CN116288034A - 一种低膨胀软磁合金及其制备方法 - Google Patents

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王晶
刘军凯
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李增
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Abstract

本发明涉及软磁合金材料制备技术领域，尤其涉及一种低膨胀软磁合金及其制备方法。该合金的化学成分按质量百分比为C 0.001～0.2，Ni 30～34，Co 2～6，Nb 0.05～0.5，Mo 0.1～0.5，Cu 0.05～0.5，Si＜0.2，Mn＜0.2，P＜0.020，S＜0.015，余为Fe和不可避免的杂质；该软磁合金采用如下步骤制备：配料→真空感应熔炼电极棒→真空自耗重熔→开坯、锻造、机加工→分级热处理；该软磁合金在‑50～100℃膨胀系数α≤1.0ppm/℃。该合金具有较高最大磁导率和低的膨胀系数的组合，适用于制作有低膨胀性能和高软磁性能要求的零部件，特别是石英加速度计轭铁。

Description

一种低膨胀软磁合金及其制备方法
技术领域
本发明涉及软磁合金材料制备技术领域，尤其涉及一种低膨胀软磁合金及其制备方法。
背景技术
石英加速度计具有结构简单、体积小、成本低、精度高等优点，轭铁材料是石英加速度力矩器部件关键用材之一，其性能优劣决定了石英加速度计的精度。
超因瓦合金膨胀系数低，α20～100℃最低可小于0.1ppm/℃，但是软磁性能较差。
本申请的申请人在先递交的中国发明专利申请No.2018116234727公开了“一种高强度低密度低膨胀铁镍合金及其制备方法”，该软磁合金化学组成成分按质量百分比为Ni28.0-40.0％，Co 3.0-5.0％，Ti 2.0-4.0％，Cu 0.4-1.4％，Mn 0.1-0.7％，C 0.15-0.40％，P≤0.010％，S≤0.010％，余为Fe；该膨胀合金密度为7.8g/cm3；膨胀性能α20～100℃≤0.5×10-6/℃，可用作超低膨胀合金使用；该合金的制备方法为真空感应熔炼合金→气雾化制粉→SLM打印→预热处理→水淬→成品热处理；制备工艺复杂。该工艺制备的低膨胀合金用于加速度计轭铁材料时，由于其磁性能较差，对于加速度计的精度和长期稳定性有不利影响。
发明内容
本发明的目的是提供了一种低膨胀软磁合金及其制备方法，在现有技术的基础上对合金成分进行了改进，简化了制备方法，使合金兼具优秀的膨胀性能和软磁性能。
为了实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：
一种低膨胀软磁合金，该合金的化学成分按质量百分比为C0.001～0.2，Ni 30～34，Co 2～6，Nb 0.05～0.5，Mo 0.1～0.5，Cu 0.05～0.5，Si＜0.2，Mn＜0.2，P＜0.020，S＜0.015，余为Fe和不可避免的杂质；
该软磁合金采用如下步骤制备：配料→真空感应熔炼电极棒→真空自耗重熔→开坯、锻造、机加工→分级热处理；
该软磁合金在-50～100℃膨胀系数α≤1.0ppm/℃。
该合金的化学成分按质量百分比为C 0.001～0.02，Ni 30.0～34.0，Co 2.0～6.0，Nb 0.05～0.5，Mo 0.1～0.5，Cu 0.05～0.5，Si＜0.2，Mn＜0.2，P＜0.020，S＜0.015，余为Fe和不可避免的杂质。
该合金具有以下膨胀系数和磁性能的组合：在-50～100℃膨胀系数α≤1.0ppm/℃，最大磁导率μm≥20mH/m，矫顽力Hc≤15A/m。
该合金具有以下膨胀系数、最大磁导率和矫顽力的组合：在-50～100℃膨胀系数α0.5～1.0ppm/℃，最大磁导率μm 20～40mH/m，矫顽力Hc 4～10A/m。
该软磁合金用于制备石英加速度计轭铁。
一种如所述的低膨胀软磁合金的制备方法，该方法包括如下步骤：
a)配料：按照以下原料配比(wt.％)配料，C 0.001～0.2，Ni 30～34，Co 2～6，Nb0.05～0.5，Mo 0.1～0.5，Cu 0.05～0.5，Si＜0.2，Mn＜0.2，P＜0.020，S＜0.015，余为Fe；
