CN113454259A - 具有均质的微细组织的kiniz合金 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种具有均质微细组织的KINIZ合金,其特征在于,铜(Cu)和铁(Fe)的重量％之和为75重量％至95重量％,镍(Ni)含量为1重量％至20重量％,锆(Zr)含量为0.1重量％至5.0重量％,其余包括不可避免的杂质,其特征还在于,铜(Cu)和铁(Fe)的重量％之和为75重量％至95重量％,锰(Mn)含量为2.0重量％至5.0重量％,锆(Zr)含量为0.3重量％至1.0重量％,以下(不包括0％)其余包括不可避免的杂质。

Description

具有均质的微细组织的KINIZ合金
技术领域
本发明涉及具有均质的微细组织的KINIZ合金,更详细地涉及通过将镍(Ni)、锆(Zr)、锰(Mn)等元素稍微添加于包括铜(Cu)和铁(Fe)的合金中来制备的一种具有均质的微细组织的KINIZ合金。
背景技术
通常包括铜(Cu)和铁(Fe)的铜铁合金使用于各种工业领域中。观察铜铁合金的铸造过程，通过在熔融铜(Cu)和铁(Fe)后冷却熔融金属来制造铜铁合金。然而，现有的铜铁合金具有如下的问题。
图1示出对铜(Cu)和铁(Fe)的状态图。当通过使用铜(Cu)和铁(Fe)铸造铜铁合金时,由于两个金属之间的混合焓高,因此,在经熔融的合金中开始树枝状组织的固化的固态线直下存在亚稳区域(Metastable区域),其中液相分成两个部分。
在通过对经熔融的合金进行急速冷却来固化组织的情况下,当经熔融的合金经过亚稳区域(Metastable区域)的同时被冷却时,液相分成两个部分的同时发生相分离,由此存在产生两个元素单独存在的不均匀微细组织的问题。
具体地,参照图2,对于发生相分离的铜铁合金,铁(Fe)(20)在铜网(Cu matrix)(10)上形成为水滴形状,从而产生两个元素单独存在的不均匀的微细组织。
如图2所述的发生过相分离的铜铁合金诱发不均匀的变形,因此有难以加工的问题。并且,发生过相分离的铜铁合金有如下的问题:在局部区域中单独存在导电性相对低的铁(Fe)相导致导电性降低,相反,在局部区域中单独存在强度相对低的铜(Cu)相导致强度降低。
发明内容
技术问题
本发明是为了解决上述的问题想出的,更具体地涉及一种具有均质微细组织的KINIZ合金,其为通过将镍(Ni)、锆(Zr),锰(Mn)等元素稍微添加于包括铜(Cu)和铁(Fe)的合金中来制造的。
技术方案
为了解决上述问题,本发明的具有均质微细组织的KINIZ合金的特征在于,铜(Cu)和铁(Fe)的重量％之和为75重量％至95重量％,镍(Ni)含量为1重量％至20重量％,锆(Zr)含量为0.1重量％至5.0重量％,其余包括不可避免的杂质。
为了解决上述问题,本发明的具有均质微细组织的KINIZ合金可以包括20重量％至80重量％的所述铜(Cu)、20重量％80重量％的所述铁(Fe)、2.0重量％至5.0重量％的所述镍(Ni),0.3重量％至1.0重量％的所述锆(Zr)。
为了解决上述问题,本发明的具有均质微细组织的KINIZ合金中的锆(Zr)与氧反应来生成ZrO2,所述ZrO2可以在合金铸造过程中作用为树枝状晶的成核用核。
为了解决上述问题,本发明的具有均质微细组织的KINIZ合金的特征在于,铜(Cu)和铁(Fe)的重量％为75重量％至95重量％,锰(Mn)的含量为2.0重量％至5.0重量％,锆(Zr)的含量为0.3重量％至1.0重量％,以下(不包括0％)其余包括不可避免的杂质。
为了解决上述问题,在本发明的具有均质微细组织的KINIZ合金中,相对于所述铜(Cu)和所述铁(Fe)的重量之和的所述铁(Fe)的重量比可以等于或高于70％。
