性，又要非常稳定。因为绝大部分金属材料的弹性模量E都随温度的升高而减小，因而造成称重传感器输出灵敏度变化。尽管这是一项系统误差，但为便于进行灵敏度温度补偿，还是要求弹性模量E随温度变化尽量既线性又稳定为好。
在弹性模量E与时间的关系上，要求弹性模量E随时间的稳定性要好，即要求弹性模量E不随时间变化。也就是在称重传感器使用寿命内弹性模量E尽量不发生变化。由于冷热加工后存在着残余应力，一方面，当外界条件稍有变化时，残余应力将重新分布，使弹性元件产生附加变形，造成称重传感器不稳定；另一方面，残余应力还将使弹性元件在受载过程中出现局部屈服，造成弹性模量E的改变和不稳定。因此，要求金属材料在形成弹性元件的冷热加工后残余应力要小，并应采取各种机械的和热处理的方法，释放、消除残余应力，尽量保证弹性模量E随时间变化最小或恒定。
在动态称重状态下使用的称重传感器，还要求在振动和冲击情况下材料的弹性模量E不改变或改变很小。为此应尽量选用弹性模量E与密度P的乘积Ep较小的金属材料。
三、材料的滞弹性效应对称重传感器性能的影响弹性元件的金属材料首先应保证其重要性能，即弹性和应力。在交变应力条件下工作的弹性元件应具有较篼的强度极限和疲劳极限。为保证称重传感器工作性能稳定，还要求金属材料抗微塑变形能力强，即具有较篼的弹性极限，因为弹性极限愈篼，滞弹性效应出现的愈少。称重传感器弹性元件的质量，很大程度上取决于弹性元件的制造工艺，特别是热处理工艺。这些工艺直接影响到弹性元件的弹性和应力，尤其是滞弹性效应。
所谓滞弹性，就是材料在弹性变形范围内，同时伴有微塑变形，使应力和应变之间不遵循虎克定律，而产生非线性误差，这种现象称为材料的滞弹性。
其表现形式较多，主要有：弹性滞后、弹性后效（蠕变）、应力松驰等。
弹性元件金属材料，在加载与卸载的正反行程中，应力应变曲线不重合，而构成一个回线环，即对应同一应力有不同的应变值￡和，其差值Aerei-e叫弹性滞后。在不同的应力下，弹性滞后也不同，一般用最大相对滞后的百分数表示，即示中：最大载荷下的总应变Ae-最大的应变滞后以40CrNiMA中碳合金结构钢为例，由于化学成分一致，其弹性滞后是和它的微观组织结构有关。不同的回火温度，得到不同的金相组织。取1/2（t8应力值进行试验，其弹性滞后的结果如表1所示。
表1不同回火度下的弹性滞后值回火温度t硬度HRC最大滞后平均滞后弹性元件金属材料，在弹性变形范围内，应变不但是应力的函数，而且还与时间密切相关。在应力保持不变的情况下，应变将随时间而缓慢增加，直到最后达到平衡应变值，这一现象称为弹性后效，也叫蠕变。与称重传感器的蠕变指标不同，弹性材料的蠕变，一般采用施加压力保持15分钟，其蟠变为：e施加应力恒定值下对应的应变E材料的弹性模量材料的正应力影响材料弹性后效（蠕变）大小的因素主要有：材料的组织结构热处理工艺过程稳定处理工艺工作温度最大工作应力仍以常用的40CrNiMA中碳合金结构钢为例，取一试件淬火后，500弋真空回火，HRC39，施加l/2B应力值，连续受力105小时，伸长只有0.5微米，蠕变非常小。在设计称重传感器弹性元件时，如果额定工作应力取（1/4~ 1/3）8，则称重传感器的蠕变值更小了。因此，对于采用40CrNiMA钢作弹性元件的称重传感器来讲，蠕变大小的决定因素，已不完全在弹性元件本身，还应注意应变胶、应变计、防潮密封材料及粘贴工艺等。
应力松驰中温和篼温称重传感器，还应注意金属材料在中、高温下工作时的一种弹性后效过程。弹性元件在中、高温下工作时，在总的应变量恒定的情况下，应力随时间的延续而逐渐降低的现象称为应力松驰。应力松驰率为：c初始应力t，经t时间后的应力对不同材料，在相同条件下，应力愈篼，表明该材料的抗应力松驰能力愈好。一般都要求弹性元件金属材料具有较篼的抗应力松驰能力。
