CN107974649A - 一种增强硅铝铁基合金及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种增强硅铝铁基合金及其制备方法，该铁基合金包括以下成分：纳米碳纤维1.5‑1.8％，铝5.2‑5.5％，硅4.0‑4.5％，纳米氮化硼0.8‑1.2％，纳米碳化钨1.2‑1.5％，钼1.6‑1.8％，锰0.3‑0.5％，钛0.6‑0.8％，氧化钇0.8‑1.0％，镁0.01‑0.03％，铈0.03‑0.05％，钒0.4‑0.8％，铌0.3‑0.5％，杂质磷、硫≤0.03％，余量为铁。本发明的增强硅铝铁基合金以多种元素复合合金化，添加稀土、无机纳米粒子等增强材料，再通过热处理，使铁基合金的韧性和强度有所提高，并具有良好的硬度和机械加工性能，且使用寿命也有增强。

Description

一种增强硅铝铁基合金及其制备方法

技术领域

本发明属于金属材料及其制备领域，具体涉及一种增强硅铝铁基合金及其制备方法。

背景技术

铁基高温合金是以铁为基，配以多种元素的合金化作用来提高其高温机械性能和高温抗腐蚀性能的特种合金。铁基高温合金相对于镍基和钴基高温合金而言，价格低廉，是一种普遍应用于国防、能源、航空以及核反应等领域的高温结构材料。尽管现有的铁基合金种类较多，但还远远不能满足工业发展的需求。因而，在已有铁基合金的基础上，我们开发了一种韧性和强度较理想，且具有良好的硬度和机械加工性能的增强硅铝铁基合金，可用于耐高温的工业锅炉等领域。

发明内容

鉴于以上所述，本发明提供了一种增强硅铝铁基合金及其制备方法，制备得到的增强硅铝铁基合金以多种元素复合合金化，添加稀土、无机纳米粒子等增强材料，再通过热处理，使铁基合金具有较理想的硬度、耐高温性能和机械性能。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为：一种增强硅铝铁基合金，由以下质量百分比的原料组成：

纳米碳纤维1.5-1.8％，铝5.2-5.5％，硅4.0-4.5％，纳米氮化硼0.8-1.2％，纳米碳化钨1.2-1.5％，钼1.6-1.8％，锰0.3-0.5％，钛0.6-0.8％，氧化钇0.8-1.0％，镁0.01-0.03％，铈0.03-0.05％，钒0.4-0.8％，铌0.3-0.5％，杂质磷、硫≤0.03％，余量为铁。

所述纳米碳纤维的粒径为30-60nm。

所述纳米氮化硼和纳米碳化钨的粒径为50-80nm。

上述增强硅铝铁基合金的制备方法包括熔炼工艺和热处理工艺；其中，所述的熔炼工艺步骤如下：

(1)铁基熔化：按上述原料质量百分比称取纳米碳纤维、氧化钇和铁，加热至1450-1480℃至各原料熔化成金属熔液，在此温度上保温8-10min；

(2)硅铝复配：向步骤(1)所得的金属熔液中加入纯铝和纯硅至完全熔化，继续保温8-10min；

(3)增强材料复配：向步骤(2)所得的硅铝复配金属熔液中加入剩余的纳米氮化硼，纳米碳化钨，钼，锰，钛，镁，铈，钒和铌，加热至1680-1750℃至各配料熔化，保温5-8min；

(4)精炼和静置：撇去步骤(3)所得的金属熔液的表面浮渣，然后精炼3-5min，精炼完成后再撇去表面浮渣，静置5-8min；

(5)浇注：当精炼后的金属熔液温度降至1350-1380℃时浇注成型，得到增强硅铝铁基合金；

所述的热处理工艺为：

(a)将熔炼得到的铁基合金加热至720-740℃，保温1-2h，然后空冷至室温；

(b)再将经过步骤(a)处理的铁基合金加热至680-690℃，保温0.5-1.5h，然后空冷至室温。

本发明的有益效果：本发明的增强硅铝铁基合金以多种元素复合合金化，添加稀土、无机纳米粒子等增强材料，先进行熔炼浇注，再通过热处理，使铁基合金的韧性、强度和耐高温性能有所提高，并具有良好的硬度和机械加工性能，且使用寿命也有增强，可用于耐高温的工业锅炉等领域。

具体实施方式

以下对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。实施例中，各种原料都为马可波罗网产品。

实施例1

一种增强硅铝铁基合金，由以下质量百分比的原料组成：

纳米碳纤维1.6％，铝5.3％，硅4.2％，纳米氮化硼1.1％，纳米碳化钨1.4％，钼1.7％，锰0.4％，钛0.8％，氧化钇1.0％，镁0.02％，铈0.03％，钒0.6％，铌0.3％，杂质磷、硫≤0.03％，余量为铁。

