CN1167838A - 铁铬铝合金及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于铁基合金及其制造方法领域。本发明所述的铁铬铝合金的化学成分配比(重量％)：Cr10～30％，Al3～7％，Al2O30.1～2％，余为Fe。其制造方法首先采用粉末冶金方法制备铁铬铝合金坯料，然后再加工成制品。粉末冶金方法制备铁铬铝合金坯料包括制粉、机械合金化、成型和烧结工序。采用本发明所制备的铁铬铝合金制品具有较高的高温强度和更高的抗氧化性能及加工性能，因而使用温度高，寿命长。

Description

铁铬铝合金及其制造方法
本发明属于铁基合金及其制造方法领域。主要适用于制造铁铬铝合金制品。
铁铬铝电热合金电阻率高，比重轻，抗氧化及抗渗碳能力强，耐硫及各种碳氢气体腐蚀性能好，且价格低廉，使用温度可达1100～1400℃。
在现有技术中，铁铬铝合金电阻丝一直采用熔炼、浇铸、轧制、拔丝的生产工艺流程方法。用这种方法生产的铁铬铝合金丝，其主要缺点是高温强度低，容易产生蠕变变形，另外，塑性、韧性较差，易脆，经高温使用后，晶粒长大，导致脆性增加，使用寿命短。
为了提高铁铬合金丝的塑性、韧性和高温强度，近年来国际上开发了用粉末冶金方法制备铁铬铝合金坯条(替代熔炼、铸造)，然后再轧制和拔丝。(《Industnal Heating)》January，1994 P47～50)就公布了一种采用粉末冶金方法制备铁铬铝合金丝的工艺，但该文献中，没有报道具体的粉末冶金方法工艺。
本发明的目的在于提供一种铬铁铝合金的化学成分配比及其制造方法。
本发明铁铬铝合金的化学成分配比是在Fe-Cr-Al母合金基础上，加入Al2O3粉。在粉末冶金状态下，Al2O3粉的加入可以达到：(1)提高高温强度，(2)阻碍晶粒长大，(3)提高抗氧化能力。但是过量的Al2O3会降低塑性。
据此，本发明铁铬铝合金的化学成分配比(重量％)为：
Cr 10～30％，Al 3～7％，Al2O3 0.1～2％，余为Fe。
本发明铁铬铝合金采用粉末冶金制造方法生产，它包括如下工序：
制粉——机械合金化——成形——烧结——轧制——拔丝。
现将各工序分述如下：
(1)制粉
本发明采用粉末制备方法将铁铬铝母合金和Al2O3制成粉末。母合金粉可采用雾化法或机械破碎法制造，其粒度要求＜0.351mm，Al2O3粉的粒度要求＜0.038mm。
(2)机械合金化
将粒度＜0.351的铁铬铝母合金粉和粒度＜0.038mm的Al2O3粉按化学成分配比装入搅拌球磨机中进行研磨，球、料配比(重量)为(10～8)∶1，球磨时间为4～20小时。
(3)成形
将研磨好的合金粉装入软湿模具中，然后置于冷等静压机中压制成坯料，其压力为150～200MPa，保压时间1～10分钟。
(4)烧结
将压制成形的铁铬铝合金坯料在烧结炉中进行烧结。烧结分如下两个阶段进行：
第一阶段——预烧结：温度200～300℃，保温时间20～30分钟，
第二阶段——烧结：温度900～1460℃，保温时间100～360分钟，
第一阶段结束之后，马上继续加热，进行第二阶段的烧结。整个烧结过程在氢气保护下进行。
(5)轧制或锻造
烧结好的铁铬铝合金坯料，可根据产品要求，采用轧制或锻造方式进行进一步加工，可加工成圆盘料、棒材、板材等。
(6)拔丝
如果需加工成电加热用的铁铬铝合金电阻丝，则可将轧制或锻造成的棒材，经拉拔工艺制成丝状产品。
根据本发明所述的化学成分及制造方法所制备的铁铬铝合金制品具有良好的综合性能和电热性能，如所制备的电阻合金丝，可在＜1420℃温度下长期工作。
与现有技术相比，本发明具有如下优点：
(1)采用机械合金化方法用Al2O3微粒弥散强化铁铬铝合金基体，提高了高温强度和初熔温度，从而可提高使用温度和使用寿命。
(2)由于Al2O3微粒弥散分布于铁铬铝基体中，能有效地阻碍基体晶粒长大，可避名或减小由于晶粒长大所造成的脆性，便于返修和焊接，亦提高使用寿命。
(3)粉末冶金FeCrAl合金表面可形成陶瓷氧化铝，提高合金制品的抗氧化、抗渗碳和抗硫腐蚀能力，从而也可提高使用温度和使用寿命。
(4)本发明所述的合金成分均匀，晶粒细小，故比常规的FeCrAl合金的塑性和韧性好，易于加工；同时，成分均匀也保证了制品的电阻率等均匀，可避免因局部电阻率高所造成的温度过高而烧断的现象。
(5)弥散的Al2O3微粒能提高FeCrAl合金的电阻系数，从而可提高使用功率。
实施例
根据本发明所述的化学成分配比及粉末冶金制造方法制备三批铁铬铝合金电阻丝。三批合金的具体化学成分如表1所示。FeCrAl母合金粉和Al2O3粉的粒度如表2所示。配料后一起放入搅拌球磨机中进行机械合金化，球料比及研磨时间如表2所示。研磨后的合金粉分批进行冷等静压成形，随后进行烧结，其成形和烧结工艺参数如表3所示。烧结后进行了轧制和拔丝。分别制成φ2mm的电阻丝。并对电阻丝成品分别进行物理性能和力学性能试验，其结果列入表4。
为了对比，采用熔炼铸造方法冶炼一炉FeCrAl合金，也加工成丝。其成分和性能也列入了相应的表中。
表1实施例合金的化学成分配比(重量％)
Figure A9710402800051
表2实施例合金的粉末粒度及球磨参数
表3实施例合金冷等静压成形及烧结参数
Figure A9710402800062
表4实施例合金电阻丝制品的物理及力学性能
性能       批号     1     2     3   对比例
烧结密度         g/cm3     7.09     7.06     6.96
密度             g/m3     7.1     7.1     7.0     7.1
相对密度         ％     99.86     99.44     99.44
熔点             ℃ 1500 1500 1500 1500
初熔温度         ℃     1650     1650     1650     1550
20℃电阻率×10-8.Ω.m     1.401     1.410     1.460     1.401
1100℃电阻率×10-6Ω.m     1.513     1.530     1.520     1.511
1200℃×100h间断 mg/m2.h氧化增重     94.3     65.1     63.2     100.3
室温断裂强度     MPa 672 680 700 640
室温延伸率       ％ 28 23 22 20
1000℃断裂强度   MPa 26 40.4 28.6 13
量高工作温度     ℃     1360     1400     1310     1300

