一種低成本高強(qiáng)度鈦鐵鋁碳合金的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于金屬材料技術(shù)領(lǐng)域，特別設(shè)及一種鐵合金。
【背景技術(shù)】
[0002] 鐵是一種中低密度金屬(其密度為4.5 )，具有較高的比強(qiáng)度，中溫性能好，無(wú)磁性， 具有極強(qiáng)的耐腐蝕能力，焊接性能好，是性能優(yōu)異的金屬結(jié)構(gòu)材料，在航空、航天、艦船、核 電、武器裝備、石油開(kāi)采和生物醫(yī)學(xué)材料等高端技術(shù)領(lǐng)域日益占據(jù)主導(dǎo)地位。鐵材料多W合 金形式應(yīng)用，如通過(guò)加入各類β相穩(wěn)定元素即鋼、鶴、饑、銘、妮、粗、儘、鉆等獲得的TB型鐵合 金強(qiáng)度較高，是高性能鐵合金研發(fā)應(yīng)用的重要內(nèi)容。由于一些β相穩(wěn)定元素烙點(diǎn)較高，難W 烙煉，例如饑(烙點(diǎn)1890°C)、鋼(烙點(diǎn)2610°C)、銘(烙點(diǎn)1907°C)、粗(烙點(diǎn)2996°C)、鶴(烙點(diǎn) 3380°C)，運(yùn)些高烙點(diǎn)原料的使用必將提高鐵合金的制造成本。另外，根據(jù)粗略市場(chǎng)調(diào)查，一 些合金化元素的價(jià)格高昂，例如，饑(約3000元/KG)、鋼（約500元/KG)、銘（約650元/KG)、粗 (約4800元/KG)、鶴(約500元/KG)。綜合所述，低成本元素的采用更利于鐵合金的應(yīng)用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本發(fā)明的目的在于提供一種原料的烙點(diǎn)和成本均較低的低成本高強(qiáng)度鐵鐵侶碳 合金。
[0004] 本發(fā)明的鐵鐵侶碳合金是一種具有較高鐵元素及碳元素含量的TB型鐵鐵侶碳合 金，它的化學(xué)成分質(zhì)量百分比為:Fe 14.5-15.5%、A1 3.5-4.5%、C 0.06-0.09%，余量為 Ti和不可避免的雜質(zhì)。
[0005] 上述鐵鐵侶碳合金的制備方法如下：
[0006] 將上述成分的合金置于電弧爐的水冷銅相蝸中，利用真空非自耗電弧爐進(jìn)行烙 煉，烙煉前電弧爐的背底真空高于2.0Xl(T2Pa，弧焊電源電流工作范圍為300-500A，電壓工 作范圍為15-30V，烙煉溫度為2300-2800°C，單個(gè)鑄錠每次烙煉時(shí)間為3-4分鐘，反復(fù)烙煉最 少8次，烙煉完畢的合金錠隨相蝸冷卻，烙煉均勻的合金從相蝸中取出后，用于鑄造態(tài)合金 性能分析或后續(xù)加工。
[0007] 根據(jù)鐵鐵二元合金相圖，富鐵一端的合金由鐵基體和鐵鐵相組成，基體β鐵為體屯、 立方相，具有極佳的塑性，鐵鐵相作為合金化合物相，在基體中主要起到強(qiáng)化的作用。通過(guò) 合理選擇合金成分及加入其它合金元素如侶、碳等，實(shí)現(xiàn)細(xì)化基體組織和第二相，優(yōu)化合金 的相組成，改善其形貌和分布，可W進(jìn)一步提高合金的力學(xué)性能。本發(fā)明中Fe為主要合金化 元素，A1為次要合金化元素，C為微量合金化元素。所用合金元素的作用包括穩(wěn)定β相、固溶 強(qiáng)化、第二相強(qiáng)化、改善合金微觀組織及降低合金中氧元素對(duì)性能的影響等。
[000引本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有如下優(yōu)點(diǎn)：
[0009] 1、本發(fā)明W鐵合金體系為對(duì)象，W鐵鐵兩種元素為合金主體，通過(guò)加入少量侶元 素和微量碳元素，使其成為具有較高強(qiáng)度和一定塑性的鐵合金。
[0010] 2、不僅較容易烙煉，而且成本低廉。
【附圖說(shuō)明】
[0011]圖1為本發(fā)明實(shí)施例1制備的鐵鐵侶碳合金鑄態(tài)單軸壓縮條件下的工程應(yīng)力-應(yīng)變 曲線圖；
[0012]圖2為本發(fā)明實(shí)施例1制備的鐵鐵侶碳合金鑄態(tài)的金相顯微組織圖。
【具體實(shí)施方式】 [oou]實(shí)施例1
[0014] 用81克純鐵絲、15克碳含量為0.56%的鐵碳合金和4克純侶等原料配料，用非自耗 真空電弧爐烙煉。烙煉時(shí)電弧爐的背底真空高于2.0X10-中a，弧焊電源工作電流為400A， 工作電壓為20V，烙煉溫度最佳約為2800°C，單個(gè)鑄錠每次烙煉時(shí)間為4分鐘，合金經(jīng)初次烙 煉成一個(gè)整體后，在相蝸中翻面進(jìn)行二次烙煉，如此反復(fù)，共計(jì)8次，烙煉完畢的合金錠隨相 蝸冷卻，烙煉均勻的合金從相蝸中取出后，制得高強(qiáng)度鐵鐵侶碳合金。
