CN113774271A - 一种耐超低温定膨胀合金及其制备方法 - Google Patents

一种耐超低温定膨胀合金及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种耐超低温定膨胀合金及其制备方法，该产品包括按质量百分数计的如下元素：C:≤0.03％，Si:≤0.3％，Mn：≤0.5％，P:≤0.02％，S:≤0.02％，Ni：36.0％～40.0％，Co:5.0％～11.0％，余量为Fe和不可避免的杂质。本发明通过合金元素的合理配比使耐超低温定膨胀合金的马氏体相变温度降低到‑196℃以下，耐超低温定膨胀合金的膨胀系数为α20～400℃＝(4.5～6.0)×10‑6/℃和α20～450℃＝(5.0～6.0)×10‑6/℃，能满足液氮、液氧等超低温环境的使用要求，与硬玻璃、陶瓷等具有较好的匹配性，可应用于与硬玻璃、陶瓷匹配封接。

Description

一种耐超低温定膨胀合金及其制备方法
技术领域
本发明主要涉及一种耐超低温定膨胀合金及其制备方法，该耐超低温定膨胀合金适用于液氮、液氧等超低温环境，在一定温度范围内与硬玻璃、陶瓷的膨胀系数相匹配。
背景技术
FeNi系和FeNiCo系膨胀合金在居里温度以下，由于自发磁化产生的磁致伸缩效应导致合金的收缩与温度上升合金的热膨胀升高的相互作用，因而构成了各种成分合金在不同温度下不同的热膨胀系数，人们利用这种特性，开发出了用作玻璃、陶瓷、塑料等金属封接材料。与硬玻璃和陶瓷匹配封接的典型材料是可伐合金，国内牌号4J29，其化学成分见表1，该合金封接效果和封接可靠性高，但该合金-78.5℃以下温度会发生马氏体相变，体积增大，在低于-78.5℃以下使用环境，封接件极易开裂，不适用于液氧等超低温环境。
表1相关典型钢种的化学成分(wt％)
Figure BDA0002534258380000011
随着技术发展的要求，一些封接器件需要在超低温环境中使用，现有用于硬玻璃和陶瓷封接的定膨胀合金马氏体相变温度高于使用环境温度，在超低温环境下使用存在极大风险。本发明通过合理的成分设计，使发明合金的马氏体相变温度低于-196℃，同时合金的膨胀系数为α20～400℃＝(4.7～6.0)×10-6/℃，α20～450℃＝(5.0～6.0)×10-6/℃，发明合金膨胀系数与玻璃和陶瓷的匹配性良好，适用于与硬玻璃、陶瓷匹配封接，使用环境温度可低至-196℃。
发明内容
本发明的目的在于提供一种耐超低温定膨胀合金及其制备方法，其中该耐超低温定膨胀合金具有与硬玻璃和陶瓷匹配的膨胀系数匹配性好的特性，其膨胀系数α20～400℃＝(4.7～6.0)×10-6/℃，α20～450℃＝(5.0～6.0)×10-6/℃。该合金金相组织在-196℃以上为完全奥氏体组织，具有良好的组织稳定性。该合金可用于作为与陶瓷和硬玻璃封接的结构材料，也可用于与膨胀系数接近的其它材料的封接与连接，使用温度为-196℃及以上温度。
本发明是通过以下技术方案实现的：
本发明提供了一种耐超低温定膨胀合金，其包括按质量百分数计的如下元素：Ni：36.0～40.0％，Co:5.0～11.0％，C:≤0.03％，Si:≤0.3％，Mn：≤0.5％，P:≤0.02％，S:≤0.02％，余量为Fe和不可避免的杂质。
作为优选方案，Ni元素和Co元素的质量百分数之和为44.5～47％
作为优选方案，所述耐超低温定膨胀合金的膨胀系数α20～400℃＝(4.7～6.0)×10-6/℃。
作为优选方案，所述耐超低温定膨胀合金的膨胀系数α20～450℃＝(5.0～6.0)×10-6/℃。
本发明在成分设计上的主要思路是通过增加稳定奥氏体元素含量，减少非奥氏体稳定元素含量，确保发明合金的马氏体相变温度低于-196℃，同时通过Ni、Co等元素的合理调配，使发明合金的膨胀系数满足设计要求。本发明合金Fe、Ni、Co的适当配比是确保合金具有一定膨胀系数和低温稳定性的必要保证，其成分配比是及其重要的。
以下将本发明合金成分的设计进行说明：
Ni：本合金的成分设计是以铁镍殷瓦合金为基础的，铁镍殷瓦合金在含镍量36％左右范围，膨胀系数最低，为1.5×10-6℃左右，偏离一定范围，合金的膨胀系数以很陡峭的斜率上升，将合金的镍含量控制在一定范围，就可以得到需要的膨胀系数。镍还具有很好的奥氏体相稳定作用，镍含量偏低时，在超低温下可能会形成马氏体相，一旦发生马氏体相变，殷瓦合金的膨胀系数会出现急剧升高，力学性能也会发生急剧变化。Ni还是改善合金低温力学性能的主要元素。
本发明合金要求的膨胀系数高于殷瓦合金，为了降低马氏体相变温度，将镍含量设计为36～40％，通过与其它元素的配合，合金的膨胀系数和马氏体转变温度可控制在本发明要求范围，超出此范围，合金的膨胀系数和马氏体转变温度将不能满足要求。
Co：在殷瓦合金中Co对合金膨胀系数的作用与Ni相似，增加Co的含量合金的膨胀系数升高，但升高的幅度比Ni小。Co和Ni的加入还使和的居里温度上升，这两种元素对居里温度的影响幅度几乎相同，为了达到良好的封接效果，要求合金的居里温度与硬玻璃软化温度接近。因此，Co的加入可以保证合金在一定居里温度条件下膨胀系数不会升得太高。Co过高加入会使合金的马氏体相变温度升高。
