鐵鋁系多元高電阻電熱合金及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種電熱合金材料，特別是一種鐵鋁系多元高電阻電熱合金及其制備方法。所述鐵鋁系多元高電阻電熱合金的組成元素包括C、Si、Mn、Al、Cr、Co、Hf、Nb、Ti、Ce、Dy、B和Fe等。所述制備方法包括：配料、熔煉、均勻化退火、等溫鍛造、熱軋盤條、多道次拉拔和中間退火等工藝。本發(fā)明制備的材料成品具有優(yōu)異抗高溫氧化性、電阻率和使用壽命，克服了現(xiàn)有技術(shù)中的不足，具有良好的工業(yè)應用前景。
【專利說明】鐵鋁系多元高電阻電熱合金及其制備方法

【技術(shù)領(lǐng)域】：
[0001] 本發(fā)明涉及一種電熱合金材料，特別是一種鐵鋁系多元高電阻電熱合金及其制備 方法。

【背景技術(shù)】：
[0002] 電熱合金材料是利用物質(zhì)的電阻特性制造發(fā)熱體的電阻合金。目前電熱合金材料 已成為一種重要的工程合金材料，適用于機械、冶金、電子、化工等行業(yè)，在國民經(jīng)濟中占有 重要的地位。工業(yè)上用于1300°C以下的電熱元件主要采用鎳鉻合金和鐵鉻鋁合金。鎳鉻合 金價格昂貴，在溫度大于l〇〇〇°C時，抗氧化性顯著降低。鐵鉻鋁合金含碳量較高，合金元素 單一，在高溫使用時，內(nèi)部晶粒長大，晶界上網(wǎng)狀析出物容易引起脆斷，嚴重影響工業(yè)使用。 現(xiàn)有技術(shù)公開了一種新型高電阻電熱合金材料（CN1155590A)，其合金配方為Fe-(24-32) A1- (0· 01-0. 2) Ce- (1-6) a，a 為 Cr 和 Μη 中的一種或兩種；Fe- (24-32) A1- (0· 01-0. 2) Ce (或 Β)-(0· 01-0. 3)Zr-(l-6)a-(0. l-2)b，a 為 Cr 和 Μη 中的一種或兩種，b 為 W、Mo、Nb 中的一 種或幾種。上述合金的電阻率、抗高溫氧化性優(yōu)于鎳鉻合金和鐵鉻鋁合金，但其性能仍存在 進一步提升的空間。本發(fā)明通過優(yōu)化合金配方、改善合金的制備方法，提供一種具有優(yōu)異的 抗高溫氧化性、電阻率和使用壽命的鐵鋁系多元高電阻電熱合金。


【發(fā)明內(nèi)容】
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[0003] 本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)中的不足，提供一種具有優(yōu)異的抗高溫氧化性、 電阻率和使用壽命的鐵鋁系多元高電阻電熱合金及其制備方法。
[0004] 一種鐵鋁系多元高電阻電熱合金，其特征在于，所述合金的元素組成及其質(zhì) 量百分比為：C :0· 1-0. 2 %、Si :0· 6-0. 8 %、Μη :0· 2-0. 4 %、A1 :19-21 %、Cr :1-2 %、 Co ：0. 5-1 %, Hf ：1-2 %, Nb ：2. 4-3. 3 Ti ：2-3 Ce ：0. 3-0. 6 Dy ：0. 3-0. 6 B ： 0. 008-0. 02%、S彡0. 001%、P彡0. 001%，余量為鐵和不可避免的雜質(zhì)。
[0005] 所述元素含量優(yōu)選為：C :0· 13%、Si :0· 76%、Μη :0· 3%、Al :20· 2%、Cr :1· 4%、 Co ：0. 9%,Hf ：1. 6%,Nb ：2. 8%,Ti ：2. 6%,Ce ：0. 5%,Dy ：0. 4%,B ：0. 015%,S ：0. 0003%, P :0. 0005%，余量為鐵和不可避免的雜質(zhì)。
[0006] -種鐵鋁系多元高電阻電熱合金的制備方法，其特征在于，所述制備方法包括：
[0007] (1)配料：按照以下組成進行配料：C :0· 1-0. 2%、Si :0· 6-0. 8%、Μη :0· 2-0. 4%、 A1 :19-21%.Cr ：l-2%,Co ：0. 5-1%,Hf ：l-2%,Nb ：2. 4-3. 3%,Ti ：2-3%,Ce ：0. 3-0. 6%, Dy :0· 3-0. 6%、B :0· 008-0. 02%、S 彡 0· 001%、P 彡 0· 001%，余量為鐵和不可避免的雜質(zhì)；
