一種寬溫域高強度恒彈性合金及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明屬于合金鋼領(lǐng)域，具體涉及一種寬溫域高強度恒彈性合金及其制備方法，該合金在寬溫度范圍(-60℃～400℃)具有高強度和低彈性模量溫度系數(shù)。該合金的化學組成成分(wt.％)為Ni?34.0～39.0％，Co?12.0～18.0％，Ti?2.3～3.0％，Al?0.3～0.8％，Si?0.30～0.80％，Mn?0.2～0.6％，C＜0.05％，P＜0.02％，S＜0.02％，余量為Fe，其中，W+2Mo?5.0～10.0。該合金采用如下步驟制備：真空感應(yīng)熔煉合金電極棒+真空自耗重熔→鍛造方坯及熱軋→冷軋及真空時效熱處理。通過合金元素的優(yōu)化以及制備工藝的調(diào)整，在較寬的溫度范圍內(nèi)，進一步提高Fe-Ni-Co系合金的強度，同時降低其彈性模量溫度系數(shù)。
【專利說明】一種寬溫域高強度恒彈性合金及其制備方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于鐵基金屬材料領(lǐng)域，具體涉及一種寬溫域高強度恒彈性合金及其制備 方法，該合金在寬溫度范圍（_60°C?400°C)具有高強度和低彈性模量溫度系數(shù)。

【背景技術(shù)】
[0002] 高精度儀器儀表中的敏感元器件通常使用部分恒彈性合金，以保證儀器在一定溫 度范圍內(nèi)保持較高的精度，而恒彈性合金彈性模量溫度系數(shù)決定了其使用溫度范圍。傳 統(tǒng)的3JU3J53以及Crl3合金，存在使用溫度窄、高溫強度不足等缺點；Nb基恒彈性合金 55NbTiAl雖然使用溫度范圍寬，但其彈性模量溫度系數(shù)大，無法滿足儀器精度要求。
[0003] 近年來開發(fā)的Fe-Ni-Co系合金使用溫度高，但是強度及彈性模量低，難以滿足 使用要求。中國發(fā)明專利申請CN1305021A中介紹了 Nb、Ti合金化的Fe-Ni-Co系合金， 其合金成分為：Ni 30 ?45%，Co 5 ?20%，Nb 2 ?6%，Ti 0· 5 ?3%，Cr 0· 5 ?5%， Si彡0. 5%，C彡0. 5%，余量為Fe ;該合金通過時效析出硬化，在保持寬使用溫度的同時提 高了合金的強度，該合金在_60°C?260°C范圍內(nèi)，彈性模量溫度系數(shù)低于40X KT6/°C，強 度高于1250MPa，改善了 Fe-Ni-Co系合金使用性能，但是使用溫度只能到260°C;同時，由于 該發(fā)明的合金含有大量的Nb元素以及固溶強化元素 Cr，因此其彌散強化相中主要為γ " 相，只含有少量的相。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的在于提供一種寬溫域高強度恒彈性合金及其制備方法。
[0005] 為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案如下：
[0006] -種寬溫域高強度恒彈性合金，該合金的化學組成成分（wt. % )為Ni 34. 0? 39. 0%，C〇 12. 0 ?18. 0%，Ti 2. 3 ?3· 0%，A1 0· 3 ?0· 8%，Si 0· 3 ?0· 8%，Mn 0· 2 ? 0· 6%，C < 0· 05%，P < 0· 02%，S < 0· 02%，余量為 Fe，其中，W+2Mo 5. 0 ?10. 0。
[0007] 該合金采用如下步驟制備：真空感應(yīng)熔煉合金電極棒+真空自耗重熔一鍛造方坯 及熱軋一冷軋及真空時效熱處理。
[0008] 該合金具有以下力學性能：
[0009] 在-60?400°C的溫度范圍內(nèi)，其抗拉強度Rm大于1350MPa，斷裂伸長率δ大于 2. 5 %，彈性模量溫度系數(shù)β Ε低于25 X 10_6/°C。
[0010] 該合金的微觀組織為具有磁致伸縮效應(yīng)的奧氏體基體，和Ti、Al與Ni、Co形成的 彌散強化的Y '相。
[0011] 一種寬溫域高強度恒彈性合金的制備方法，包括如下步驟：
[0012] a)熔煉：利用真空感應(yīng)爐熔煉合金，澆鑄成自耗電極棒，真空度< IX K^Pa，自耗 電極棒經(jīng)真空自耗重熔，熔煉過程真空度< IX l(T2Pa，進一步脫氣并細化夾雜物尺寸得到 扒皮錠；
[0013] b)開坯、熱扎：扒皮錠低于60(TC裝爐，開坯鍛造成方坯，然后熱軋成帶材；