为了解决上述问题,本发明的具有均质微细组织的KINIZ合金可以进一步包括2.0重量％至5.0重量％的镍(Ni)。
为了解决上述问题,在本发明的具有均质微细组织的KINIZ合金中,在所述合金的铸造过程中熔融金属的冷却速度可以等于或低于5.3×104℃/Sec。
有益效果
本发明的优点在于,通过将镍(Ni)、锆(Zr),锰(Mn)等元素稍微添加于包括铜(Cu)和铁(Fe)的合金来制造KINIZ合金,从而可以制造未发生相分离且具有均质微细组织的KINIZ合金。
附图说明
图1为示出在对于铜(Cu)-铁(Fe)的状态图中表示有亚稳区域(Metastable区域)的图。
图2为示出在包括铜(Cu)和铁(Fe)的铜铁合金中发生相分离时的合金截面的图。
图3为示出根据本发明实施例的根据镍(Ni)含量的铜(Cu)-铁(Fe)的状态图中亚稳区域(Metastable区域)发生变化的图。
图4和图5为示出根据本发明实施例和比较例的相分离发生与否的图。
图6为示出根据本发明实施例的镍(Ni)含量的KINIZ合金的导电率的图。
图7为示出根据本发明实施例的根据锰(Mn)含量的铜(Cu)-铁(Fe)的状态图中亚稳区域(Metastable区域)发生变化的图。
图8为示出根据本发明实施例的锰(Mn)含量的KINIZ合金的导电率的图。
图9为示出根据本发明实施例的根据熔融金属的冷却速度的相分离区域观察区域的图。
图10为示出根据本发明实施例的具有均质的微细组织的KINIZ合金的截面的图。
具体实施方式
以下，结合附图记载本发明的各种实施例。由于本发明的各种实施例允许各种变形和各种实施例，将特定的实施例表示在附图中，并记载了相关详细说明。然而，这并不是为了用特定的实施例形式限制本发明的各种实施例，应该理解为包括在本发明的各种实施例的思想以及技术范围内所包括的所有变形和/或等同物或代替物。关于附图说明，将类似的参照符号使用于类似的组成要素。
可以在本发明的各种实施例中使用的“包括”或“可以包括”等表达是指所公开(disclosure)的相应功能、操作或组成要素的存在，而不对附加的一个以上的功能、操作或组成要素施加限制。并且，在本发明的各种实施例中，“包括”或“具有”等术语应被理解为是指在说明书上记载的特征、数字、步骤、操作、组成要素、部件或其组合的存在，而不预先排除一个或更多其他特征、数字、步骤、动作、组成要素、部件，或其组合的存在或附加的可能性。
在本发明的各种实施例使用的术语仅用于说明特定实施例，而其目的不在于限制本发明的各种实施例。除非明显有其他定义，否则，单数性表达包括复数性表达。
除非明显有其他定义，否则，包括技术术语或科学术语的在此使用的所有术语具有由与本发明的各种实施例所属的技术领域的普通技术人员通常理解的相同的意味。
本发明涉及具有均质微细组织的KINIZ合金,即涉及将镍(Ni)、锆(Zr),锰(Mn)等元素稍微添加于包括铜(Cu)和铁(Fe)的合金中来制备而具有均质微细组织的KINIZ合金。以下，参照附图详细说明本发明的优选实施例。
根据本发明一实施例的具有均质微细组织的KINIZ合金包括铜(Cu)、铁(Fe)、镍(Ni),锆(Zr)以及其余不可避免的杂质。
所述铜(Cu)(110)和所述铁(Fe)(120)的重量％之和可以是75重量％至95重量％，并且，所述铜(Cu)(110)和所述(Fe)(110)的重量比可以根据合金的使用用途变更。