[0008] (2)熔煉：將上述原料放入磁懸浮真空感應熔煉爐內(nèi)，抽真空至1 X l(T3pa，充入高 純氬氣至IX 104pa，在2800°C -2900°c熔煉后隨爐冷卻成合金錠；
[0009] (3)均勻化退火：將合金錠放入真空熱處理爐內(nèi)，在真空度IX 10_3pa、溫度1050°C 下保溫24小時后隨爐冷卻；
[0010] (4)等溫鍛造：通過線切割將均勻化退火后的試樣加工成圓柱錠，在四柱液壓機 上進行等溫鍛造；
[0011] (5)熱軋盤條：將鍛造后的試樣進行熱軋盤條，熱軋溫度：110(TC -120(TC，開軋溫 度：1180°C，終軋溫度：900°C，每道次變形量彡15% ;
[0012] (6)將熱軋盤條后的坯件進行多道次拉拔、中間退火、拉拔、中間退火、拉拔，其中 間退火溫度為810°C _820°C，時間為50-60min，油淬，每道次變形量彡10% ;
[0013] (7)漂洗后在光亮退火爐中退火，退火溫度840°C，線速度為3-4m/mint，最終得到 符合規(guī)格的鐵鋁系多元高電阻電熱合金成品。
[0014] 熔煉前使用鋁箔將硼粉包裹放置于坩堝最底部，Ce和Dy在出爐前4分鐘使用加 料鉗放入已熔化的合金液中，為保證成分均勻，每個鑄錠都要熔煉4遍以上。
[0015] 等溫鍛造前需將試樣在熱處理爐中加熱至800°C，保溫lh，放入液壓機內(nèi)鍛造，鍛 造溫度900°C _950°C，在1 X K^S-1的應變速率進行等溫鍛造，變形量為35%。
[0016] 本發(fā)明制備的材料成品具有優(yōu)異抗高溫氧化性、電阻率和使用壽命。以Fe3Al高 溫合金為基體，添加稀土 Ce和Dy能夠凈化合金基體，改善夾雜物形貌，細化晶粒，同時在 晶界處形成的富氧顆粒能夠?qū)ξ诲e滑移形成阻礙，從而提高合金強度；微量B的加入對于 改善合金塑性和加工性能具有重要作用；通過添加 Cr、Co、Hf、Nb、Ti等元素能夠有效改善 合金的抗高溫抗氧化性和電阻率；制備工藝中的等溫鍛造、熱軋盤條，以及后序的多道次拉 拔、中間退火、拉拔、中間退火、拉拔工藝有效的改善合金相組成和微觀結(jié)構(gòu)，對提高合金成 品使用壽命具有重要作用。

【具體實施方式】：
[0017] 下面通過實施例進一步闡述和理解本發(fā)明。
[0018] 按照如下方法制備實施例的合金成品：（1)配料：按照以下組成進行配料：C: 0. 13%, Si ：0. 76%, Μη ：0. 3%, A1 ：20. 2%, Cr ：1. 4%, Co ：0. 9%, Hf ：1. 6%, Nb ：2. 8%, Ti :2. 6%、Ce :0· 5%、Dy :0· 4%、B :0· 015%、S :0· 0003%、P :0· 0005%，余量為鐵和不可避 免的雜質(zhì)；（2)熔煉：將上述原料放入磁懸浮真空感應熔煉爐內(nèi)，抽真空至1 X 10_3pa，充入 高純氬氣至1 X 104pa，在2850°C熔煉后隨爐冷卻成合金錠；（3)均勻化退火：將合金錠放入 真空熱處理爐內(nèi)，在真空度lXl(T 3pa、溫度1050°C下保溫24小時后隨爐冷卻；(4)等溫鍛 造：通過線切割將均勻化退火后的試樣加工成圓柱錠，在四柱液壓機上進行等溫鍛造；(5) 熱軋盤條：將鍛造后的試樣進行熱軋盤條，熱軋溫度 ：ll〇(TC -120(TC，開軋溫度：1180°C， 終軋溫度：900°C，每道次變形量為12% ;(6)將熱軋盤條后的坯件進行多道次拉拔、中間退 火、拉拔、中間退火、拉拔，其中間退火溫度為815 °C，時間為55min，油淬，每道次變形量為 8% ; (7)漂洗后在光亮退火爐中退火，退火溫度840°C，線速度為3. 2m/mint，最終得到符合 規(guī)格的鐵鋁系多元高電阻電熱合金成品。熔煉前使用鋁箔將硼粉包裹放置于坩堝最底部， Ce和Dy在出爐前4分鐘使用加料鉗放入已熔化的合金液中，為保證成分均勻，每個鑄錠都 要熔煉4遍以上。等溫鍛造前需將試樣在熱處理爐中加熱至800°C，保溫lh，放入液壓機內(nèi) 鍛造，鍛造溫度920°C，在1 X 10+?4的應變速率進行等溫鍛造，變形量為35%。