b)真空感应熔炼电极棒：采用真空感应炉熔炼合金并浇铸成电极棒，熔炼过程真空度≤1Pa，其中Fe、Ni、Co、Nb、Mo作为一次加料直接放入坩埚；C、Cu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20～30分钟，之后在真空感应炉的真空室将钢液浇铸为电极棒；
c)真空自耗重熔：电极棒成分分析符合要求后车光电极棒表面，进行真空自耗重熔，熔炼过程中采用恒熔滴控制技术，真空度≤0.1Pa；
d)开坯、锻造成棒料，得到的锻棒加工为成品；
e)分级热处理：将步骤d)得到的成品进行真空热处理，1170±10℃保温2～3小时，再以100±10℃/小时冷速冷至870±10℃并保温1～2小时，气冷出炉。
步骤c)中，钢锭低于700℃装炉，升温速率≤200℃/h，在1140±10℃保温适当时间后开坯，锻造成所需规格棒料。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
该合金具有较高最大磁导率和低的膨胀系数，适用于制作有低膨胀性能和高软磁性能要求的零部件(如石英加速度计轭铁)。
该合金通过添加Nb、Mo、Cu微量元素，再经过分级热处理，合金在保持较低膨胀系数的基础上，获得较好的软磁性能。
采用Fe-Ni-Co体系，加入一定的Nb固定游离碳原子，降低合金膨胀系数；加入少量的Mo、Cu，提高合金磁性能稳定性。本发明旨在优化合金元素配比，通过优化的热处理工艺，使合金兼具优秀的膨胀性能和软磁性能。
具体实施方式
下面结合本发明实施例，对本发明的技术方案作进一步说明。
一种低膨胀软磁合金，该合金的化学组成成分(wt.％)为C≤0.2，Ni30～34，Co2～6，Nb0.05～0.5，Mo0.1～0.5，Cu0.05～0.5，Si＜0.2，Mn＜0.2，P＜0.020，S＜0.015，余为Fe。
上述合金元素的作用及合金设计依据如下：
Nb：固定游离C元素，降低膨胀系数；
Mo：提高合金软性性能的稳定性；
Cu：与Mo作用类似；
Fe：基体；
Si、Mn：控制其含量在0.3％以下；
P、S：杂质元素，其含量越低越好。
该软磁合金采用如下步骤制备：真空感应熔炼合金→开坯、锻造→热处理。
该软磁合金的制备方法，包括如下步骤：
a)将原料进行配比，原料配比(wt.％)为C≤0.2，Ni30～34，Co2～6，Nb0.05～0.5，Mo0.1～0.5，Cu0.05～0.5，Si＜0.2，Mn＜0.2，P＜0.020，S＜0.015，余为Fe。
b)熔炼：采用真空感应炉熔炼合金并浇铸成电极棒，熔炼过程真空度≤1Pa，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、Nb、Mo作为一次加料直接放入坩埚；C、Cu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20～30分钟，之后在真空感应炉的真空室将钢液浇铸为电极棒。电极棒成分分析符合要求后车光电极棒表面，进行真空自耗重熔，熔炼过程中采用恒熔滴控制技术，真空度≤0.1Pa。
c)开坯、锻造
钢锭低于700℃装炉，升温速率≤200℃/h，在1140±10℃保温适当时间后开坯，锻造成所需规格棒料。
d)热处理
锻棒可直接加工至成品后，进行真空热处理，1170±10℃保温2～3小时，再以100℃/小时冷速冷至870℃并保温1小时，气冷出炉。
实施例1
采用真空感应炉+真空自耗炉双联冶炼的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％)
Figure BDA0004165399610000051
上述成分合金采用的加工工艺一致：真空感应熔炼电极棒→真空自耗重熔→扒皮后1140℃锻造→Φ42mm棒。在棒材上取样，加工成φ40×φ32×5mm的试环，对试环进行真空热处理，1170±10℃保温3小时，再以100℃/小时冷速冷至870℃并保温1小时，气冷出炉。
经过上述工艺制备的具有低膨胀系数的软磁合金的膨胀性能、软磁性能见表3所示，合金在-50～100℃膨胀系数α≤1.0ppm/℃，最大磁导率μm≥20mH/m，矫顽力Hc≤15A/m；合金材料具有良好的膨胀和软磁性能，具有广泛的应用前景。
表3合金膨胀、软磁性能
Figure BDA0004165399610000052
Figure BDA0004165399610000061