具体地，所述铜(Cu)(110)的重量％可以为20重量％至80重量％，所述铁(Fe)(120)的重量％可以为20重量％至80重量％，更优选地，所述铜(Cu)(110)的重量％可以为40重量％至60重量％，所述铁(Fe)(120)的重量％可以为30重量％至50重量％。在此范围内,所述铜(Cu)(110)和所述铁(Fe)(120)的重量％之和可以是75重量％至95重量％。然而，所述铜(Cu)(110)和所述铁(Fe)(120)的重量％不限于此，可以根据需要变更该重量％是显而易见的。
参照图1,在铸造包括铜(Cu)和铁(Fe)的合金时,由于铜(Cu)和铁(Fe)之间的混合焓高,在经熔融的合金中树枝状组织的固化开始的固态线直下存在亚稳区域(Metastable区域),其中液相被分成两个部分。当通过对经熔融的合金进行急速冷却来固化组织时,当经熔融的金属经过亚稳区域(Metastable区域)的同时被冷却时,存在产生两个元素单独存在的不均质的微细组织的问题,如图2所示。
根据本发明实施例的具有均质微细组织的KINIZ合金可以包括镍(Ni)和锆(Zr)以解决如上所述的问题。图3示出根据镍(Ni)含量的铜(Cu)和铁(Fe)的状态图。参照图3可见，镍(Ni)含量越增加，亚稳区域(Metastable区域)越下降。
如图3所述,镍(Ni)含量越增加,亚稳区域(Metastable区域)越下降,因此,固态线与亚稳区域(Metastable区域)之间的间隔扩大,从而,在将经熔融的合金冷却并固化时,可以防止熔融金属经过亚稳区域(Metastable区域)时被冷却。
由于将经熔融的合金冷却并固化时不经过亚稳区域(Metastable区域),因此可以防止液相分成两个部分并发生相分离,从而制造未发生相分离的具有均质微细组织的KINIZ合金。
所述镍(Ni)的含量可以是1重量％至20重量％，更优选地可以是2重量％至5重量％。所述镍(Ni)的含量越增加,亚稳区域(Metastable区域)越下降,但存在所述镍(Ni)的含量越增加KINIZ合金的导电性越降低的问题。(由于铜(Cu)的导电性高于镍(Ni)的导电性,因此,镍(Ni)的含量越增加,导电性就越降低。)
因此，所述镍(Ni)的含量优选等于或低于20重量％，从有效防止导电性降低的侧面来看,优选等于或低于5重量％。并且，在镍(Ni)的含量等于或低于1重量％时，亚稳区域(Metastable区域)的下降效果微不足道，因此，所述镍(Ni)的含量优选等于或高于1重量％以上。
更优选地，镍(Ni)的含量为2重量％至5重量％。图4和图5示出根据镍(Ni)的含量的发生相分离与否的图。参照图4和图5，在所述镍(Ni)的含量等于或低于2重量％的情况下可能发生相分离，从所述镍(Ni)的含量超过2重量％时开始不发生相分离。因此，所述镍(Ni)的含量优选超过2重量％。
并且,根据本发明实施例的具有均质微细组织的KINIZ合金是活用铜(Cu)的优点即电气导电性,为了活用电气导电性,KINIZ合金的导电率优选等于或高于40％IACS。然而,所述镍(Ni)的含量越增加,KINIZ合金的电阻率也增加,可能导致电气导电性的减少。
参照图6，当所述镍(Ni)的含量超过5重量％时，导电率下落至40％IACS，所述镍(Ni)的含量越超过5重量％，导电率越急剧地下落。因此，所述镍(Ni)的含量优选低于5重量％。
换言之,对根据本发明实施例的具有均质微细组织的KINIZ合金而言,在添加能够抑制相分离的最小限度的所述镍(Ni)的含量(2重量％)的同时在不降低导电率的范围(5重量％)内添加所述镍(Ni)。
根据本发明的具有均质微细组织的KINIZ合金可以包括锆(Zr),可以通过所述锆(Zr)提高树枝状组织的固化速度。
具体地,包括在KINIZ合金中的所述锆(Zr)可以与氧反应来形成ZrO2,且ZrO2可以在合金的铸造过程中作用为树枝状晶的成核用核。通过引起如上所述的作用的所述锆(Zr)可以提高树枝状组织的固化速度,由此可以在发生液相的相分离之前就可以将熔融的合金固化成固相。
