CN105463288B - 高强高塑耐氯离子腐蚀的铸造合金及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种高强高塑耐氯离子腐蚀的铸造合金及其制备方法，所述高强高塑耐氯离子腐蚀的铸造合金，由重量配比如下的各组分制备而成：Al 4‑9份；Cr 11‑17份；Fe 30‑45份；Ni 25‑42份；Mn 0.1‑1.0份；Si 0.1‑0.4份；C 0.01‑0.02份。所述Al、Co、Mn、Cr、Fe和Ni皆选用纯度为99wt％以上的工业级纯原料。本发明高强高塑耐氯离子腐蚀的铸造合金配方科学、合理，其制备方法简单、易行。该合金耐氯离子腐蚀性能优异，且具有极佳的强度和塑形性，其铸态下的拉伸断裂强度真应变高达1.4Gpa，屈服强度高达890Mpa。

Description

高强高塑耐氯离子腐蚀的铸造合金及其制备方法
技术领域
本发明涉及合金技术，尤其涉及一种高强高塑耐氯离子腐蚀的铸造合金及其制备方法。
背景技术
目前常用的耐氯离子腐蚀的不锈钢屈服强度在500Mpa左右，这些不锈钢都需要经过复杂的轧制及热处理工艺，才能获得500Mpa的屈服强度。而很多关键的金属合金部件要求耐氯离子腐蚀的同时，还要有高的屈服强度，且不能轧制。如破冰船用的螺旋桨，要求桨叶材料的屈服强度高于750Mpa，拉伸塑性超过15％，且整个螺旋桨要整体浇铸，不能轧制。目前市面上所有的不锈钢都不能满足相关要求。鉴于上述市场需求，我们研发了不需要轧制以及复杂热处理工艺，仅仅使用不同铸造技术，一次浇铸成型后的合金母材，就具有远超不锈钢的强度和塑性，同时耐氯离子腐蚀，具有潜在的巨大经济价值。
现有技术存在的主要瓶颈是，铸态的不锈钢合金强度远远达不到特种部件使用要求，必须经过后续的加工以及复杂的热处理工艺才能达到较高的强度和塑性。但另一方面像大型破冰船螺旋桨这种特种部件是不允许进行轧制等加工变形处理的。所以亟待一种高强高塑的铸造合金，以满足特种部件的需求。
发明内容
本发明的目的在于，针对高性能部件不允许轧制，只能通过一次浇铸成型而使合金具有高的强度和塑性，且同时具有良好的耐腐蚀性能的难题，提出一种高强高塑耐氯离子腐蚀的铸造合金，该合金耐氯离子腐蚀性能优异，且具有极佳的强度和塑形性。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种高强高塑耐氯离子腐蚀的铸造合金，由重量配比如下的各组分制备而成：
进一步地，高强高塑耐氯离子腐蚀的铸造合金，由重量配比如下的各组分制备而成：
进一步地，所述Al、Mn、Cr、Fe和Ni皆选用纯度为99wt％以上的工业级纯原料。
本发明的另一个目的还公开了一种高强高塑耐氯离子腐蚀的铸造合金的制备方法，包括以下步骤：将各组分混合后采用大气中频感应炉真空熔炼，获得高强高塑耐氯离子腐蚀的铸造合金。
进一步地，所述大气中频感应炉真空熔炼包括以下步骤：熔配合金时，所述Al、Cr和Mn放在最下面，所述Fe、C、Si和Ni放在最上面，抽真空至5×10-2pa至5×10-3pa的真空度时充入-0.03Pa至-0.06Pa的氩气或者氮气，然后感应炉熔炼熔化合金液保温温度定为1300-1500摄氏度，优选为1400摄氏度，完全熔化后合金液的均匀化保温时间为5-20分钟，优选为10分钟。本发明将沸点较低的易挥发原料Al、Mn和Cr放在最下面，将沸点较高的原料Fe、C、Si和Ni放在最上面，以减少熔炼时由挥发造成的质量损失。其中Al、Cr和Mn的具体放置顺序不限，Fe、C、Si和N的具体放置顺序不限。
