CN101379210B - 铁-镍-钴-合金 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及在CFK-模具制造中铁-镍-钴-合金的用途，该合金具有下列组成成分(质量％)Ni 30-35％，Co 3-6％，Al 0.001-0.1％，Mn0.005-0.5％，Si 0.005-0.5％，C最大为0.1％，余量Fe和制备条件下的杂质，其中合金在20-200℃的温度范围中具有＜2.0×10-6/K的平均热膨胀系数。

Description

铁-镍-钴-合金
技术领域
本发明涉及一种铁-镍-钴-合金的用途。
背景技术
在越来越大的范围内，经碳纤维增强的塑料(CFK)也用于制备与安全相关产品(如在飞机制造中)的构件也越来越多地由碳纤维增强了的塑料(CFK)制备。为了制备这类产品，工具(模具)是必要的，在所述工具中粘稠的树脂-碳纤维-胶体(Gelege)在约180℃的温度下硬化。在所谓的RTM(树脂传递成型)-方法中将碳纤维纺织物加入到模具中，将模具抽真空和随后向模具中注入树脂。在约180℃下硬化后，构件从工具中取出。作为用于这种模具的材料使用是C-钢或者是具有微小膨胀系数的合金(具有36％镍的铁，Ni36)，其典型地具有1.6-2.5×10-6K-1的平均热膨胀系数。
所述RTM-模具的使用伴随着困难和高昂的费用，因为在硬化后构件很难从模具中再脱出，并且附加地构件必须进行费用昂贵的精加工，从而才能满足对它的功能的要求。
发明内容
因此，本发明的目的在于，提供一种用于这种模具的合金，用这种合金可以简单地克服所述的困难。
所述目的通过在CFK-模具制造中使用一种铁-镍-钴-合金而实现，所述合金具有下列组成成分(质量％)
Ni    30-35％
Co    3-6％
Al    0.001-0.1％
Mn  0.005-0.5％
Si  0.005-0.5％
C   最大为0.1％
余量铁和制备条件下的杂质。
其中合金在20-200℃的温度范围内具有＜2.0×10-6/K的平均热膨胀系数。
本发明主题的有利的进一步的构成可由从属权利要求中获得。
视应用范围而定，Ni-含量可在32-34.5，根据需要也可在32.5-33.5％的范围内调节。
一种优选的合金通过下列的组成(质量％)而显得突出：
Ni    32.5-34.5％
Co    ＞3.0-5.5％
Al    0.001-0.5％
Mn    0.005-0.1％
Si    0.005-0.1％
C     0.005-0.05％
余量铁和制备条件下的杂质。
其中所述合金在20-200℃的温度范围内具有＜1.5×10-6/K的平均热膨胀系数。
对于在待使用的合金中的伴生元素可以有利地具有下列最大含量的以下元素：
Cr    最大为0.1％
Mo    最大为0.1％
Cu    最大为0.1％
Ti    最大为0.1％
Mg    最大为0.005％
B     最大为0.005％
N     最大为0.006％
O     最大为0.003％
S     最大为0.005％
P     最大为0.008％
Ca    最大为0.005％
Zr    最大为0.05％。
另一种优选待使用的合金的特征在于下列化学组成(质量％)：
Ni    32.5-34.5％
Co    ＞3.5至＜4.5％
Mo    最大为0.05％
Cr    最大为0.05％
C     最大为0.009％
Mn    最大为0.04％
Si    最大为0.03％
S     最大为0.003％
N     最大为0.004％
Ti    最大为0.01％
Cu    最大为0.05％
P     最大为0.005％
Al    0.001-0.05％
Mg    最大为0.0008％
Ca    最大为0.001％
Zr    最大为0.03％
O     最大为0.006％
余量铁和制备条件下的杂质。
其中所述合金在20-200℃的温度范围内具有＜1.3×10-6/K的平均热膨胀系数。
有利地将所述模具作为铣削部件由经加热成型(经锻造或经轧制)或经浇铸的实心材料加工而成，并根据需要随即退火。所述合金也可以以线材的形式，特别作为焊接添加料在制备模具时使用。
一种优选的所述合金的应用的情况是在飞机制造中，其中所述合金可作为模具构件使用，特别是用来生产具有RTM-技术的CFK-衬板()。其它飞机构件，其同样以CFK-轻型结构方式制得的，可以用由上述建议的合金制成的构件同样地生产。
相对于迄今为止所用的基于Ni36的合金，构件可由这种合金制成的模具中容易地取出，因为在硬化过程后模具的热收缩是较小的。通过适宜的模具构造，构件可以这样地取出，以致于不用精加工而具备它的功能。
此外，通过从模具中更简单地取出构件提高了模具的寿命，因为不必使用尖角的工具，以从模具中脱去构件。
在表1中示例性地列出了根据本发明的铁-镍-钴-合金(E1，E2，E3，E4，E5，E6)与其他的经检测的铁-镍-钴-合金(T1，U1)相比的化学组成。
  元素(％)   E1   E2   E3   E4   E5   E6
  C   0.002   0.047   0.002   0.008   0.002   0.036
  S   0.0023   0.0009   0.0006   0.0015   0.0004   0.0011
  N   0.001   0.001   0.001   0.001
  Cr   0.02   0.01   ＜0.01   ＜0.01   ＜0.01   0.01
  Ni   34.20   34.25   32.75   32.80   32.80   32.55
  Mn   ＜0.01   ＜0.01   ＜0.01   ＜0.01   ＜0.01   ＜0.01
  Si   0.07   ＜0.01   ＜0.01   ＜0.01   ＜0.01   ＜0.01
  Mo   0.01   0.02   0.01   0.01   0.05
  Ti   ＜0.01   ＜0.01   ＜0.01   ＜0.01   ＜0.01   ＜0.01
  Cu   0.01   ＜0.01   ＜0.01   ＜0.01   ＜0.01   ＜0.01
  P   0.002   0.002   0.002   0.002   0.002   0.002
  Al   0.004   0.007   0.001   0.005   0.005   0.014
  Mg   0.0004   0.0003   0.0003   0.0003   0.0002   0.0003
  Ca   0.0004   ＜0.001   0.0006   0.0006   0.0007   ＜0.001
  Co   3.1   3.1   3.38   3.9   4.45   4.9
  Fe   余量   余量   余量   余量   余量   余量
  元素(％)   T1   U1
  C   0.004   0.002
  S   0.0008   0.0025
  N   0.001
  Cr   0.01   0.02
  Ni   35.50   34.20
  Mn   0.03   ＜0.01
  Si   0.04   0.11
  Mo   0.09
  Ti   ＜0.01   ＜0.01
  Cu   0.05   0.01
  P   0.002   0.003
  Al   0.011   0.010
  Mg   0.0006   0.0005
  Ca   0.0002   0.0003
  Co   1.44   2.3
  Fe   余量   余量
根据本发明的合金E1-E3以及E6在20-200℃的温度范围内达到在1.5至＜2.0×10-6/K范围内的热膨胀系数。
本发明的合金E4和E5在20-200℃的温度范围内达到更低的约1.3×10-6/K的膨胀系数，使得用所述合金E4和E5实现了在低热膨胀的同时与提高的强度的结合。