换言之,根据本发明实施例的具有均质微细组织的KINIZ合金在通过镍(Ni)下降亚稳区域(Metastable区域)来防止发生相分离的同时,通过锆(Zr)迅速地导致树枝状组织的固化,从而可以防止所熔融的合金在通过亚稳区域(Metastable区域)时被固化。
所述锆(Zr)的含量可以是0.1重量％至5重量％，更优选地，可以是0.3重量％至1.0重量％。所述锆(Zr)的含量越增加,树枝状组织的固化速度也增加,但存在所述锆(Zr)的含量越增加,KINIZ合金的导电性越减少的问题。(由于铜(Cu)的导电性高于锆(Zr)的导电性,因此,锆(Zr)的含量越增加,导电性就越减少。)
因此，所述锆(Zr)的含量优选等于或低于5重量％，为了有效防止导电性的下降，优选等于或低于1重量％。并且，在锆(Zr)的含量等于或低于0.1重量％时，树枝状组织的固化速度增加效果微不足道，因此，所述锆(Zr)的含量优选为等于或高于0.1重量％。
更优选地，锆(Zr)的含量为0.3重量％至1.0重量％。锆(Zr)的含量可以根据通过镍(Ni)下降的亚稳区域(Metastable区域)不同,然而,当锆(Zr)的含量少且树枝状组织的固化速度变慢时,所熔融的金属有经过亚稳区域(Metastable区域)时被固化的危险。并且，当锆(Zr)的含量低于0.3重量％时，ZrO2不会充分地形成，因此，有可能不具有抑制相分离的效果。因此，为了如上所述的情况，锆(Zr)的含量优选等于或高于0.3重量％。
此外，锆(Zr)的含量优选等于或低于1.0重量％。当锆(Zr)的含量高于1.0重量％,ZrO2氧化物尺寸也增加,因此,ZrO2作用为夹杂物而不是成核用核,这可能对导电性产生不良的影响。因此，锆(Zr)的含量优选等于或低于1.0重量％。
根据本发明一实施例的具有均质微细组织的KINIZ合金除了铜(Cu)、铁(Fe)、镍(Ni)和锆(Zr)之外还可以包括碳(C),碳(C)的含量可以等于或低于0.02重量％(不包括0％)。并且,根据本发明一实施例的具有均质微细组织的KINIZ合金除了铜(Cu)、铁(Fe)、镍(Ni)和锆(Zr)之外还可以包括不可避免的杂质,其中,不可避免的杂质可以是为KINIZ合金需要的各种成分。例如，不可避免的杂质可以是铬(Cr)、镁(Mg)、铝(Al)、硅(Si)等。
根据本发明的另一实施例的具有均质微细组织的KINIZ合金包括铜(Cu)、铁(Fe)、镍(Ni)、锆(Zr),还包括不可避免的杂质。
所述铜(Cu)(110)和所述铁(Fe)(120)的重量％之和可以是75重量％至95重量％，并且，所述铜(Cu)(110)和所述(Fe)(120)的重量比可以根据合金的使用用途变更。
具体地，所述铜(Cu)(110)的含量可以为20重量％至80重量％，所述铁(Fe)(120)的含量可以为20重量％至80重量％，更优选地，所述铜(Cu)(110)的含量可以为40重量％至60重量％，所述铁(Fe)(120)的含量可以为30重量％至50重量％。在此范围内,所述铜(Cu)(110)和所述铁(Fe)(120)的重量％之和可以是75重量％至95重量％。然而，所述铜(Cu)(110)和所述铁(Fe)(120)的重量％不限于此，可以根据需要变更该重量％是显而易见的。
参照图1,在铸造包括铜(Cu)和铁(Fe)的合金时,由于铜(Cu)和铁(Fe)之间的混合焓高,在熔融的合金中开始树枝状组织的固化开始的固相线直下存在亚稳区域(Metastable区域),其中液相被分成两个部分。当通过对经熔融的合金进行急速冷却来固化组织时,当经熔融的合金经过亚稳区域(Metastable区域)的同时冷却时,如图2所示,存在发生两个元素个别单独存在的不均微细组织的问题。