Claims (3)

1、一种铁铬铝合金，其特征在于化学成分配比(重量％)为Cr 10～30％，Al 3～7％，Al2O3 0.1～2％，余为Fe。
2、一种铁铬铝合金的制造方法，包括先采用粉末冶金方法用原料粉制备铁铬铝合金坯料，然后再加工成制品，其特征在于粉末冶金方法制备铁铬铝合金坯料的工序为：
(1)制粉
采用粉末制备方法将铁铬铝母合金和Al2O3制成粉末，母合金粉的粒度要求＜0.351mm，Al2O3粉的粒度要球＜0.038mm。
(2)机械合金化
将粒度＜0.351的铁铬铝母合金粉和粒度＜0.038mm的Al2O3粉按化学成分配比装入搅拌球磨机中进行研磨，球料配比(重量)为(10～8)∶1，球磨时间为4～20小时。
(3)成形
将研磨好的合金粉装入软湿模具中，然后置于冷等静压机中压制成坯料，其压力为150～200MPa，保压时间1～10分钟。
(4)烧结
将压制成形的坯料在烧结炉中进行烧结，烧结分如下两个阶段进行：
第一阶段——预烧结：温度200～300℃，保温时间20～30分钟，
第二阶段——烧结：温度900～1460℃，保温时间100～360分钟，
整个烧结过程在氢气保护下进行。
3、根据权利要求2所述的制造方法，其特征在于烧结的第一阶段结束之后，马上继续加热，进行第二阶段烧结。
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