综合考虑Co对合金膨胀系数、居里温度、相变温度的影响，为了达到本发明的技术效果，将Co控制在5.0～11.0％范围。
C：在铁镍殷瓦合金中通常以间隙原子的形式存在，碳含量的提高会使合金的膨胀系数升高，碳还会使合金在高温封接过程中形成CO气体，造成封接针孔缺陷，因此应尽量降低含碳量，但过低的含碳量要求将导致冶炼成本增加，因此，将碳控制在≤0.03％。
P：是有害的杂质元素，P在晶界偏聚，会导致晶界脆性增加，在热应力作用下，形成晶界微裂纹。P控制越低越好，但过分控制低的P含量将增加制造成本，将P控制在≤0.02％，可有效控制上述情况的发生。
S：是对焊接性能及其有害的元素，S在结晶过程中与Mn形成低熔点MnS，MnS在晶界析出时，导致晶界脆化，在热应力作用下产生沿晶界裂纹。S控制越低越好，但过分控制低的S含量将增加制造成本，将S控制在≤0.02％，可有效控制上述情况的发生。
Si:是有效的脱氧剂，可降低合金氧含量，从而提高合金的热塑性，改善热加工性能。但Si会增大膨胀系数，降低合金的居里温度，最好是越低越好。Si是铁素体形成元素，提高马氏体相变温度，Si的加入将提高合金的相变温度。因此，适当选择其含量很重要。将Si控制在≤0.3％范围。
Mn：对热加工性能的提高有利，但会使合金的膨胀系数升高，居里温度降低，应越低越好。Mn是奥氏体形成元素，有利于稳定奥氏体，Mn的加入可使合金的相变温度降低。综合考虑，将其规定为≤0.5％。
Ni+Co：在典型铁镍殷瓦合金成分基础上，合金的居里温度增高，两种合金元素的加入，对合金居里温度增加的幅度基本一致。在殷瓦合金中Co对合金膨胀系数的作用与Ni相似，增加Co的含量合金的膨胀系数升高，但升高的幅度比Ni小。作为封接合金，保证一定的居里温度是必须的。因此，调节Ni、Co含量可以确保合金膨胀系数在规定范围，同时必须控制Ni+Co含量在规定范围。
综合考虑，Ni+Co含量控制在44.5～47％。
本发明设计的耐超低温定膨胀合金，具有膨胀性能良好，相变温度低等特点。通过合金成分的合理设计，合金膨胀系数与玻璃和陶瓷的匹配性良好，适用于与硬玻璃、陶瓷匹配封接，使用环境温度可低至-196℃。
一种如前述耐超低温定膨胀合金的制备方法，其包括冶炼的步骤和热加工的步骤，所述冶炼的步骤采用真空感应炉熔炼，所述热加工的步骤包括锻造和热轧。
作为优选方案，所述真空感应炉熔炼中，控制精炼温度为1540～1580℃，出钢温度为1510～1540℃。
作为优选方案，所述锻造的温度为1150℃～1220℃。
作为优选方案，所述热轧温度1050℃～1150℃。
本发明具有以下有益效果：
1、通过增加稳定奥氏体元素含量，减少非奥氏体稳定元素含量，发明合金的马氏体相变温度低于-196℃，具有良好的低温组织稳定性，发明合金适用于深低温环境。
2、通过Ni、Co等元素的合理调配，使发明合金的膨胀系数与硬玻璃和陶瓷的匹配性良好，满足了其封接要求。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明的保护范围。
实施例1
本实施例提供了一种耐超低温定膨胀合金的制备方法，具体包括如下步骤：
一、参照表2的方式进行配料；
二、采用真空感应炉熔炼，控制精炼温度为1540～1580℃，出钢温度为1510～1540℃，得到钢锭；
三、将所述钢锭在1150～1220℃下锻造，之后在1050～1150℃下热轧，得到耐超低温定膨胀合金。
实施例2
本实施例提供了一种耐超低温定膨胀合金的制备方法，具体包括如下步骤：参照表2的方式进行配料；制备方法与实施例1相同。
实施例3
本实施例提供了一种耐超低温定膨胀合金的制备方法，具体包括如下步骤：参照表2的方式进行配料；制备方法与实施例1相同。
实施例4
本实施例提供了一种耐超低温定膨胀合金的制备方法，具体包括如下步骤：参照表2的方式进行配料；制备方法与实施例1相同。
实施例5
本实施例提供了一种耐超低温定膨胀合金的制备方法，具体包括如下步骤：参照表2的方式进行配料；制备方法与实施例1相同。
实施例6
本实施例提供了一种耐超低温定膨胀合金的制备方法，具体包括如下步骤：参照表2的方式进行配料；制备方法与实施例1相同。
对比例1～4
对比例1～4的钢材的元素配比如表2所示，制备方法与实施例1相同。
表2实施例和对比例的化学成分(wt％)
Figure BDA0002534258380000051
Figure BDA0002534258380000061
表3为实施例钢和对比例钢的-196℃马氏体相变、膨胀性能和居里温度比较。从表2和表3可以看到，当合金的化学成分偏离本发明合金成分时，合金的膨胀系数和-196℃马氏体相变至少有一项不符合本发明的要求。
表3实施例和对比例的性能
Figure BDA0002534258380000062
综上所述，仅为本发明的较佳实施例而已，并非用来限定本发明实施的范围，凡依本发明权利要求范围所述的形状、构造、特征及精神所为的均等变化与修饰，均应包括于本发明的权利要求范围内。

