RU2023739C1

RU2023739C1 - High-strength invar alloy

Info

Publication number: RU2023739C1
Authority: RU
Inventors: Виктор Михайлович Кардонский
Original assignee: Виктор Михайлович Кардонский
Priority date: 1991-10-21
Filing date: 1991-10-21
Publication date: 1994-11-30

Abstract

FIELD: metallurgy. SUBSTANCE: invar alloy has, wt.-%: C 0.001-0.1; Ni 34-50; Ti 0.5-3.0; Mo 0.001-2.2; Nb 0.001-3; Al 0.3-3, and Fe - the rest. Aluminium addition ensures to decrease value of temperature linear expansion coefficient (TCLE) and increase the range of property stability. EFFECT: enhanced quality of alloy. 2 tbl

Description

Изобретение относится к металлургии, конкретнее к сплавам инварного класса. The invention relates to metallurgy, and more particularly to alloys of the Invar class.

Известен инварный сплав 36Н [1], содержащий, мас.%: Никель 35-37 Марганец 0,3-0,6 Железо Остальное. Known Invar alloy 36H [1], containing, wt.%: Nickel 35-37 Manganese 0.3-0.6 Iron The rest.

Недостатком этого сплава является низкая прочность (σ₀₂ ≈ 280 МПа).The disadvantage of this alloy is its low strength (σ ₀₂ ≈ 280 MPa).

Наиболее близким по составу к предлагаемому является сплав следующего химического состава, мас.%: Углерод ≅0,05 Никель 35-50 Тантал и/или ниобий 1,5-5 Кремний, марганец и/или хром ≅1
Молибден и/или титан,
и/или ванадий, и/или цирконий, и/или вольфрам ≅5 Железо Остальное [2].The closest composition to the proposed one is the alloy of the following chemical composition, wt.%: Carbon ≅0.05 Nickel 35-50 Tantalum and / or niobium 1.5-5 Silicon, manganese and / or chromium ≅1
Molybdenum and / or titanium,
and / or vanadium and / or zirconium and / or tungsten ≅5 Iron Else [2].

Недостатком этого сплава является сравнительно высокое значение температурного коэффициента линейного расширения ТКЛР ≅ 7 ^.10^-6 К^-1 в интервале 30-300^оС.The disadvantage of this alloy is the relatively high value of the temperature coefficient of linear expansion TKLR ≅ 7 ^. 10 ^-6 K ^-1 in the range of 30-300 ^about C.

Целью изобретения является создание инварного сплава с меньшим ТКЛР и большим температурным интервалом стабильности свойств, чем у сплава-прототипа. The aim of the invention is the creation of an invar alloy with less thermal expansion coefficient and a greater temperature range of stability properties than the alloy of the prototype.

Цель достигается при химическом составе, мас.%: Углерод 0,001-0,1 Никель 34-50 Титан 0,5-3 Молибден 0,001-2,2 Ниобий 0,001-3 Алюминий 0,3-3 Железо Остальное
Пределы содержания легирующих элементов определяются их влиянием на структуру, фазовый состав и свойства сплава.The goal is achieved with the chemical composition, wt.%: Carbon 0.001-0.1 Nickel 34-50 Titanium 0.5-3 Molybdenum 0.001-2.2 Niobium 0.001-3 Aluminum 0.3-3 Iron The rest
The content limits of alloying elements are determined by their influence on the structure, phase composition and properties of the alloy.

Углерод не участвует в процессе упрочнения сплава, его влияние сказывается в образовании по границам зерен карбидов титана, что приводит к понижению ударной вязкости, поэтому содержание углерода должно быть минимальным. Carbon is not involved in the process of hardening of the alloy, its effect affects the formation of titanium carbides along the grain boundaries, which leads to a decrease in toughness, therefore, the carbon content should be minimal.

Никель определяет инварность сплава, следовательно, даже после упрочняющей обработки, при которой часть никеля выходит из твердого раствора, его содержание в нем не должно быть меньше 34-38 мас.%. Поскольку при старении выходит из твердого раствора максимально ≈ 12 мас.% никеля, интервал его концентрации должен быть 34-50 мас.%, в зависимости от количества упрочняющей фазы. Nickel determines the invariance of the alloy, therefore, even after hardening treatment, in which part of the nickel leaves the solid solution, its content in it should not be less than 34-38 wt.%. Since, when aging, maximally ≈ 12 wt.% Nickel leaves the solid solution, the range of its concentration should be 34-50 wt.%, Depending on the amount of the hardening phase.

