CN100537818C

CN100537818C - 一种具有高磁感低频率温度系数的恒弹性合金

Info

Publication number: CN100537818C
Application number: CNB2008101133630A
Authority: CN
Inventors: 张建福; 赵栋梁; 卢凤双; 陈建刚; 张建生; 张敬霖; 万成绪; 毕晖
Original assignee: Central Iron and Steel Research Institute
Current assignee: Central Iron and Steel Research Institute
Priority date: 2008-05-29
Filing date: 2008-05-29
Publication date: 2009-09-09
Anticipated expiration: 2028-05-29
Also published as: CN101280396A

Abstract

本发明属于合金钢材料领域，特别涉及一种具有高磁感低频率温度系数的恒弹性合金。该合金的化学组成成分(重量%)为：Ni：43.00-47.00%，Cr：2.00-4.00%，Co：2.00-5.00%，Ti：0.40-1.00%，Al：0.10-0.50%，C≤0.015%，S≤0.010%，P≤0.010%，Si≤0.70%，Mn≤0.70%，其余为Fe。本发明恒弹性合金与现有技术相比具有优良性能的高磁感低频率温度系数的优点。合金的弹性模量温度系数|βf|＜5×10^-6/℃，饱和磁感应强度Bs接近9000Gs，室温E值＞180GPa。

Description

一种具有高磁感低频率温度系数的恒弹性合金

技术领域

本发明属于合金钢材料领域，特别涉及一种具有高磁感低频率温度系数的恒弹性合金。

背景技术

恒弹性合金是指在所使用的温度区间内，弹性模量或者元件的固有振动频率随环境温度的变化基本保持不变的合金。恒弹性合金主要分为铁磁型(Fe-Ni系、Fe-Co系)、反铁磁型(Mn系合金等)和顺磁型(Nb系合金等)三大类。在各类恒弹性合金中，只有铁磁型合金具有小频率温度系数、较高的磁感应强度、保持恒弹性的使用温度区间宽、易加工等优异的综合性能，故获得广泛应用。

铁磁型恒弹性合金主要有Fe-Ni系和Fe-Co系两类，国际上Fe-Ni系合金应用最多，如Ni-Span C、Ni-Span D、3J53、3J58等，在使用温度范围内(-40—80℃)，其频率温度系数|βf|<5×10^-6/℃，饱和磁感应强度Bs<8000Gs。合金的饱和磁化强度相对较低，不能在某些特定的工作条件下工作。随着科技的发展，要求弹性材料不仅具有小的频率温度系数，亦要求材料具有更高的饱和磁感应强度以满足使用要求。

发明内容

本发明的目的是提出一种具有高磁感低频率温度系数的恒弹特性合金。

基于上述目的，我们在合金的成分设计上采用Fe-42Ni-Cr-Ti-Al(3J58)为主要成分。研制材料中Ni与Fe元素的合理配比是合金产生弹性反常的基础，它们对合金的恒弹特性起主导作用；Cr降低合金弹性模量温度系数对成分的敏感性，同时Cr的固溶强化作用可提高合金力学性能与机械品质因数；Ti、Al是弥散强化相的形成元素，析出相对合金的恒弹性、力学性能和Q值的调制起重要作用；要获得具有特殊性能要求的恒弹性合金，根据合金中各个元素的作用，需合理调配，设计合金成分时适当提高Ni含量、降低Cr、Ti、Al等的含量，同时适量添加Co等合金元素使合金具有独特的综合性能。

本发明合金的化学组成成分(重量％)为：Ni：43.00-47.00％，Cr：2.00-4.00％，Co：2.00-5.00％，Ti：0.40-1.00％，Al：0.10-0.50％，C≤0.015％，S≤0.010％，P≤0.0105，Si≤0.70％，Mn≤0.70％，其余为Fe。