上述增强硅铝铁基合金的制备方法包括熔炼工艺和热处理工艺；其中，所述的熔炼工艺步骤如下：

(1)铁基熔化：按上述原料质量百分比称取纳米碳纤维、氧化钇和铁，加热至1450℃至各原料熔化成金属熔液，在此温度上保温8min；

(2)硅铝复配：向步骤(1)所得的金属熔液中加入纯铝和纯硅至完全熔化，继续保温8min；

(3)增强材料复配：向步骤(2)所得的硅铝复配金属熔液中加入剩余的纳米氮化硼，纳米碳化钨，钼，锰，钛，镁，铈，钒和铌，加热至1680℃至各配料熔化，保温5min；

(4)精炼和静置：撇去步骤(3)所得的金属熔液的表面浮渣，然后精炼5min，精炼完成后再撇去表面浮渣，静置5min；

(5)浇注：当精炼后的金属熔液温度降至1350℃时浇注成型，得到增强硅铝铁基合金；

所述的热处理工艺为：

(a)将熔炼得到的铁基合金加热至725℃，保温1.5h，然后空冷至室温；

(b)再将经过步骤(a)处理的铁基合金加热至680℃，保温1h，然后空冷至室温。

经检测，制得的增强硅铝铁基合金的技术参数如下：抗拉强度为1062MPa，硬度为435HRB，晶粒度为7级，使用寿命为同等产品的2.41倍。

实施例2

一种增强硅铝铁基合金，由以下质量百分比的原料组成：

纳米碳纤维1.7％，铝5.4％，硅4.3％，纳米氮化硼1％，纳米碳化钨1.3％，钼1.6％，锰0.5％，钛0.7％，氧化钇0.9％，镁0.03％，铈0.05％，钒0.6％，铌0.4％，杂质磷、硫≤0.03％，余量为铁。

上述增强硅铝铁基合金的制备方法包括熔炼工艺和热处理工艺；其中，所述的熔炼工艺步骤如下：

(1)铁基熔化：按上述原料质量百分比称取纳米碳纤维、氧化钇和铁，加热至1460℃至各原料熔化成金属熔液，在此温度上保温10min；

(2)硅铝复配：向步骤(1)所得的金属熔液中加入纯铝和纯硅至完全熔化，继续保温10min；

(3)增强材料复配：向步骤(2)所得的硅铝复配金属熔液中加入剩余的纳米氮化硼，纳米碳化钨，钼，锰，钛，镁，铈，钒和铌，加热至1700℃至各配料熔化，保温8min；

(4)精炼和静置：撇去步骤(3)所得的金属熔液的表面浮渣，然后精炼5min，精炼完成后再撇去表面浮渣，静置8min；

(5)浇注：当精炼后的金属熔液温度降至1360℃时浇注成型，得到增强硅铝铁基合金；

所述的热处理工艺为：

(a)将熔炼得到的铁基合金加热至730℃，保温1.5h，然后空冷至室温；

(b)再将经过步骤(a)处理的铁基合金加热至685℃，保温1h，然后空冷至室温。

经检测，制得的增强硅铝铁基合金的技术参数如下：抗拉强度为1038MPa，硬度为421HRB，晶粒度为7级，使用寿命为同等产品的2.28倍。

Claims (4)

1.一种增强硅铝铁基合金，其特征在于，由以下质量百分比的原料组成：纳米碳纤维1.5-1.8％，铝5.2-5.5％，硅4.0-4.5％，纳米氮化硼0.8-1.2％，纳米碳化钨1.2-1.5％，钼1.6-1.8％，锰0.3-0.5％，钛0.6-0.8％，氧化钇0.8-1.0％，镁0.01-0.03％，铈0.03-0.05％，钒0.4-0.8％，铌0.3-0.5％，杂质磷、硫≤0.03％，余量为铁。

2.根据权利要求1所述的一种增强硅铝铁基合金，其特征在于，所述纳米碳纤维的粒径为30-60nm。

3.根据权利要求1所述的一种增强硅铝铁基合金，其特征在于，所述纳米氮化硼和纳米碳化钨的粒径为50-80nm。

4.权利要求1所述的一种增强硅铝铁基合金的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括熔炼工艺和热处理工艺；其中，所述的熔炼工艺步骤如下：

(1)铁基熔化：按上述原料质量百分比称取纳米碳纤维、氧化钇和铁，加热至1450-1480℃至各原料熔化成金属熔液，在此温度上保温8-10min；

(2)硅铝复配：向步骤(1)所得的金属熔液中加入纯铝和纯硅至完全熔化，继续保温8-10min；

(3)增强材料复配：向步骤(2)所得的硅铝复配金属熔液中加入剩余的纳米氮化硼，纳米碳化钨，钼，锰，钛，镁，铈，钒和铌，加热至1680-1750℃至各配料熔化，保温5-8min；

(4)精炼和静置：撇去步骤(3)所得的金属熔液的表面浮渣，然后精炼3-5min，精炼完成后再撇去表面浮渣，静置5-8min；

(5)浇注：当精炼后的金属熔液温度降至1350-1380℃时浇注成型，得到增强硅铝铁基合金；

所述的热处理工艺为：

(a)将熔炼得到的铁基合金加热至720-740℃，保温1-2h，然后空冷至室温；

(b)再将经过步骤(a)处理的铁基合金加热至680-690℃，保温0.5-1.5h，然后空冷至室温。