[0014] c)冷軋、熱處理：熱軋帶材經(jīng)退火后冷軋成冷軋帶，根據(jù)最終使用的變形量要求， 經(jīng)固溶淬火，冷軋至最終尺寸，最后對冷軋鋼板進行真空時效熱處理。
[0015] 步驟a中，？6、附、(：〇、1作為一次加料直接放入甘鍋；11、41、5丨^11作為二次加料 放入真空感應(yīng)爐料斗，待所有原材料化清后精煉2?10分鐘，之后在真空感應(yīng)爐的真空室 將鋼液澆鑄為自耗電極棒。
[0016] 步驟b中，鍛造溫度為1050?1150°C，鍛造保溫時間為40?60min。
[0017] 步驟b中，熱軋溫度為1080?1130°C，熱軋保溫時間為保溫30?60min。
[0018] 步驟b中，淬火溫度為950?1050°C，熱處理溫度為650?750°C，熱處理保溫時 間為3?5h。
[0019] 本發(fā)明的有益效果在于：
[0020] 現(xiàn)有技術(shù)中，合金成分含有大量的Nb元素，固溶強化元素為Cr，其強化相中大部 分為Y "相，和一部分的Y 7。與之相比，本發(fā)明通過合金元素的優(yōu)化以及制備工藝的調(diào) 整，合金成分中不含Nb元素，使得本發(fā)明合金強化相不含γ "相；合金中添加了固溶元素 W/Mo(與現(xiàn)有技術(shù)CN1305021A截然不同），通過W/Mo固溶強化作用，以及γ 7彌散強化作 用，共同提高合金強度。使得本發(fā)明在較寬的溫度范圍內(nèi)，進一步提高Fe-Ni-Co系合金的 強度，同時降低其彈性模量溫度系數(shù)。

【具體實施方式】
[0021] 下面結(jié)合實施例，對本發(fā)明的【具體實施方式】作進一步詳細描述。
[0022] 本發(fā)明的整體技術(shù)方案為：首先，利用磁致伸縮原理，使Fe-Ni-Co系合金在寬 溫域內(nèi)獲得低的彈性模量溫度系數(shù)，然后再向其中加入W/Mo元素，通過固溶強化，提高 Fe-Ni-Co合金強度；同時加入適量的Ti、Al，時效過程中析出彌散強化相（γ ')，進一步提 高合金綜合性能。優(yōu)化合金成分后，經(jīng)過熔煉-鍛造-熱軋-冷軋及熱處理，使合金帶材在 寬的溫度范圍（_60°C?400°C)具有高強度、高使用溫度以及低彈性模量溫度系數(shù)。
[0023] 本發(fā)明的寬溫域高強度恒彈性合金，其化學組成成分（wt. %)為Ni 34.0? 39.0%，Col2.0?18.0%，Ti2.3?3.0%，A10.3?0.8%，Si0.3?0.8%，Mn0.2? 0· 6%，C < 0· 05%，P < 0· 02%，S < 0· 02%，余量為 Fe，其中，W+2Mo 5. 0 ?10. 0。
[0024] 上述各合金元素的作用及組成成分的設(shè)計依據(jù)如下：
[0025] Ni :奧氏體形成元素，添加之后產(chǎn)生磁致伸縮效應(yīng)，是合金產(chǎn)生恒彈性能的基礎(chǔ)；
[0026] Co :奧氏體形成元素，添加 Co可以大幅提高合金的居里溫度，擴大合金使用溫度 范圍；
[0027] W、Mo :鐵素體形成元素，添加 W、Mo,主要起到固溶強化作用。W、Mo的添加，引起合 金晶格畸變，阻礙位錯運動，提高合金強度；
[0028] Ti、A1 :與Ni、Co形成彌散強化的γ '相，調(diào)節(jié)合金的恒彈性能及力學性能，適當 降低Ti、A1含量可以提高合金居里溫度；
[0029] Si、Mn :添加 Si，能夠提高合金持久塑性，改善合金缺口敏感性；添加 Mn，能夠改善 合金加工性能；
[0030] c、P、S :做為雜質(zhì)元素，含量越低越好。
[0031] 上述寬溫域高強度恒彈性合金制備方法的工藝流程包括真空感應(yīng)熔煉合金電極 棒+真空自耗重溶一鍛造方述及熱乳一冷乳及真空時效熱處理。
[0032] 本發(fā)明的寬溫域高強度恒彈性合金的制備方法，包括如下步驟：
[0033] 1、熔煉
[0034] 利用真空感應(yīng)爐熔煉合金，澆鑄成自耗電極棒，真空度< IX K^Pa，熔煉過程中要 嚴格控制合金元素的燒損量，使合金的成分控制在設(shè)計范圍之內(nèi)。其中，F(xiàn)e、Ni、Co、W作為 一次加料直接放入甘鍋；Ti、Al、Si、Μη、La、Zr、B作為二次加料放入真空感應(yīng)爐料斗，待所 有原材料化清后精煉2?lOmin，之后在真空感應(yīng)爐的真空室將鋼液澆鑄為電極棒。電極棒 經(jīng)真空自耗重熔，熔煉過程真空度< 1 X l(T2Pa，進一步脫氣并細化夾雜物尺寸得到扒皮錠。