根据本发明的另一实施例的具有均质微细组织的KINIZ合金可以包括锰(Mn)和锆(Zr)以解决如上所述的问题。图7示出根据锰(Mn)含量的铜(Cu)和铁(Fe)的状态图。参照图7，锰(Mn)含量越增加，亚稳区域(Metastable区域)越下降。
如图7所示,锰(Mn)含量越增加,亚稳区域(Metastable区域)越下降,因此,固相线和亚稳区域(Metastable区域)之间的间隔扩大,由此,在经熔融的合金被冷却并固化时,可以防止经熔融的合金经过亚稳区域(Metastable区域)时被冷却。
由于经熔融的合金被冷却并固化时不经过亚稳区域(Metastable区域),可以防止液相被分成两个部分的同时发生相分离,从而制造未发生相分离的具有微细组织的KINIZ合金。
在此，相对于所述铜(Cu)和所述铁(Fe)的重量之和的所述铁(Fe)的重量比优选等于或高于70％。参加图7,锰(Mn)含量越增加亚稳区域(Metastable区域)越下降的区域就在当相对于所述铜(Cu)和所述铁(Fe)的重量之和的所述铁(Fe)的重量比等于或高于70％时。
因此，为了通过使用锰(Mn)导致亚稳区域(Metastable区域)下降，相对于所述铜(Cu)和所述铁(Fe)的重量之和的所述铁(Fe)的重量比优选等于或高于70％。
所述锰(Mn)的含量可以为2重量％至5重量％。所述锰(Mn)的含量越增加,亚稳区域(Metastable区域)越下降,但存在所述锰(Mn)的含量越增加KINIZ合金的导电性越减少的问题。(由于铜(Cu)的导电性高于锰(Mn)的导电性,锰(Mn)的含量越增加,导电性就越减少。)
具体地，参照图7，当锰(Mn)的含量等于或低于2重量％时，亚稳区域(Metastable区域)下降的效果微不足道，因此，所述锰(Mn)(Ni)的含量优选等于或高于2重量％。
并且，参照图8，所述锰(Mn)的含量越超过5重量％，导电率(％IACS)越急剧地下落。为了防止导电率(％IACS)的下降，所述锰(Mn)的含量优选低于5重量％。
根据本发明零一实施例的具有均质微细组织的KINIZ合金可以包括锆(Zr),且具有可以通过所述锆(Zr)提高树枝状组织的固化速度的效果。所述锆(Zr)的含量可以是0.3重量％至1.0重量％,已经在包括镍(Ni)的KINIZ合金中描述了包括所述锆(Zr)的理由和其重量比,因此省略具体描述。
此外,根据本发明另一实施例的具有均质微细组织的KINIZ合金可以进一步包括镍(Ni)。通过包括所述镍(Ni)，可以如上所述使亚稳区域(Metastable区域)下降，所述镍(Ni)的含量可以为2.0重量％至5.0重量％。由于在包括镍(Ni)的KINIZ合金中已经描述了包括所述镍(Ni)的理由和其重量比,因此,省略具体描述。
根据本发明的另一实施例的具有均质微细组织的KINIZ合金除了铜(Cu)、铁(Fe)、锰(Mn)和锆(Zr)之外还可以包括碳(C),碳(C)的含量可以等于或低于0.02重量％(不包括0％)。并且,根据本发明的另一实施例的具有均质微细组织的KINIZ合金除了包括铜(Cu)、铁(Fe)、锰(Mn)和锆(Zr)之外,其余可以包括不可避免的杂质,其可以是为KINIZ合金需要的各种成分。例如，不可避免的杂质可以是铬(Cr)、镁(Mg)、铝(Al)、硅(Si)等。
根据本发明实施例的具有均质微细组织的KINIZ合金可以熔融包括在KINIZ合金中的成分并将其冷却的同时被铸造。在如上所述的合金铸造过程中，熔融金属的冷却速度优选等于或低于5.3×104℃/Sec。