四、材料的热弹性效应对称重传感器性能的影响弹性模量E的温度系数当环境温度升高时，弹性元件金属材料原子的热运动加剧，结合力减弱，所以弹性模量E降低。通常用弹性模量温度系数来表示弹性模量E随温度t变化的情况。当温度t变化1时，弹性模量E的相对变化值即为（，用下式表tt时的弹性模量<0，所以fe为负值。弹性元件常用的几种金属材料的（值如下：合金钢fe=-3.6x铍青钢弹性模量E随温度的变化而变化，必然使弹性元件的刚度随着变化，其结果是称重传感器在同一载荷作用下，输出灵敏度发生了变化，从而引起了测量误差。所以，必须对称重传感器进行灵敏度温度补偿。
动态称重传感器的弹性元件或谐振弹性元件，在温度变化时，其谐振频率也随着变化。通常用频率温度系数（来表示频率随温度变化的情况，pf是温度变化1时，谐振频率的相对变化值：toT时的谐振频率一般多用（3f低的金属材料制造动态称量弹性元性或谐振弹性元件。
弹性元件金属材料的线膨胀系数应尽量小。当环境温度发生变化时，弹性元件会产生变形，金属材料的线膨胀系数越大，弹性元件的变形就越大。此变形将使弹性元件应变区产生附加应变，引起称重传感器的温度漂移及灵敏度变化。
当温度升篼时，弹性元件金属材料原子间的平均距离增大，从而发生热膨胀现象，一般用线膨胀系数a表示，它是温度升高1时，单位长度的相对变化量，即ltot时的长度应当指出，弹性模量温度系数、频率温度系数决和线膨胀系数a三者不是独立的，它们之间有着一定的关系。对各向同性的金属材料，可求得：金属材料的应变能，也称弹性储能，是材料在开始出现塑性变形以前，单位体积所吸收的最大弹性变形功W，即材料弹性变形后储存在其内部的应变能U，其值为：=，空冷。
弹性元件。其突出特点是：强度极限和比例极限篼，在淬火温度900±10T，油冷，回火温度250~300，空冷的热处理工艺下，强度极限crb -300，空冷的热处理工艺下，强度极限<3b >156kg/2.其它技术性能与40CrNiMA钢相似。
上述中碳合金钢的共同特点是：冷热加工的工艺性好；弹性模量的温度和时间稳定性较好；综合技术性能优于其它钢种；具有较高的强度极限和屈服极限，屈强比篼；热处理的淬透性好，回火稳定性高，硬度均，金相组织为均的索氏体。特别适合制造高精度称重传感器的弹性元件。
不锈钢称重传感器在国外应用较多，而在我国生产和应用几乎是空白。美国STS公司是目前世界上能够大规模、篼质量生产各种型号、规格不锈钢称重传感器有代表性的厂商，其多种产品已在我国销售。我国余姚太平洋自控工程有限公司经过两年的研究试制，做了大量的试验终于制成了准确度为0.03级的不锈钢称重传感器，取得了良好的测试和应用效果。
国外不锈钢称重传感器的弹性元件，多使用马氏体弥散硬化不锈钢，例如等。
17-4PH和15-5PH马氏体弥散硬化不锈钢，固溶热处理温度一般为1 1050T，从固溶温度冷至室温时，获得低碳马氏体组织。再经480550篼温时效处理，由马氏体基体沉淀出富铜相，产生弥散硬化，使强度进一步提篼，硬度可达HRC37~42，强度极限）可达135kg/2.这两种不锈钢具有良好的焊接性能，无磁性，对很多介质有很强的抗腐蚀能力，抗微塑变形能力强，并真有较篼的耐应力松驰性能。又由于这类不锈钢有非常好的塑性，便于加工，可用来制造形状复杂的弹性元件，所以被广泛应用。