[0035] 2、開坯、熱扎
[0036] 扒皮錠低于600°C裝爐，升溫速率由扒皮錠的大小決定，經(jīng)1050?1150°C保溫 40?60min后開述鍛造成方述。再經(jīng)1080?1130°C保溫30?60min后熱乳成帶材。
[0037] 3、冷軋、熱處理
[0038] 熱軋帶材經(jīng)退火后冷軋成冷軋帶，根據(jù)最終使用的變形量要求，經(jīng)950?1050°C 固溶淬火，冷軋至最終尺寸，最后冷軋鋼板經(jīng)650?750°C保溫3?5h進行真空時效熱處 理。
[0039] 本專利涉及的寬溫域高強度恒彈性合金，是在Fe-Ni-Co系恒彈合金的基礎(chǔ)上添 加適量的1、1141，在較寬的溫度范圍內(nèi)保持低彈性模量溫度系數(shù)以及高強度，擴大儀器的 使用溫度范圍，提高儀器的精度。
[0040] 實施例：
[0041] 采用本發(fā)明化學組成成分制備的寬溫域高強度恒彈性合金，其化學組成成分如表 1所示（實施例1、實施例2、實施例3、實施例4)。真空感應(yīng)爐熔煉的4種成分合金的化學 分析結(jié)果如表2所示：
[0042] 表1熔煉合金的化學成分（wt. % )
[0043]

【權(quán)利要求】
1. 一種寬溫域高強度恒彈性合金，其特征在于： 該合金的化學組成成分（Wt. % )為Ni 34. 0?39. 0%，C〇 12. 0?18. 0%，Ti 2. 3? 3. 0%，A1 0· 3 ?0· 8%，Si 0· 3 ?0· 8%，Μη 0· 2 ?0· 6%，C < 0· 05%，P < 0· 02%，S <0.02%，余量為 Fe，其中，W+2Mo 5.0 ?10.0。
2. 如權(quán)利要求1所述的寬溫域高強度恒彈性合金，其特征在于： 該合金采用如下步驟制備：真空感應(yīng)熔煉合金電極棒+真空自耗重熔一鍛造方坯及熱 軋一冷軋及真空時效熱處理。
3. 如權(quán)利要求1所述的寬溫域高強度恒彈性合金，其特征在于： 該合金具有以下力學性能： 在-60?400°C的溫度范圍內(nèi)，其抗拉強度Rm大于1350MPa，斷裂伸長率δ大于2. 5%， 彈性模量溫度系數(shù)βΕ低于25X1(T6/°C。
4. 如權(quán)利要求1所述的寬溫域高強度恒彈性合金，其特征在于： 該合金的微觀組織為具有磁致伸縮效應(yīng)的奧氏體基體，和Ti、Al與Ni、Co形成的彌散 強化的Y ^相。
5. -種如權(quán)利要求1所述的寬溫域高強度恒彈性合金的制備方法，其特征在于： 包括如下步驟： a) 熔煉：利用真空感應(yīng)爐熔煉合金，澆鑄成自耗電極棒，真空度< IX K^Pa，自耗電極 棒經(jīng)真空自耗重熔，熔煉過程真空度< 1 X l(T2Pa，進一步脫氣并細化夾雜物尺寸得到扒皮 錠； b) 開坯、熱扎：扒皮錠低于60(TC裝爐，開坯鍛造成方坯，然后熱軋成帶材； c) 冷軋、熱處理：熱軋帶材經(jīng)退火后冷軋成冷軋帶，根據(jù)最終使用的變形量要求，經(jīng)固 溶淬火，冷軋至最終尺寸，最后對冷軋鋼板進行真空時效熱處理。
6. 如權(quán)利要求5所述的制備方法，其特征在于： 步驟a中，F(xiàn)e、Ni、Co、W作為一次加料直接放入甘鍋；Ti、Al、Si、Mn作為二次加料放入 真空感應(yīng)爐料斗，待所有原材料化清后精煉2?10分鐘，之后在真空感應(yīng)爐的真空室將鋼 液澆鑄為自耗電極棒。
7. 如權(quán)利要求5所述的制備方法，其特征在于： 步驟b中，鍛造溫度為1050?1150°C，鍛造保溫時間為40?60min。
8. 如權(quán)利要求5所述的制備方法，其特征在于： 步驟b中，熱軋溫度為1080?1130°C，熱軋保溫時間為保溫30?60min。
9. 如權(quán)利要求5所述的制備方法，其特征在于： 步驟b中，淬火溫度為950?1050°C，熱處理溫度為650?750°C，熱處理保溫時間為 3 ?5h〇
【文檔編號】C22C1/02GK104195404SQ201410466857
【公開日】2014年12月10日 申請日期:2014年9月12日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月12日
【發(fā)明者】于一鵬, 張敬霖, 張建生, 盧鳳雙, 李增, 吳濱, 張建福 申請人:鋼鐵研究總院