Claims (7)

1.一种低膨胀软磁合金，其特征在于：该合金的化学成分按质量百分比为C 0.001～0.2，Ni 30～34，Co 2～6，Nb 0.05～0.5，Mo 0.1～0.5，Cu 0.05～0.5，Si＜0.2，Mn＜0.2，P＜0.020，S＜0.015，余为Fe和不可避免的杂质；
该软磁合金采用如下步骤制备：配料→真空感应熔炼电极棒→真空自耗重熔→开坯、锻造、机加工→分级热处理；
该软磁合金在-50～100℃膨胀系数α≤1.0ppm/℃。
2.如权利要求1所述的软磁合金，其特征在于：该合金的化学成分按质量百分比为C0.001～0.02，Ni 30.0～34.0，Co 2.0～6.0，Nb 0.05～0.5，Mo 0.1～0.5，Cu 0.05～0.5，Si＜0.2，Mn＜0.2，P＜0.020，S＜0.015，余为Fe和不可避免的杂质。
3.如权利要求1所述的软磁合金，其特征在于：
该合金具有以下膨胀系数和磁性能的组合：在-50～100℃膨胀系数α≤1.0ppm/℃，最大磁导率μm≥20mH/m，矫顽力Hc≤15A/m。
4.如权利要求1所述的软磁合金，其特征在于：
该合金具有以下膨胀系数、最大磁导率和矫顽力的组合：在-50～100℃膨胀系数α0.5～1.0ppm/℃，最大磁导率μm 20～40mH/m，矫顽力Hc 4～10A/m。
5.如权利要求1所述的软磁合金，其特征在于：该软磁合金用于制备石英加速度计轭铁。
6.一种如权利要求1所述的低膨胀软磁合金的制备方法，其特征在于：该方法包括如下步骤：
a)配料：按照以下原料配比(wt.％)配料，C 0.001～0.2，Ni 30～34，Co 2～6，Nb 0.05～0.5，Mo 0.1～0.5，Cu 0.05～0.5，Si＜0.2，Mn＜0.2，P＜0.020，S＜0.015，余为Fe；
b)真空感应熔炼电极棒：采用真空感应炉熔炼合金并浇铸成电极棒，熔炼过程真空度≤1Pa，其中Fe、Ni、Co、Nb、Mo作为一次加料直接放入坩埚；C、Cu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20～30分钟，之后在真空感应炉的真空室将钢液浇铸为电极棒；
c)真空自耗重熔：电极棒成分分析符合要求后车光电极棒表面，进行真空自耗重熔，熔炼过程中采用恒熔滴控制技术，真空度≤0.1Pa；
d)开坯、锻造成棒料，得到的锻棒加工为成品；
e)分级热处理：将步骤d)得到的成品进行真空热处理，1170±10℃保温2～3小时，再以100±10℃/小时冷速冷至870±10℃并保温1～2小时，气冷出炉。
7.如权利要求6所述的低膨胀软磁合金的制备方法，其特征在于：
步骤c)中，钢锭低于700℃装炉，升温速率≤200℃/h，在1140±10℃保温适当时间后开坯，锻造成所需规格棒料。
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