上述各元素的作用及配比依据如下：

Ni：奥氏体形成元素，是产生恒弹性能的基础，Ni含量的适当提高，有助于合金使用温度的增加。

Cr：降低合金弹性模量温度系数对成分的敏感性，同时Cr的固溶强化作用可提高合金力学性能与机械品质因数，适当的降低Cr含量有助于合金饱和磁感应强度和居里温度的升高。

Ti、Al：弥散强化相的形成元素，析出相对合金的恒弹性、力学性能的调制起重要作用。适当的降低Ti、Al含量有助于合金饱和磁感应强度和居里温度的升高。

Co：奥氏体形成元素，Co元素的添加，能够强烈的增加合金饱和磁感应强度和居里温度的升高。

C、S、P、Si、Mn：在能够保证合金加工性的前提下，尽量降低含量

本发明采用与现有技术相近似的制备方法：

采用适当的加工工艺和热处理工艺等合金的制备方法。通过如下步骤制备高磁感低频率温度系数的恒弹性合金：

1、熔炼

熔炼合金前要用真空感应炉提纯纯铁，去除纯铁中的气体和C、S、P等杂质，金属Ni和Fe的表面氧化层要经磨光去除。合金熔炼在真空感应炉中进行，真空度≤1×10^-1Pa，熔炼过程中要严格控制合金元素的烧损量。

2、均匀化处理

将合金锭置于高温炉中进行长时间均匀化退火处理，处理后扒皮并取样分析合金的化学成分。

3、开坯、热扎

扒皮锭开坯时低于600℃装炉，合金锭的大小决定合金锭的升温速度快慢，经1100-1200℃保温适当时间后开始锻造成方坯。再1100-1180℃保温保温适当时间后热轧成圆棒。

4、固溶热处理

圆棒溶热处理温度为900-1050℃，保温20-60分钟，迅速淬水，获得晶粒细小的单相奥氏体组织。在保证完全固溶的条件下，应尽量选则较低的固溶温度。

5、冷拉

光亮棒材通过不同冷变形量冷拉至所需尺寸。冷拉过程中注意选择润滑剂和道次变形量，做到表面无划痕。

本发明恒弹性合金与现有技术相比具有优良性能的高磁感低频率温度系数的优点。合金的弹性模量温度系数|βf|<5×10^-6/℃，饱和磁感应强度Bs接近9000Gs，室温E值>180GPa。

附图说明

图1本发明合金的频率温度曲线图。

图2本发明合金的磁化曲线图。

具体实施方式

1、利用25Kg真空感应炉制备4个成分的高磁感宽温度范围的恒弹性合金钢锭如表1所示：

2、将合金锭于1100℃经1小时均匀化退火处理，于1100℃保温1小时锻造成方坯，方坯经1130℃保温1小时后热轧成圆棒，圆棒在980℃保温1小时固溶处理后淬水，得到固溶状态合金圆棒。

3、对固溶态合金棒材进行冷拉后分别进行610℃、660℃、700℃×3h真空时效处理，所得的时效后的合金具有性能如表2所示：

4、将No.3合金经1030℃淬火处理，再经冷加工后，进行630℃时效处理的试样，其连续测量随温度降低时合金的共振频率f值，结果如图1。如图2为合金的磁化曲线图。

通过优化合金元素配合适当的制备工艺，制备了具有优良性能的高磁感低频率温度系数的恒弹性合金。研制合金的弹性模量温度系数|βf|<5×10^-6/℃，饱和磁感应强度Bs接近9000Gs，室温E值>180GPa。

表1 本发明合金实施例与对比例的化学成分对比表

表2 本发明合金实施例与对比例的性能对比表

Claims

1、一种具有高磁感低频率温度系数的恒弹性合金，其特征在于该合金的化学组成成分(重量％)为：Ni：43.00-47.00％，Cr：2.00-4.00％，Co：2.00-5.00％，Ti：0.40-1.00％，Al：0.10-0.50％，C≤0.015％，S≤0.010％，P≤0.010％，Si≤0.70％，Mn≤0.70％，其余为Fe。