CN116121596B - 一种用于制造玻璃棉离心器的耐高温镍基合金 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种用于制造玻璃棉离心器的耐高温镍基合金，所述耐高温镍基合金成分的质量百分含量为Cr 23％～26％，Fe 3％～4％，W 11％～13％，Nb2％～2.5％，Mn 1％～1.3％，Ti 0.6％～1％，余量为Ni。一种玻璃棉离心器采用所述耐高温镍基合金制成，在980℃～1020℃高温、1800r/min～3600r/min高转速状态下不易断裂。本发明采用上述耐高温镍基合金制成的离心器，在980℃～1020℃高温、1800r/min～3600r/min高转速状态下不易断裂，工作时间达到500‑600小时，具有耐高温、耐腐蚀、抗氧化、抗冲刷性强、使用寿命长，不易变形的优点。

Description

一种用于制造玻璃棉离心器的耐高温镍基合金
技术领域
本发明涉及镍铬合金技术领域，尤其是涉及一种用于制造玻璃棉离心器的耐高温镍基合金。
背景技术
离心器是离心喷吹法生产玻璃纤维不可或缺的零件。熔融的玻璃液经通道流入高速旋转的离心器内，在离心力的作用下，经离心器侧壁的甩丝孔形成玻璃纤维，这就需要离心器在高速旋转和高温的条件下能正常工作。因此急需要一种具有优异的高温力学性能、高温耐腐蚀性能和抗冲刷性能的离心器。
目前的离心器制作过程中通常加入钴元素，但是钴元素价格昂贵且属于稀缺元素，从成本等方面考虑，选用镍基合金，而目前的镍基合金的离心器制作工艺较复杂，成分较多，制成的离心器的高温力学性能差异很大，抗氧化性能较差，导致使用寿命较短。因此急需一种高温力学性能、高温抗氧化、抗冲刷性能优异、使用寿命长且成本低的离心器。
发明内容
本发明的目的是提供一种用于制造玻璃棉离心器的耐高温镍基合金，采用上述耐高温镍基合金制成的离心器，在980℃～1020℃高温、1800r/min～3600r/min高转速状态下不易断裂，工作时间达到500-600小时，具有耐高温、耐腐蚀、抗氧化、抗冲刷性强、使用寿命长，不易变形的优点。
为实现上述目的，本发明提供了一种用于制造玻璃棉离心器的耐高温镍基合金，所述耐高温镍基合金成分的质量百分含量为Cr 23％～26％，Fe 3％～4％，W 11％～13％，Nb 2％～2.5％，Mn 1％～1.3％，Ti 0.6％～1％，余量为Ni。
一种玻璃棉离心器采用上述耐高温镍基合金制成，在980℃～1020℃高温、1800r/min～3600r/min高转速状态下不易断裂。
Cr(铬)是影响合金抗氧化和抗熔融玻璃液腐蚀性能的重要元素，此外，W(钨)也是重要的固溶强化元素。然而，过高的固溶元素含量会降低合金的组织稳定性，导致有害相的析出。综合考虑元素的抗氧化作用及固溶强化效果，本合金中C r的含量控制在23％-26％，W的含量控制为11％-13％。
Nb(铌)是影响合金高温力学性能的重要元素，可以增强合金的抗高温氧化能力，有利于提高合金的高温力学性能。然而过量的Nb会导致合金晶界处析出有害相，因此本合金中Nb的含量控制在2％-2.5％。
Ti(钛)原子可以起到沉淀强化作用，提高合金的高温强度。然而Ti属于活泼金属元素，易在合金高温氧化时发生内氧化或内氮化，不利于合金的高温抗氧化性能，因此本合金中Ti的含量控制在0.6％-1％。
Fe(铁)原子属于活泼金属元素，不耐腐蚀，过高的Fe元素会导致耐腐蚀性能下降，然而为了有限地降低成本，本合金中Fe的含量控制在3％-4％。
Mn(锰)具有很好的脱氧能力，能把FeO还原成Fe，改善合金的质量。降低合金的脆性，改善合金的热加工性能，锰能大部分溶于铁素体，形成置换固溶体，使铁素体强化提高合金的强度和硬度。因此本合金中Mn的含量控制在1％-1.3％。
其它余量为Ni，
结合上述各因素，一种用于制造玻璃棉离心器的耐高温镍基合金使用时的最佳配比为Ni 53.79％，Cr 25.12％，Fe 3.94％，W 12.89％，Nb 2.33％，Mn 1.19％，Ti 0.71％。
本发明所述的一种用于制造玻璃棉离心器的耐高温镍基合金的优点和积极效果是：
1、有效增加了离心器的使用寿命，可达到500-600小时。
2、解决了在长期高温(980℃～1020℃)、高转速(1800～3600r/min)状态下，离心器在工作时突然炸裂的问题，保障了工作人员的安全。
3、耐高温镍基合金制成的离心器耐高温、耐腐蚀、抗氧化、抗冲刷性能提高、不易变形，同时提高了生产过程中玻璃纤维的质量。
下面通过实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
具体实施方式
以下通过实施例对本发明的技术方案作进一步说明。
除非另外定义，本发明使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。
