CN104087768B - 一种改善镍铬铁电热合金性能的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种电热合金材料制备方法，特别是一种改善镍铬铁电热合金性能的方法。本发明采用粉末冶金方法，将高纯镍粉和氧化钇粉末混合在一起，制备中间合金，将中间合金与母合金锭熔炼，利用中间合金中的高熔点、尺寸细小的金属氧化物粒子作为形核中心形成大量晶粒，得到晶粒细小的合金锭，配合后续的热处理、热轧盘条以及多道次拉拔等工艺可以有效的改善合金丝成品微观组织，有效提高合金丝的力学性能、电阻率和使用寿命。
Description
技术领域：
本发明涉及一种电热合金材料制备方法，特别是一种改善镍铬铁电热合金性能的方法。
背景技术：
电热合金是用来制造电热元件的合金材料，当电流通过合金元件时，产生焦耳效应，将电能转变成热能。目前，电热合金已经成为一种重要的工程合金材料，在国民经济中占有重要地位。电热合金按照化学成分可分为镍铬合金、镍铬铁合金和铁铬铝合金三个系列，其中，Cr20Ni35是镍铬铁合金的典型代表，它的最高使用温度为1100℃，属于中温级电热合金。我国专业生产电热合金的厂家多达上百家，但产品质量参差不齐，Cr20Ni35产品质量和使用寿命与进口合金丝相比又很大差距。研究表明，晶粒粗大是影响镍铬铁电热合金使用寿命的重要原因。本发明创造性地将高纯镍粉和氧化钇粉末制备的细化剂添加到镍铬铁母合金中，优化镍铬铁电热合金的制备工艺，通过细化晶粒，改善合金微观组织，提高合金的力学性能、电阻率和使用寿命。
发明内容：
本发明的目的在于克服现有技术中的不足，提供一种改善镍铬铁电热合金性能的方法，能够有效提高合金的力学性能、电阻率和使用寿命。
本发明的技术方案为一种改善镍铬铁电热合金性能的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
(1)采用非自耗电磁感应熔炼工艺制备母合金锭，所述母合金锭的元素组成及其质量配比为：C：0.07-0.09％、Si：0.1-0.4％、Mn：0.4-0.7％、Al：1-3％、Cr：11-13％、Ni：40-45％、Hf：0.8-2％、Nb：1.5-2.4％、V：0.5-1.5％、Mo：1-2％、B：0.05-0.1％、S≤0.001％、P≤0.001％，余量为铁和不可避免的杂质。
(2)采用粉末冶金工艺制备中间合金，包括：将1-3微米的高纯镍粉和0.1-0.2微米的氧化钇粉末采用机械球磨混合均匀，二者质量比为100∶4～6，球磨时间50-60小时，混合均匀后，将上述粉末装入放电等离子体烧结设备中，在真空条件下边加压边烧结，烧结温度为1350℃-1400℃，时间为1-2小时，随炉冷却后得到中间合金。
(3)将母合金锭和中间合金放入磁悬浮真空感应熔炼炉内，母合金锭和中间合金质量比为100∶5～7，抽真空至1×10-3Pa，充入高纯氩气至1×104Pa，在2950℃以上熔炼后随炉冷去成合金锭。
(4)均匀化退火：将合金锭放入真空热处理炉内，在真空度1×10-3Pa、温度1000℃下保温24小时后随炉冷却。
(5)热轧盘条：将试样进行热轧盘条，热轧温度：1200℃-1300℃，开轧温度：1270℃，终轧温度：990℃，每道次变形量≤10％。
(6)将热轧盘条后的坯件进行多道次拉拔、中间退火、拉拔、中间退火、拉拔，其中间退火温度为940℃-960℃，时间为20-30min，水淬，每道次变形量≤10％。
(7)漂洗后在光亮退火炉中退火，退火温度950℃，线速度为3-4m/mint，最终得到符合规格的镍铬铁电热合金成品。
所述母合金锭的元素组成及其质量配比优选为：C：0.08％、Si：0.3％、Mn：0.5％、Al：2.5％、Cr：12％、Ni：44％、Hf：1.6％、Nb：2％、V：1.1％、Mo：1.7％、B：0.09％、S≤0.001％、P≤0.001％，余量为铁和不可避免的杂质。
高纯镍粉和氧化钇粉末质量比优选为100∶5，母合金锭和中间合金质量比优选为100∶6。
本发明采用粉末冶金方法，将高纯镍粉和氧化钇粉末混合在一起，制备中间合金，将中间合金与母合金锭熔炼，利用中间合金中的高熔点、尺寸细小的金属氧化物粒子作为形核中心形成大量晶粒，得到晶粒细小的合金锭，配合后续的热处理、热轧盘条以及多道次拉拔等工艺可以有效的改善合金丝成品微观组织，有效提高合金丝的力学性能、电阻率和使用寿命。另外，本发明优化了母合金锭的组成。其中，Cr是主要的合金化元素，Cr在高温下能够形成氧化膜，有效的提高产品的高温抗氧化性，从而提高产品的使用寿命，其含量控制在11-13％为宜；微量B的加入对于改善合金塑性和加工性能具有重要作用；作为脱氧剂的Al也可以起到提高抗氧化的作用，含量控制在1-3％为宜；通过添加Hf、Nb、V和Mo元素能够有效改善合金高温力学性能。
具体实施方式：
下面通过实施例进一步阐述和理解本发明。