参照图3和图7,如上所述,即使通过镍(Ni)和锰(Mn)使亚稳区域(Metastable区域)下降并通过使用锆(Zr)提高固化速度,在冷却速度过锆时,合金可以在经过亚稳区域(Metastable区域)时被固化。
参照图9可见，冷却速度越低于5.3×104℃/Sec，可以观察相分离区域的面积越减少。当冷却速度增加时，熔融金属固化时经过亚稳区域(Metastable区域)的同时固化并发生相分离，随着冷却速度减少至5.3×104℃/Sec，相分离区域就逐渐减少。因此,对于根据本发明实施例的KINIZ合金而言,在合金的铸造过程中熔融金属的冷却速度优选等于或低于5.3×104℃/Sec。
根据公开实施例的,上述的具有均质微细组织的KINIZ合金具有如下的效果。
根据本发明实施例的具有均质微细组织的KINIZ合金是通过加入微量的镍(Ni)、锆(Zr),锰(Mn)等的元素来制造的,从而具有可以制造未发生相分离的具有均质微细组织的KINIZ合金的优点。
具体地,根据本发明实施例的KINIZ合金可以通过镍(Ni)和锰(Mn)来使亚稳区域(Metastable区域)下降,并可以通过包括锆(Zr)来提高树枝状组织的固化速度。由此可以防止熔融金属被冷却时经过亚稳区域(Metastable区域)中被冷却而发生相分离,从而,如图6所示,可以制造未发生相分离的具有均质微细组织的KINIZ合金。
图2为图示在现有的包括铜(Cu)和铁(Fe)的铜铁合金中发生相分离时的合金截面的图,图10为图示根据本发明实施例的具有均质微细组织的KINIZ合金的截面的图。通过对图2和图10进行比较可确认,由于根据本发明实施例的KINIZ合金是通过加入微量的镍(Ni)、锆(Zr)、锰(Mn)等元素来制造的,因此,不会发生铁(Fe)(20)在铜网(Cu matrix)(10)上被形成为水滴形状而两个元素单独存在的不均匀的微细组织,铁(Fe)(120)树枝状(dendrite)组织均匀地本部在铜(Cu)(110)上且具有均质的微细组织。
以上，通过优选实施例详细描述了本发明。然而，本发明不限于所述实施例，并且，不超过本发明范畴的范围内可以提供各种许多变形。因此，本发明的真正技术保护范围应由附加的权利要求的技术思想确定。

Claims (8)

1.一种具有均质微细组织的KINIZ合金,其包括铜和铁,其特征在于:
铜和铁的重量％之和为75重量％至95重量％，
镍含量为1重量％至20重量％,锆含量为0.1重量％5.0重量％,其余包括不可避免的杂质。
2.如权利要求1所述的KINIZ合金,其特征在于,包括20重量％至80重量％的所述铜，并包括20重量％至80重量％的所述铁。
3.如权利要求1所述的KINIZ合金,其特征在于,包括2.0重量％至5.0重量％的所述镍和0.3重量％至1.0重量％的所述锆。
4.如权利要求1所述的KINIZ合金,其特征在于,
锆与氧反应来形成ZrO2，
所述ZrO2在合金的铸造过程中作用为树枝状晶的成核用核。
5.一种KINIZ合金,所述合金包括铜和铁,其特征在于:
铜和铁的重量％之和为75重量％至95重量％，
锰含量为2.0重量％5.0重量％,锆含量为0.3重量％1.0重量％,以下(不包括0％)其余包括不可避免的杂质。
6.如权利要求5所述的KINIZ合金,其特征在于,
相对于所述铜和所述铁的重量之和，所述铁的重量比为等于或高于70％。
7.如权利要求5所述的KINIZ合金,其特征在于,还包括2.0重量％至5.0重量％的镍。
8.如权利要求1或5所述的KINIZ合金,其特征在于,
在所述合金的铸造过程中，熔融金属的冷却速度为等于或低于5.3×104℃/Sec。
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