本发明高强高塑耐氯离子腐蚀的铸造合金配方科学、合理，其制备方法简单、易行，与现有技术相比较具有以下优点：
1、本发明高强高塑耐氯离子腐蚀的铸造合金的强化机理：将上述配比的物料浇铸成型，能获得一种较软的FCC相和较硬的调幅BCC/B2结构交替组成的复合结构。该复合结构由片层状结构和调幅结合构成，具有很好的强度和塑形以及优良的铸造性能。经检测本发明高强高塑耐氯离子腐蚀的铸造合金铸态下的拉伸断裂强度真应变高达1.4Gpa，屈服强度高达890Mpa。屈服强度和断裂强度是普通铸钢的近3倍，但成本和304不锈钢相当；耐氯离子腐蚀性接近304不锈钢，但是铸态强度远超304等不锈钢；
2、本发明高强高塑耐氯离子腐蚀的铸造合金耐氯离子腐蚀性佳，经检测在相同腐蚀条件下，本发明铸造合金腐蚀穿透时间比纯铜穿透时间三倍还多；
3、本发明高强高塑耐氯离子腐蚀的铸造合金的制备方法简单，惰性保护气体下的感应熔炼制备，浇铸成型即可。该合金能直接浇铸成型，不需要热处理和后续复杂的加工工艺，即能拥有优良的力学性能。
附图说明
图1为实施例1高强高塑耐氯离子腐蚀的铸造合金的透射电镜照片；
图2为图1透射明场像中较软的FCC相的电子衍射照片；
图3为图1中透射明场像中的调幅BCC/B2结构的电子衍射照片；
图4为实施例1高强高塑耐氯离子腐蚀的铸造合金的扫描电镜照片；
图5为实施例1高强高塑耐氯离子腐蚀的铸造合金的扫描电镜照片；
图6为实施例1高强高塑耐氯离子腐蚀的铸造合金的XRD附图；
图7为实施例1高强高塑耐氯离子腐蚀的铸造合金的工程应变和真应变曲线；
图8为实施例1高强高塑耐氯离子腐蚀的铸造合金和纯Cu以及超级304不锈钢的电化学腐蚀曲线。
具体实施方式
以下结合实施例对本发明进一步说明：
实施例1
本实施例公开了一种高强高塑耐氯离子腐蚀的铸造合金，由重量配比如下的各组分制备而成：Al 5份；Cr 12份；Fe45份；Ni 40份；Mn 0.5份；Si 0.2份；C 0.01份。所述Al、Co、Mn、Cr、Fe和Ni皆选用纯度为99wt％以上的工业级纯原料。
本实施例高强高塑耐氯离子腐蚀的铸造合金的制备方法如下：熔配合金时，Al和Cr原料放在最下面，Fe、Co和Ni放在最上面，抽真空至5×10-3pa的真空度时充入-0.05Pa的氩气或者氮气，然后感应炉熔炼熔化后合金液的保温温度定为1480摄氏度，完全熔化后合金液的均匀化保温时间为10分钟，浇铸凝固后合金将反应生成FCC和BCC/B2调幅结构混合组织。
如图1-3所示，本实施例高强高塑耐氯离子腐蚀的铸造合金这是这个合金形成的是一种特殊的独有的结构，清晰的看到较软的FCC片层结构和较硬的BCC和B2复合强化调幅结构。合金耐腐蚀性试验过程如下：配制5％体积百分比高氯酸酒精溶液，试样厚度为50微米，对比试样纯铜的厚度也是50微米。纯铜仅需要3分钟时间，双喷高氯酸腐蚀性溶液就能腐蚀穿透，而本例实施合金需要10分钟时间双喷高氯酸腐蚀性溶液才能腐蚀穿透。
图4本实施例高强高塑耐氯离子腐蚀的铸造合金的宏观形貌，粗晶内部存在细微的二次结构；图5本实施例高强高塑耐氯离子腐蚀的铸造合金放大显微照片，显示由面条状的FCC相和调幅BCC/B2相构成；图6本实施例高强高塑耐氯离子腐蚀的铸造合金的XRD图谱，从XRD衍射结果可以看出，该合金由FCC固溶体相加有序BCC固溶体相组成