一种改善镍铬铁电热合金性能的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：(1)采用非自耗电磁感应熔炼工艺制备母合金锭，所述母合金锭的元素组成及其质量配比为：C：0.08％、Si：0.3％、Mn：0.5％、Al：2.5％、Cr：12％、Ni：44％、Hf：1.6％、Nb：2％、V：1.1％、Mo：1.7％、B：0.09％、S≤0.001％、P≤0.001％，余量为铁和不可避免的杂质；(2)采用粉末冶金工艺制备中间合金，包括：将1-3微米的高纯镍粉和0.1-0.2微米的氧化钇粉末采用机械球磨混合均匀，二者质量比为100∶5，球磨时间55小时，混合均匀后，将上述粉末装入放电等离子体烧结设备中，在真空条件下边加压边烧结，烧结温度为1380℃，时间为2小时，随炉冷却后得到中间合金；(3)将母合金锭和中间合金放入磁悬浮真空感应熔炼炉内，母合金锭和中间合金质量比为100∶6，抽真空至1×10-3Pa，充入高纯氩气至1×104Pa，在2950℃以上熔炼后随炉冷去成合金锭；(4)均匀化退火：将合金锭放入真空热处理炉内，在真空度1×10-3Pa、温度1000℃下保温24小时后随炉冷却；(5)热轧盘条：将试样进行热轧盘条，热轧温度：1200℃-1300℃，开轧温度：1270℃，终轧温度：990℃，每道次变形量≤10％；(6)将热轧盘条后的坯件进行多道次拉拔、中间退火、拉拔、中间退火、拉拔，其中间退火温度为950℃，时间为30min，水淬，每道次变形量≤10％；(7)漂洗后在光亮退火炉中退火，退火温度950℃，线速度为3m/mint，最终得到符合规格的镍铬铁电热合金成品。
本发明实施例能够有效提高电热合金丝的力学性能、电阻率和使用寿命，克服了现有技术中的不足，具有较广的工业应用前景。具体测试数据如下：
表1抗拉强度(MPa)和延伸率(％)
表2快速寿命测试
| 合金 | 温度(℃) | 丝材直径(mm) | 快速寿命值(h) |
| 本发明 | 1200 | 0.6 | 143 |
| Cr20Ni35 | 1200 | 0.6 | 65 |
显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而这些属于本发明的精神所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之中。
Claims (4)
1.一种改善镍铬铁电热合金性能的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：(1)采用非自耗电磁感应熔炼工艺制备母合金锭，所述母合金锭的元素组成及其质量配比为：C：0.07-0.09％、Si：0.1-0.4％、Mn：0.4-0.7％、Al：1-3％、Cr：11-13％、Ni：40-45％、Hf：0.8-2％、Nb：1.5-2.4％、V：0.5-1.5％、Mo：1-2％、B：0.05-0.1％、S≤0.001％、P≤0.001％，余量为铁和不可避免的杂质；(2)采用粉末冶金工艺制备中间合金，包括：将1-3微米的高纯镍粉和0.1-0.2微米的氧化钇粉末采用机械球磨混合均匀，二者质量比为100∶4～6，球磨时间50-60小时，混合均匀后，将上述粉末装入放电等离子体烧结设备中，在真空条件下边加压边烧结，烧结温度为1350℃-1400℃，时间为1-2小时，随炉冷去后得到中间合金；(3)将母合金锭和中间合金放入磁悬浮真空感应熔炼炉内，母合金锭和中间合金质量比为100∶5～7，抽真空至1×10-3Pa，充入高纯氩气至1×104Pa，在2950℃以上熔炼后随炉冷却成合金锭；(4)均匀化退火：将合金锭放入真空热处理炉内，在真空度1×10-3Pa、温度1000℃下保温24小时后随炉冷却；(5)热轧盘条：将试样进行热轧盘条，热轧温度：1200℃-1300℃，开轧温度：1270℃，终轧温度：990℃，每道次变形量≤10％；(6)将热轧盘条后的坯件进行多道次拉拔、中间退火、拉拔、中间退火、拉拔，其中间退火温度为940℃-960℃，时间为20-30min，水淬，每道次变形量≤10％；(7)漂洗后在光亮退火炉中退火，退火温度950℃，线速度为3-4m/min，最终得到符合规格的镍铬铁电热合金成品。
2.如权利要求1所述的一种改善镍铬铁电热合金性能的方法，所述母合金锭的元素组成及其质量配比优选为：C：0.08％、Si：0.3％、Mn：0.5％、Al：2.5％、Cr：12％、Ni：44％、Hf：1.6％、Nb：2％、V：1.1％、Mo：1.7％、B：0.09％、S≤0.001％、P≤0.001％，余量为铁和不可避免的杂质。
3.如权利要求1所述的一种改善镍铬铁电热合金性能的方法，高纯镍粉和氧化钇粉末质量比优选为100∶5。
4.如权利要求1所述的一种改善镍铬铁电热合金性能的方法，母合金锭和中间合金质量比优选为100∶6。
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