[0015] 待合金烙煉完畢，用電火花線切割從合金錠不同位置切下半徑為5m的高為10mm的 圓柱試樣，用帶有引伸計(jì)的壓縮力學(xué)試驗(yàn)機(jī)進(jìn)行力學(xué)性能測(cè)試。測(cè)試結(jié)果表明合金具有優(yōu) 異的機(jī)械性能，具體如下表：
[0016] 表一社制態(tài)本發(fā)明合金的基本力學(xué)性能
[0017]
[0018] 如圖1所示，可W看出：所制備的合金的屈服強(qiáng)度較高，并且在單軸壓縮條件下其 延伸率超過(guò)15%，是一種兼具較高強(qiáng)度和塑性的高性能鐵合金材料。
[0019] 如圖2所示，可W看出合金的顯微組織由鐵基體和在基體中均勻分布的強(qiáng)化相組 成，其中鐵基體的平均晶粒尺寸大于50微米，強(qiáng)化相大于10微米。
[0020] 實(shí)施例2
[0021 ]用81.5克純鐵絲、15克碳含量為0.45 %的鐵碳合金和3.5克純侶等原料配料，用非 自耗真空電弧爐烙煉。烙煉時(shí)電弧爐的背底真空高于2.0 Xl(T2Pa，弧焊電源工作電流為 500A，工作電壓為30V，烙煉溫度最佳約為2300°C，單個(gè)鑄錠每次烙煉時(shí)間為4分鐘。合金經(jīng) 初次烙煉成一個(gè)整體后，在相蝸中翻面進(jìn)行二次烙煉，如此反復(fù)，共計(jì)8次，烙煉完畢的合金 錠隨相蝸冷卻，烙煉均勻的合金從相蝸中取出后，制得高強(qiáng)度鐵鐵侶碳合金。
[0022] 實(shí)例3
[0023] 用82克純鐵絲、15克碳含量為0.5 %的鐵碳合金和3克純侶等原料配料，用非自耗 真空電弧爐烙煉。烙煉時(shí)電弧爐的背底真空高于2.0Xl0-中a，弧焊電源工作電流為300A，工 作電壓為15V，烙煉溫度最佳約為2500°C，單個(gè)鑄錠每次烙煉時(shí)間為3分鐘。合金經(jīng)初次烙煉 成一個(gè)整體后，在相蝸中翻面進(jìn)行二次烙煉，如此反復(fù)，共計(jì)8次，烙煉完畢的合金錠隨相蝸 冷卻，烙煉均勻的合金從相蝸中取出后，制得高強(qiáng)度鐵鐵侶碳合金。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種低成本高強(qiáng)度鈦鐵鋁碳合金，其特征在于：它是一種具有較高鐵元素及碳元素 含量的TB型鈦鐵鋁碳合金，它的化學(xué)成分質(zhì)量百分比為:Fe 14.5-15.5%、A1 3.5-4.5%、C 0.06-0.09%，余量為Ti和不可避免的雜質(zhì)。2. 權(quán)利要求1的鈦鐵鋁碳合金的制備方法，其特征在于:將上述成分的合金置于電弧爐 的水冷銅坩堝中，利用真空非自耗電弧爐進(jìn)行熔煉，熔煉前電弧爐的背底真空高于2.0 X 10 一 2Pa，弧焊電源電流工作范圍為300-500A，電壓工作范圍為15-30V，熔煉溫度為2300-2800 °C，單個(gè)鑄錠每次熔煉時(shí)間為3-4分鐘，反復(fù)熔煉最少8次，熔煉完畢的合金錠隨坩堝冷卻， 熔煉均勻的合金從坩堝中取出后，用于鑄造態(tài)合金性能分析或后續(xù)加工。
【專利摘要】一種低成本高強(qiáng)度鈦鐵鋁碳合金，其化學(xué)成分質(zhì)量百分比為：Fe？14.5-15.5％，Al？3.5-4.5％，C？0.06-0.09％，余量為Ti和不可避免的雜質(zhì)。上述鈦鐵鋁碳合金的制備方法主要是將上述成分的合金置于電弧爐的水冷銅坩堝中進(jìn)行熔煉，熔煉前電弧爐的背底真空高于2.0×10-2Pa，弧焊電源電流工作范圍為300-500A，電壓工作范圍為15-30V，熔煉溫度為2300-2800℃，單個(gè)鑄錠每次熔煉時(shí)間為3-4分鐘，反復(fù)熔煉最少8次，熔煉完畢的合金錠隨坩堝冷卻，熔煉均勻的合金從坩堝中取出后，用于鑄造態(tài)樣品性能分析或后續(xù)加工。本發(fā)明的鈦鐵鋁碳合金具有較高強(qiáng)度和一定塑性的鈦合金，不僅較容易熔煉，而且成本低廉。
【IPC分類】C22C14/00, C22C1/02
【公開(kāi)號(hào)】CN105506376
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510979939
【發(fā)明人】賈元智, 劉嘉偉, 馬杰, 馬明臻, 劉日平
【申請(qǐng)人】燕山大學(xué)
【公開(kāi)日】2016年4月20日
【申請(qǐng)日】2015年12月24日