17-4PH和15-5PH不锈钢的主要物理常数完全相同，即弹性模量E= =.272，密度0=7.8咖1113.在两不锈钢的化学成分中，元由上述数据不难看出，两不锈钢的物理常数和化学成分极为相近，因而其技术性能也基本相同，只是15-5PH的强度略篼些，其最小屈服极限= 120kg/mm2，而17-4PH的屈服极限=105kg/mm2.因此，15-5PH不锈钢常用于强度和韧性都要求高的强性元件。
是低碳马氏体沉淀硬化不锈钢。化学成分为：C<0.07%，Mn<冷后，再经480T，保温4小时的时效处理即回火，产生沉淀硬化效果，抗微塑变形和抗应力的松驰能力强，对很多介质都有很强的耐腐蚀性能，以及机械加工工艺性好等特点，是制造称重传感器弹性元件比较好的材料。
前苏联和匈牙利等国家也采用弹簧钢作称重传感器弹性元件，典型的钢种是50X+A，我国的钢号是50CrVA.该钢种具有较好的综合机械性能，优良的冲击性，回火后强度高，高温性能稳定，淬透性好，特别适合制造大量程和高温称重传感器的弹性元件。
0.03%，V0.10-0.20%.热处理工艺为：淬火加热温度8501，油冷。回火温度500520，空冷。机械性能为：强度极限1，美国22501的柱式测力传感器和36201的圆筒式测力传感器的弹性元件，均采用H11工具钢，因为这种工具钢的强度极限和屈服极限高，屈强比大，其屈服极限1=1801/2，而且淬透性极好，这对篼量程、大截面的弹性元件是至关重要的。其它技术性能也比较符合称重传感器弹性元件的要求。
日本也采用工具钢制造大量程称重传感器的弹性元件，钢号为SKS3.我国与其对应的钢号是9CrWMn，此工具钢的特点是：具有较高的淬透性，硬度较篼，耐磨性和韧性好，淬火时变形很小。采用9CrWMri制造普通准确度的弹性元件已有先例，用于大量程、篼精度测力与称重传感器弹性元件尚未实践过。
国产QB铍青铜，因其比例极限较高，弹性模量较低（E =1.35x104kg/mm2）等特点，被视为较理想的小量程称重传感器弹性元件材料。与合金结构钢、硬化不锈钢相比，其弹性储能较高，这对提高称重传感器的灵敏度、降低弹性滞后和蠕变非常有利。此材料还具有无磁性，耐疲劳，机械加工和焊接工艺性好等优点。但是，缺点也很突出，主要是适用温度范围小，只限100以内，弹性模量E的温度系数较大（知=-35><105/丈），增加了灵敏度温度补偿的难度。铍青铜是低温弥散硬化合金，时效温度为315~ 330，保温3小时。时效后，提篼了弹性和强度，一般硬度为HRC33国产Tc4、Tc9钛合金也是低弹性模量材料，其特点是比例极限和强度极限篼，密度小，焊接性能好，特别适合制作小量程称重传感器和动态测量用传感器的弹性元件。钛合金的突出特点是抗腐蚀性能好，它在含氧环境中表面形成一层坚固的氧化薄膜，此薄膜能耐氧化及氧化物溶液的侵蚀，除了盐酸和氢氟酸外，在常下的各种酸液中均有很好的抗腐蚀性，即使在低于260温度的浓硝酸中，也有良好的耐腐蚀性。因此，可用钛合金制造在严重腐蚀环境下工作的称重传感器和直接与腐蚀溶液接触的各种压力传感器。
设计小程称重传感器的一个重要准则就是灵敏度和刚度必须同时考虑，即在规定的灵敏度下称重传感器应具备较大的刚度和较篼的固有频率。为此，就必须选则弹性模量E和密度P的乘积EP最小的材料。铝合金比重小，屈强比高，比强度大，塑性好，耐腐蚀，并具有较好的低温性能和优良的机械加工性能，特别适合制造形状复杂的小量程弹性元件。