Титан - упрочнитель. Необходимый комплекс свойств возникает после старения, при котором выделяются частицы упрочняющей фазы Ni₃Ti. Для увеличения пластических свойств сплава и интервала стабильности при минимальном ТКЛР необходимо, чтобы частицы упрочняющей фазы имели сферическую форму и ТКЛР меньше, чем соответствующее значение для матрицы. В этом случае при нагреве состаренного сплава в нем будут возникать сжимающие напряжения, что уменьшит рост ТКЛР с ростом температуры и таким образом расширит интервал стабильности. Этого можно достичь, легировав сплав дополнительно алюминием, при этом образуются в процессе старения сферические частицы Ni₃(Al, Ti) [3] . Нижний предел концентрации титана и алюминия определяется их растворимостью в аустените, верхний - возможным охрупчиванием сплава.Titanium is a hardener. The necessary set of properties arises after aging, in which particles of the hardening phase Ni ₃ Ti are released. To increase the plastic properties of the alloy and the stability interval with a minimum TEC, it is necessary that the particles of the hardening phase have a spherical shape and the TEC is less than the corresponding value for the matrix. In this case, when the aged alloy is heated, compressive stresses will appear in it, which will decrease the thermal expansion coefficient with increasing temperature and thus extend the stability interval. This can be achieved by alloying the alloy additionally with aluminum, and spherical particles Ni ₃ (Al, Ti) are formed during aging [3]. The lower limit of the concentration of titanium and aluminum is determined by their solubility in austenite, the upper - the possible embrittlement of the alloy.

Ниобий вводится как дополнительный упрочнитель, поскольку при нагреве железо-никелевого аустенита с ниобием образуются дисперсные частицы фазы Ni₃Nb, которые дополнительно упрочняют материал. Более 3 мас.% ниобия вводить не следует из-за возможного охрупчивания.Niobium is introduced as an additional hardener, since upon heating of iron-nickel austenite with niobium, dispersed particles of the Ni ₃ Nb phase are formed, which additionally strengthen the material. More than 3 wt.% Niobium should not be administered due to possible embrittlement.

Молибден вводится для уменьшения преимущественного выделения частиц упрочняющих фаз по границам зерен, что приводит к увеличению ударной вязкости. Максимальное количество молибдена, необходимого для этой цели, не более 2,2 мас.% [4]. Molybdenum is introduced to reduce the preferential release of particles of the hardening phases along the grain boundaries, which leads to an increase in impact strength. The maximum amount of molybdenum required for this purpose is not more than 2.2 wt.% [4].

В табл. 1 приведены составы испытанных сплавов, в табл. 2 - их свойства. Сплавы выплавляли в 10-кг индукционной печи из свежих шихтовых материалов. Слитки ковали на квадрат 14 мм, из него изготавливали образцы. ТКЛР определяли на дилатометре "Линцейс" при увеличении 1000 и скорости нагрева 3-10 град/мин на образцах длиной 45 мм. Точность определения ТКЛР 5 ^. 10^-8 К^-1.In the table. 1 shows the compositions of the tested alloys, in table. 2 - their properties. Alloys were smelted in a 10-kg induction furnace from fresh charge materials. Ingots were forged on a square of 14 mm, samples were made from it. LTEC was determined on a Linzeis dilatometer with an increase of 1000 and a heating rate of 3–10 deg / min on samples 45 mm long. Accuracy of determination of TECL 5 ^. 10 ^-8 K ^-1 .

Анализируя приведенные данные видно, что разработанный сплав, имея ТКЛР 0,3-3,0 ^. 10^-6 К^-1 в интервале 20-600^оС при прочности 1220 МПа значительно превосходит сплав-прототип.Analyzing the above data, it can be seen that the developed alloy having a TLCR of 0.3-3.0 ^. 10 ^-6 K ^-1 in the range of 20-600 ° ^C under 1220 MPa strength greatly exceeds the prototype alloy.

Claims

HIGH STRENGTH INVAR ALLOY, containing carbon, nickel, titanium, molybdenum, niobium and iron, characterized in that it additionally contains aluminum in the following ratio of components, wt.%:
Carbon 0.001 - 0.1
Nickel 34 - 50
Titanium 0.5 - 3
Molybdenum 0.001 - 2.2
Niobium 0.001 - 3
Aluminum 0.3 - 3
Iron Else