[0019] 本發(fā)明實施例制備的合金成品具有優(yōu)異的抗高溫氧化性、電阻率和使用壽命，克 服了現(xiàn)有技術(shù)中的不足，具有較廣的工業(yè)應用前景。以【背景技術(shù)】中CN1155590A中的實施例 2為參照（以下簡稱對比例），具體測試數(shù)據(jù)如下：
【權(quán)利要求】
1. 一種鐵鋁系多元高電阻電熱合金，其特征在于，所述合金的元素組成及其質(zhì)量百分 比為：C :0· 1-0. 2%、Si :0· 6-0. 8%、Mn :0· 2-0. 4%、A1 :19-21%、Cr :1-2%、Co :0· 5-1%、 Hf ：1-2%, Nb ：2. 4-3. 3 %, Ti ：2-3 %, Ce ：0. 3-0. 6 %, Dy ：0. 3-0. 6 %, B ：0. 008-0. 02 %, S彡0.001%、P彡0.001%，余量為鐵和不可避免的雜質(zhì)。
2. 如權(quán)利要求1所述的一種鐵鋁系多元高電阻電熱合金，所述元素含量優(yōu)選為：C: 0. 13%,Si ：0. 76%,Μη ：0. 3%,A1 ：20. 2%,Cr ：1. 4%,Co ：0. 9%,Hf ：1. 6%,Nb ：2. 8%,Ti ： 2. 6%、Ce :0· 5%、Dy :0· 4%、B :0· 015%、S :0· 0003%、P :0· 0005%，余量為鐵和不可避免的 雜質(zhì)。
3. 如權(quán)利要求1所述的一種鐵鋁系多元高電阻電熱合金的制備方法，其特征在于， 所述制備方法包括：（1)配料：按照以下組成進行配料：C :0. 1-0. 2%、Si :0. 6-0. 8%、Μη : 0. 2-0. 4%,A1 :19-21%.Cr ：l-2%,Co ：0. 5-1%,Hf ：l-2%,Nb ：2. 4-3. 3%,Ti ：2-3%,Ce ： 0· 3-0. 6%、Dy :0· 3-0. 6%、B :0· 008-0. 02%、S 彡 0· 001%、P 彡 0· 001%，余量為鐵和不可 避免的雜質(zhì)；（2)熔煉：將上述原料放入磁懸浮真空感應熔煉爐內(nèi)，抽真空至1 X 10_3pa，充 入高純氬氣至lX104pa，在2800°C -2900°C熔煉后隨爐冷卻成合金錠；（3)均勻化退火：將 合金錠放入真空熱處理爐內(nèi)，在真空度lXl(T3pa、溫度1050°C下保溫24小時后隨爐冷卻； (4)等溫鍛造：通過線切割將均勻化退火后的試樣加工成圓柱錠，在四柱液壓機上進行等 溫鍛造；（5)熱軋盤條：將鍛造后的試樣進行熱軋盤條，熱軋溫度：110(TC -120(TC，開軋溫 度：1180°C，終軋溫度：900°C，每道次變形量< 15% ;(6)將熱軋盤條后的坯件進行多道次 拉拔、中間退火、拉拔、中間退火、拉拔，其中間退火溫度為810°C _820°C，時間為50-60min， 油淬，每道次變形量< 10% ; (7)漂洗后在光亮退火爐中退火，退火溫度840°C，線速度為 3-4m/mint，最終得到符合規(guī)格的鐵鋁系多元高電阻電熱合金成品。
4. 如權(quán)利要求3所述制備方法，熔煉前使用鋁箔將硼粉包裹放置于坩堝最底部，Ce和 Dy在出爐前4分鐘使用加料鉗放入已熔化的合金液中，為保證成分均勻，每個鑄錠都要熔 煉4遍以上。
5. 如權(quán)利要求3所述制備方法，等溫鍛造前需將試樣在熱處理爐中加熱至800°C，保溫 lh，放入液壓機內(nèi)鍛造，鍛造溫度900°C _950°C，在lXK^S4的應變速率進行等溫鍛造，變 形量為35%。
【文檔編號】C22C38/32GK104087843SQ201410301962
【公開日】2014年10月8日 申請日期:2014年6月25日 優(yōu)先權(quán)日:2014年6月25日
【發(fā)明者】郭健, 郭小芳, 郭乃林 申請人:鹽城市鑫洋電熱材料有限公司