如图7所示，本实施例高强高塑耐氯离子腐蚀的铸造合金的工程应变和真应变曲线，其中工程应变：屈服强度780Mpa，断裂强度1228Mpa，拉伸延伸率17％；真应变：屈服强度796MPa，断裂强度1437MPa，拉伸延伸率15.7％。图8是纯铜和本铸造合金以及超级304不锈钢的3.5％wtNaCl溶液电化学腐蚀曲线。从曲线可以看出，本铸造合金在氯离子中的耐腐蚀性好于纯Cu，接近超级304不锈钢。基于上述特性本实施例所述高强高塑耐氯离子腐蚀的铸造合金能广泛用于对强度和塑形要求较高的结构承力材料领域，例如海洋船只建造等领域。
实施例2
本实施例公开了一种高强高塑耐氯离子腐蚀的铸造合金，由重量配比如下的各组分制备而成：Al 9份；Cr 10份；Fe40份；Ni 30份；Mn 0.8份；Si 0.3份；C 0.01份。所述Al、Co、Mn、Cr、Fe和Ni皆选用纯度为99wt％以上的工业级纯原料。
本实施例高强高塑耐氯离子腐蚀的铸造合金的制备方法如下：熔配合金时，Al和Cr原料放在最下面，Fe、Co和Ni放在最上面，抽真空至5×10-3pa的真空度时充入-0.05Pa的氩气或者氮气，然后感应炉熔炼熔化后合金液的保温温度定为1300摄氏度，完全熔化后合金液的均匀化保温时间为20分钟，浇铸凝固后合金将反应生成FCC和BCC/B2调幅结构混合组织。
经检测本发明高强高塑耐氯离子腐蚀的铸造合金铸态下的拉伸断裂强度真应变高达1.4Gpa，屈服强度高达890Mpa。
实施例3
本实施例公开了一种高强高塑耐氯离子腐蚀的铸造合金，由重量配比如下的各组分制备而成：Al 9份；Cr 15份；Fe35份；Ni 30份；Mn 0.8份；Si 0.3份；C 0.02份。所述Al、Co、Mn、Cr、Fe和Ni皆选用纯度为99wt％以上的工业级纯原料。
本实施例高强高塑耐氯离子腐蚀的铸造合金的制备方法如下：熔配合金时，Al和Cr原料放在最下面，Fe、Co和Ni放在最上面，抽真空至5×10-3pa的真空度时充入-0.05Pa的氩气或者氮气，然后感应炉熔炼熔化后合金液的保温温度定为1500摄氏度，完全熔化后合金液的均匀化保温时间为20分钟，浇铸凝固后合金将反应生成FCC和BCC/B2调幅结构混合组织。
经检测本发明高强高塑耐氯离子腐蚀的铸造合金铸态下的拉伸断裂强度真应变高达1.30Gpa，屈服强度高达800Mpa。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (3)

1.一种高强高塑耐氯离子腐蚀的铸造合金，其特征在于，由重量配比如下的各组分制备而成：
所述高强高塑耐氯离子腐蚀的铸造合金的制备方法包括以下步骤：将各组分混合后采用大气中频感应炉真空熔炼，获得高强高塑耐氯离子腐蚀的铸造合金；
所述大气中频感应炉真空熔炼包括以下步骤：熔配合金时，所述Al、Cr和Mn放在最下面，所述Fe、C、Si和Ni放在最上面，抽真空至5×10-2pa至5×10-3pa的真空度时充入-0.03Pa至-0.06Pa的氩气或者氮气，然后感应炉熔炼熔化合金液，保温温度定为1300-1500摄氏度，完全熔化后合金液的均匀化保温时间为5-20分钟。
2.根据权利要求1所述高强高塑耐氯离子腐蚀的铸造合金，其特征在于，由重量配比如下的各组分制备而成：
3.根据权利要求1所述高强高塑耐氯离子腐蚀的铸造合金，其特征在于，所述Al、Mn、Cr、Fe和Ni皆选用纯度为99wt％以上的工业级纯原料。
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