Claims (6)

1.在低热膨胀的同时具有提高的强度的铁-镍-钴-合金在CFK-模具制造中的用途，所述合金具有下列组成(质量％)
Ni    32.5-34.5％
Co    ＞3.0-5.5％
Al    0.001-0.1％
Mn    0.005-0.1％
Si    0.005-0.1％
C    0.005-0.05％
具有下列最大-含量(质量％)的伴生元素
Cr    最大0.1％
Mo    最大0.1％
Cu    最大0.1％
Ti    最大0.1％
Mg    最大0.005％
B     最大0.005％
N     最大0.006％
O     最大0.003％
S     最大0.005％
P     最大0.008％
Ca    最大0.005％
Zr    最大0.05％
余量Fe和制备条件下的杂质，
其中所述合金在20-200℃的温度范围内具有＜1.5×10-6/K的平均热膨胀系数并且大型的半成品以板材、带材或管材的形式使用。
2.根据权利要求1的用途，所述合金具有下列组成(质量％)
Ni    32.5-33.5％
Co    ＞3.5至＜4.5％ 
Mo    最大0.05％
Cr    最大0.05％
C     最大0.009％
Mn    最大0.04％
Si    最大0.03％
S     最大0.003％
N     最大0.004％
Ti    最大0.01％
Cu    最大0.05％
P     最大0.005％
Al    0.001-0.05％
Mg    最大0.0008％
Ca    最大0.003％
Zr    最大0.05％
O     最大0.005％
余量铁和制备条件下的杂质，
其中所述合金在20-200℃的温度范围内具有＜1.3×10-6/K的平均热膨胀系数。
3.根据权利要求1或2的用途，根据需要附加地包含含量为0.001-0.1％(质量％)的Nb。
4.根据权利要求1-3中任一项的用途，作为模具构件用于生产由碳纤维增强的塑料制成的飞机构件。
5.根据权利要求1-3中任一项的用途，作为锻造部件。
6.根据权利要求1-3中任一项的用途，作为浇铸部件。 
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