一种用于制造玻璃棉离心器的耐高温镍基合金的质量百分含量为Cr 23％～26％，Fe 3％～4％，W 11％～13％，Nb 2％～2.5％，Mn 1％～1.3％，Ti 0.6％～1％，余量为Ni。
Cr(铬)是影响合金抗氧化和抗熔融玻璃液腐蚀性能的重要元素，此外，W(钨)也是重要的固溶强化元素。然而，过高的固溶元素含量会降低合金的组织稳定性，导致有害相的析出。综合考虑元素的抗氧化作用及固溶强化效果，本合金中C r的含量控制在23％-26％，W的含量控制为11％-13％。
Nb(铌)是影响合金高温力学性能的重要元素，可以增强合金的抗高温氧化能力，有利于提高合金的高温力学性能。然而过量的Nb会导致合金晶界处析出有害相，因此本合金中Nb的含量控制在2％-2.5％。
Ti(钛)原子可以起到沉淀强化作用，提高合金的高温强度。然而Ti属于活泼金属元素，易在合金高温氧化时发生内氧化或内氮化，不利于合金的高温抗氧化性能，因此本合金中Ti的含量控制在0.6％-1％。
Fe(铁)原子属于活泼金属元素，不耐腐蚀，过高的Fe元素会导致耐腐蚀性能下降，然而为了有限地降低成本，本合金中Fe的含量控制在3％-4％。
Mn(锰)具有很好的脱氧能力，能把FeO还原成Fe，改善合金的质量。降低合金的脆性，改善合金的热加工性能，锰能大部分溶于铁素体，形成置换固溶体，使铁素体强化提高合金的强度和硬度。因此本合金中Mn的含量控制在1％-1.3％。
实施例1
一种用于制造玻璃棉离心器的耐高温镍基合金的质量百分含量为Cr 25.12％，Fe3.94％，W 12.89％，Nb 2.33％，Mn 1.19％，Ti 0.71％，余量为Ni。用上述组分制成的合金制造玻璃棉离心器三个，用于性能测试。
实施例2
一种用于制造玻璃棉离心器的耐高温镍基合金的质量百分含量为Cr 23％，Fe3％，W 11％，Nb 2％，Mn 1％，Ti 0.6％，余量为Ni。用上述组分制成的合金制造玻璃棉离心器三个，用于性能测试。
实施例3
一种用于制造玻璃棉离心器的耐高温镍基合金的质量百分含量为Cr 26％，Fe4％，W 13％，Nb 2.5％，Mn 1.3％，Ti 1％，余量为Ni。用上述组分制成的合金制造玻璃棉离心器三个，用于性能测试。
表1为实施例1、实施例2和实施例3中各组分表(单位：％)
实施例1、实施例2和实施例3中的镍基合金离心器经真空感应炉熔炼，然后再用精密铸造工艺成型，经热处理、机加工等工序制成玻璃棉离心器。
将实施例1、实施例2和实施例3中合金制成的离心器与对比文件1(申请号：CN200910000887.3)和对比文件2(申请号：CN201910961662.8)进行性能测试，离心器的尺寸设置为400mm，测试环境为温度1020℃，转速3600r，性能测试包括使用寿命、离心器表面裂纹情况。
表2为本发明实施例中合金制成的离心器和对比文件1(申请号：CN200910000887.3)合金制成的离心器使用寿命和离心器表面裂纹情况。
由表2可知，本发明与现有玻璃棉离心器用合金相比，具有优异的高温力学性能和抗高温氧化性能。并且，实施例1为最优组分配比。
将实施例1、实施例2和实施例3中合金制成的离心器与对比文件2(申请号：CN201910961662.8)进行产品成本的比较。
结果表明，本发明与对比文件2相比，产品成本较低，具有很好的经济价值，利与推广。
另外，与其他合金相比，本发明具有优异的抗氧化性能、耐腐蚀、耐高温和抗冲刷性能。
因此，本发明采用上述耐高温镍基合金制成的离心器，在980℃～1020℃高温、1800r/min～3600r/min高转速状态下不易断裂，工作时间达到500-600小时，具有耐高温、耐腐蚀、抗氧化、抗冲刷性强、使用寿命长，不易变形的优点。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其进行限制，尽管参照较佳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：其依然可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而这些修改或者等同替换亦不能使修改后的技术方案脱离本发明技术方案的精神和范围。

Claims (1)

1.一种采用耐高温镍基合金制成的玻璃棉离心器，其特征在于：所述耐高温镍基合金成分的质量百分含量为Cr 23％～26％，Fe 3％～4％，W 11％～13％，Nb 2％～2.5％，Mn1％～1.3％，Ti 0.6％～1％，余量为Ni；
所述玻璃棉离心器在980℃～1020℃且1800r/min～3600r/min状态下的使用寿命为500-600h。
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