国内外普遍采用以下三种可热处理强化的铝合金：属于铝-铜-镁-硅系的锻造铝合金，我国的牌号为LD10，美国、日本的牌号为2014；属于铝-铜-镁系的硬铝合金，我国的牌号为：LY12，美国、日本的牌号为2024；属于铝-锌-镁-铜系的超硬铝合金，我国的牌号为LC4，美国、日本的牌号为7075.其中以LY12、2024硬铝合金应用最为广泛。以上三种铝合金一般都有两种供货状态，即热处理自然时效（CZ）状态和人工时效（CS）状态。用作称重传感器弹性元件时，必须选用热处理人工时效状态，例如：LY12-CS，LD10-CS，LC4-CS.这是因为铝合金淬火后存在着较大的内应力，这种内应力经自然时效后不可能得到有效的消除。这是因为淬火内应力是由于弹性元件毛胚各部位的冷却速度不同而产生的热应力，其表层为拉应力，心部为压应力。当进行切削加工时，内应力的平衡受到破坏而产生变形，加工成弹性元件后，也会因应力松驰而导致变形。同时自然时效状态铝合金的相和组织也不稳定，在使用过程中还会继续进行沉淀相的脱溶过程而引起弹性元件尺寸的变化，影响称重传感器的稳定性。国内供货的LY12板材，圆、方棒材多为自然时效状态，即LY12-CZ状态。为保证称重传感器零点和灵敏度的稳定性，在弹性元件粗加工后，进行一次人工时效处理。
为了不降低LY12铝合金的强度，可采用在180~190温度下，保温24小时的人工时效工艺，使LY12铝合材料由CZ状态变为CS状态。这种再一次时效处理工艺，不仅改变了LY12铝合金的状态，稳定了组织，而且还达到了消除粗加工残余应力的目的。
值得注意的是LY12铝合金由于强化相的固溶温度与、S、Q的三相共晶温度的间隙很窄，所以具有强烈的过烧敏感性。热处理时，一定要严格控制泮火加热温度和保温时间，防止过烧。LY12铝合金淬火过烧温度为507，一般淬火加热温度为493~503，水冷。人工时效制度为180195，保温6 ~12小时，空冷。因弹性元件的结构、尺寸不同，其硬度要求也不尽相同，一般多要求HB135左右。
上述国内外金属材料均可用来制造称重传感器的弹性元件。具体选用何种材料，要根据所开发称重传感器弹性元件的结构、额定载荷、冷热加工装备及制造技术水平、生产工艺装备及工艺水平等决定。一般量程在500kg~ 100t各种结构的弹性元件，多选用40CrNiMA中碳合金钢。制造高精度称重传感器时，除上述基本技术要求外，还应要求原材料低倍组织中的疏松、偏析、气泡、夹渣等缺陷小于1级，白班不超过0.5级。这样经锻造、机械加工和热处理后的弹性元件，就为传感器满足各项技术指标打下了坚实的基础。
为了提篼称重传感器的长期稳定性，必须在制造工艺中做好以下两方面的工作。一方面要使弹性元件中的残余奥氏体尽量少，即在回火过程中使残余奥氏体尽可能的分解。因为残余奥氏体会逐渐转变为马氏体，即由面心立方结构转变为体心立方结构，这样多余的碳原子使晶格歪扭，弹性元件体积涨大，造成尺寸变化。一般多采用500尤真空回火工艺，残余奥氏体可以小于1%.另一方面要尽量减少残余应力，除精加工后采用真空回火外，还应根据弹性元件的结构和量程，分别采用篼温处理，低温深冷，脉动疲劳，超载静压等释放和消除残余应力的工艺，最好采用近年来国外一些厂家使用的振动或共振时效新工艺。这样就可以使称重传感器在保证准确度和优良综合性能的前提下，使长期稳定性和工作可靠性有较大提篼。由此可见，在称重传感器研制过程中，弹性元件金属材料的选择，制造技术和制造工艺的确定是至关重要的。这也使我们认识到了，未来十多年称重传感器技术的竟争，主要是新型结构，新型材料，新型元件，制造技术和制造工艺的竞争。希望我国的称重传感器生产厂家，不仅成为市场竞争的主体，同时也要成为技术创新的主体，走出价格大战的老路，以“质量竞争战略”，“创新竞争战略”为指导，把我国的称重传感器技术提篼到新水平。