CN106756582A - 一种金属间化合物增强型低膨胀合金及制备方法 - Google Patents

Abstract

一种金属间化合物增强型低膨胀合金及制备方法，属于膨胀合金技术领域。合金成分重量百分数为Ni：32.0～38.0，Co：4.0～7.0，Ti：0.5‑3.5，Nb：0.5‑3.5，Si：0.30～0.60，Mn：0.2～0.5，C≤0.05，P＜0.015，S＜0.015，余量为Fe。优点在于，在‑60℃～100℃的温度范围内易加工、低膨胀，强度高于1000MPa，膨胀系数α≤3.0×10^‑6/℃。

Description

一种金属间化合物增强型低膨胀合金及制备方法

技术领域

本发明属于膨胀合金技术领域，特别是提供了一种金属间化合物增强型低膨胀合金及制备方法，在-60℃～100℃的温度范围具有较高的强度以及较低的膨胀系数。

背景技术

低膨胀合金自19世纪末发明以来，在精密仪器仪表、导航、能源运输等领域发挥了重要作用。进入21世纪之后，随着科学技术的飞速发展，航天遥感器、精密激光、光学测量系统等领域对低膨胀合金提出了更高的要求，首先膨胀系数低，其次强度要高。低膨胀合金对成分较为敏感，合金元素的加入会不可避免的增加合金的膨胀系数，因此低膨胀合金难以通过固溶强化方式，在保持低膨胀系数的前提下，提高强度。添加C及碳化物形成元素Mo，V，Cr等，并通过后续的冷加工硬化，可获得强度高于1000MPa的低膨胀合金，如日本专利昭58-77525A、昭55-131155、昭55-122855、昭55-119156A、平311548A、平6-346193A，但以上合金均须经冷变形后使用。中国专利02131205.2发明了高碳型碳化物增强低膨胀合金结构钢，可以通过铸造的方式制备，但是膨胀系数较高(α_20～100≥5.5×10^-6/℃)，此外由于合金碳含量较高，合金在凝固过程中易于形成粗大一次碳化物，恶化合金塑性。GH903、GH907、GH909高温低膨胀合金，为了提高使用温度，在合金中加入较多的Co，其强度高，但是膨胀系数也较高α_{室温～400℃}≤8.2×10^-6/℃。目前，在-60℃～100℃的温度范围内，缺少一种强度高于1000MPa，膨胀系数α≤3.0×10^-6/℃的易制备高强低膨胀合金。

发明内容

本发明的目的在于提供一种金属间化合物增强型低膨胀合金及制备方法，是低膨胀合金的基础上，通过合金元素的优化，在-60℃～100℃的温度范围内，获得一种易加工金属间化合物增强型低膨胀合金，强度高于1000MPa，膨胀系数α≤3.0×10^-6/℃。

目前FeNiCo系合金膨胀系数α_20～100可小于1×10^-6/℃，但其强度低(小于510MPa)，通过向其中添加Ti、Nb等适量金属间化合物形成元素，合金经通过熔炼-锻造-热处理后，在-60℃～100℃的温度范围内，获得一种高强度、低膨胀合金。

1、本发明所涉及的合金成分见表1.

表1金属间化合物增强型低膨胀合金成分要求

成分	含量(重量％)
		Ni	32.0～38.0
Co	4.0～7.0
		Ti	0.5-3.5
Nb	0.5-3.5
		Si	0.30～0.60
Mn	0.2～0.5
		C	≤0.05
P	＜0.015
		S	＜0.015
Fe	余量

合金元素的作用及合金设计依据如下：

Ni：与Fe元素形成固溶体，温度变化引起的磁致伸缩效应抵消自身的热胀冷缩，是合金获得较低的膨胀系数的基础；

Co：奥氏体形成元素，添加Co可以适当提高合金的居里温度；

Ti：与Ni、Co形成弥散强化的γ′相，调节合金的膨胀性能及力学性能；

Nb：与Ni、Co形成弥散强化的γ″相，调节合金的膨胀性能及力学性；

Si、Mn：添加一定量的Si，提高合金持久塑性，改善合金缺口敏感性；添加一定含量的Mn，改善合金加工性能；

C、P、S：杂质元素，含量越低越好。

2、熔炼

利用真空感应炉熔炼合金，真空度≤1×10^-1Pa，熔炼过程中要严格控制合金元素的烧损量，使合金的成分控制在设计范围之内。其中Fe、Ni、Co作为一次加料直接放入坩锅；Ti、Nb、Si、Mn作为二次加料放入真空感应炉料斗，待所有原材料化清后精炼2～10分钟，之后在真空感应炉的真空室将钢液浇铸为钢锭。

3、热锻

合金锭扒皮后，室温至500℃装炉。合金锭的升温速率为50～100℃/h，经1100±10℃保温50～90min后，开坯时锻造成所需规格，终锻温度大于950℃。

4、热处理

热锻合金，经1000±50℃固溶淬火后，经650-750℃保温4～6小时进行真空时效处理。

本发明涉及的金属间化合物增强型低膨胀合金，是在Fe-Ni-Co系低膨胀合金的基础上添加适量的Ti、Nb，在-60℃～100℃的温度范围内，获得一种高强度、低膨胀合金。

具体实施方式

实施例：

采用真空感应炉熔炼的4种成分合金的化学分析结果如表2所示：

表2熔炼合金的化学成分(质量百分比％)

对上述成分的合金采用的加工工艺：真空感应熔炼→1100℃锻造成形→1000℃×30min水淬→700℃保温4h时效处理。

经过上述工艺制备的金属间化合物强化低膨胀合金的物理、机械性能见表3所示，合金在的室温抗拉强度Rm大于1000MPa，断裂伸长率Z大于5％；α_-60～100℃≤3.0×10^-6/℃，弹性模量E≥160GPa。

表3金属间碳化物增强型低膨胀合金物理、机械性能

Claims (2)

1.一种金属间化合物增强型低膨胀合金，其特征在于，合金成分重量百分数为Ni：32.0～38.0，Co：4.0～7.0，Ti：0.5-3.5，Nb：0.5-3.5，Si：0.30～0.60，Mn：0.2～0.5，C≤0.05，P＜0.015，S＜0.015，余量为Fe。

2.一种权利要求1所述的金属间化合物增强型低膨胀合金的制备方法，其特征在于，工艺及在工艺中控制的技术参数如下：

(1)熔炼

利用真空感应炉熔炼合金，真空度≤1×10^-1Pa，熔炼过程中要严格控制合金元素的烧损量，使合金的成分控制在设计范围之内；其中Fe、Ni、Co作为一次加料直接放入坩锅；Ti、Nb、Si、Mn作为二次加料放入真空感应炉料斗，待所有原材料化清后精炼2～10分钟，之后在真空感应炉的真空室将钢液浇铸为钢锭；

(2)热锻

合金锭扒皮后，室温至500℃装炉。合金锭的升温速率为50～100℃/h，经1100±10℃保温50～90min后，开坯时锻造成所需规格，终锻温度大于950℃；

(3)热处理

热锻合金，经1000±50℃固溶淬火后，经650-750℃保温4～6小时进行真空时效处理。