Claims (8)

1.一种耐超低温定膨胀合金，其特征在于，包括按质量百分数计的如下元素：Ni：36.0～40.0，Co:5.0～11.0％，C:≤0.03％，Si:≤0.3％，Mn：≤0.5％，P:≤0.02％，S:≤0.02％，余量为Fe和不可避免的杂质。
2.如权利要求1所述的耐超低温定膨胀合金，其特征在于，Ni元素和Co元素的质量百分数之和为44.5～47％。
3.如权利要求1所述的耐超低温定膨胀合金，其特征在于，所述耐超低温定膨胀合金的膨胀系数α20～400℃＝(4.7～6.0)×10-6/℃。
4.如权利要求1所述的耐超低温定膨胀合金，其特征在于，所述耐超低温定膨胀合金的膨胀系数α20～450℃＝(5.0～6.0)×10-6/℃。
5.一种如权利要求1所述耐超低温定膨胀合金的制备方法，其特征在于，包括冶炼的步骤和热加工的步骤，所述冶炼的步骤采用真空感应炉熔炼，所述热加工的步骤包括锻造和热轧。
6.如权利要求5所述耐超低温定膨胀合金的制备方法，其特征在于，所述真空感应炉熔炼中，控制精炼温度为1540～1580℃，出钢温度为1510～1540℃。
7.如权利要求5所述耐超低温定膨胀合金的制备方法，其特征在于，所述锻造的温度为1150℃～1220℃。
8.如权利要求5所述耐超低温定膨胀合金的制备方法，其特征在于，所述热轧温度1050℃～1150℃。
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Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1278105A (zh) * 1999-06-22 2000-12-27 安费尤吉纳精密公司 用于平面彩色阴极显象管的遮蔽器件
CN1355856A (zh) * 1999-06-10 2002-06-26 日本冶金工业株式会社 Fe－Ni系荫罩用材料
CN1367268A (zh) * 2001-01-24 2002-09-04 安费尤吉纳精密公司 铁－镍合金带材的制备方法
CN1474880A (zh) * 2000-11-21 2004-02-11 �ձ�ұ��ҵ��ʽ���� 具有良好蚀刻加工性的荫罩用Fe-Ni合金材料
CN101084321A (zh) * 2004-11-05 2007-12-05 安费合金公司 用于生产集成电路支撑框架的铁－镍合金带
CN105316576A (zh) * 2014-07-31 2016-02-10 宝钢特钢有限公司 一种具有优良焊接性能的FeNi殷瓦合金
CN107452690A (zh) * 2016-03-31 2017-12-08 Tdk株式会社 复合磁性密封材料
CN109023142A (zh) * 2018-08-21 2018-12-18 丹阳市凯鑫合金材料有限公司 一种真空集热管用玻封合金及其生产方法

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1355856A (zh) * 1999-06-10 2002-06-26 日本冶金工业株式会社 Fe－Ni系荫罩用材料
CN1278105A (zh) * 1999-06-22 2000-12-27 安费尤吉纳精密公司 用于平面彩色阴极显象管的遮蔽器件
CN1474880A (zh) * 2000-11-21 2004-02-11 �ձ�ұ��ҵ��ʽ���� 具有良好蚀刻加工性的荫罩用Fe-Ni合金材料
CN1367268A (zh) * 2001-01-24 2002-09-04 安费尤吉纳精密公司 铁－镍合金带材的制备方法
CN101084321A (zh) * 2004-11-05 2007-12-05 安费合金公司 用于生产集成电路支撑框架的铁－镍合金带
CN105316576A (zh) * 2014-07-31 2016-02-10 宝钢特钢有限公司 一种具有优良焊接性能的FeNi殷瓦合金
CN107452690A (zh) * 2016-03-31 2017-12-08 Tdk株式会社 复合磁性密封材料
CN109023142A (zh) * 2018-08-21 2018-12-18 丹阳市凯鑫合金材料有限公司 一种真空集热管用玻封合金及其生产方法

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