專利名稱：一種低密度無磁恒彈性合金的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于合金材料領(lǐng)域，特別涉及一種低密度無磁恒彈性合金。
背景技術(shù)：
在現(xiàn)有技術(shù)中，恒彈性合金是指在所使用的溫度區(qū)間內(nèi)合金的彈性模量隨溫度的變化基本保持不變的合金。早在1896年，人們發(fā)現(xiàn)Fe-Ni二元合金中Ni含量為28％和44％時，彈性模量溫度系數(shù)可以為零，但恒彈性溫度范圍很窄、彈性模量溫度系數(shù)對Ni含量極其敏感而未得到應(yīng)用。此后研制出可實際應(yīng)用的碳化物強化型和時效強化型Fe-Ni基恒彈性合金，形成了許多牌號，如Ni-Span C、Ni-Span D和我國的3J53、3J58等恒彈性合金。由于Fe-Ni系合金的性能一致性差、機械品質(zhì)因數(shù)低等因素，國內(nèi)外進行大量工作，研究了多種恒彈性合金來彌補Fe-Ni系合金上述的不足之處。一類為鐵磁性恒彈性合金，分為Fe-Ni系和Fe-Co系恒彈性合金。對于Fe-Ni系合金通過加C、Cr、Ti、Al、Nb等合金化元素生成金屬間化合物強化合金，穩(wěn)定合金彈性模量溫度系數(shù)。Fe-Co系合金的彈性模量溫度系數(shù)較穩(wěn)定，典型的合金有Co埃林瓦、Mo埃林瓦、W埃林瓦、Mn埃林瓦以及Elcolloy合金等。再有一類為無磁恒彈性合金，有Fe-Mn基、Mn基、Cr基、Ti基等合金系，這類合金不受周圍磁場的影響。
目前，比較廣泛使用的Ni-Span C合金，以及其它Fe-Ni艾林瓦類型恒彈性合金，皆為鐵磁性材料。亦即在不太強的磁場中容易達(dá)到飽和，因此其使用具有一定的局限性，特別是許多精密儀表和計時裝置中的敏感和機械傳動等元件，往往工作在磁場中或磁場附近，這樣就要求彈性材料不僅彈性模量溫度系數(shù)低，亦要求材料不受周圍磁場的影響，即要求無磁性。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展對恒彈合金的低密度、高強度、耐蝕性等方面也提出了更高的要求。
報道中發(fā)現(xiàn)俄羅斯比較成熟的Nb基恒彈性合55БТЮ，Ti、Al為其主要合金化元素，固溶、時效后的彈性模量溫度系數(shù)為-(7.0-9.0)×10-5/℃，Rm＜1200MPa。國內(nèi)未見低密度、無磁、恒彈性Nb基合金的專利報道。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種高強度的低密度無磁恒彈特性的合金。
根據(jù)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案該合金的的化學(xué)組成成分(重量)％為Ti 36.0-42.0％，Al 4.0-6.0％，Cr 3.0-6.0％，Hf 2.0-5.0％，余為Nb。
另外，熔煉合金所用的Nb、Ti、Al、Cr、Hf原材料的純度不低于99.0％的水平。
上述各化學(xué)成分的作用為在本專利涉及的Nb基合金中，添加合金化元素Cr的主要作用是降低合金彈性模量溫度系數(shù)對成分敏感性，提高抗蝕性和起到固溶強化的作用，提高合金的強度。Ti、Al是有效的強化元素，在600-700℃時效過程中，固溶體中析出細(xì)小彌散分布的(Nb\Ti)3Al強化相，顯著提高合金強度并降低合金的彈性滯后。并且合金元素Ti能夠有效的提高Nb合金的彈性極限。通過添加合金化元素Hf，形成彌散的碳化物相，進行沉淀強化，并且改善合金的抗氧化性能。合金中大量的低密度元素Ti、Al明顯降低了合金的密度。
本發(fā)明采用與現(xiàn)有技術(shù)相似的制備方法，是利用二次真空自耗的方法，有效提高合金的冶金質(zhì)量，為后續(xù)的成型工藝提供了決定性的保障，其具體步驟如下1、電極制造將Nb條、海綿Ti、Al、Cr、Hf按以上的重量百分比制成電極，并用氬弧焊焊接牢固。
2、熔煉在真空自耗爐中進行熔煉，真空度≤1.0×10-1Pa時充氬氣，熔煉后的合金錠作為新的電極，再次進行真空自耗熔煉，要求反復(fù)熔煉2次以上。
3、均勻化處理將經(jīng)過自耗熔煉的合金錠，經(jīng)1500-1700℃保溫1-2小時均勻化退火處理，扒皮并取樣分析合金的化學(xué)成分。
4、開坯扒皮錠開坯時低于600℃裝爐，合金錠的大小決定合金錠的升溫速度快慢，經(jīng)1000-1100℃保溫1小時后開始鍛造成方坯；5、熱軋方坯經(jīng)1000-1100℃保溫1小時后熱軋成板坯；6、固溶熱處理板坯經(jīng)1000-1100℃保溫1小時后迅速淬水，得到固溶態(tài)合金。
本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有高強度、低密度、無磁、恒彈性的優(yōu)點。上述優(yōu)5點具體如下制備的合金其彈性模量溫度系數(shù)βE(-55-00℃)小于7.3×10-5/℃，密度為5.85g/cm3左右，克磁化率Xm小于1.74×10-6cm3g-1，抗拉強度大于1400MPa的低密度、無磁、恒彈特性合金。
圖1為1#合金經(jīng)650℃×10h真空時效處理后彈性模量溫度系數(shù)隨使用溫度的變化曲線圖。
上述附圖中，在20℃時合金的彈性模量E約為111.5GPa。隨使用溫度的升高合金的彈性模量溫度呈線性緩慢降低，在400℃時，彈性模量E約為108.5GPa。
具體實施例方式
采用本發(fā)明合金的化學(xué)成分和二次真空自耗的方法制備了3批低密度、無磁、恒彈合金鋼錠將合金錠于1650℃經(jīng)1小時均勻化退火處理，于1070℃保溫1小時鍛造成方坯，方坯經(jīng)1020℃保溫1小時后熱軋成板坯，板坯在1000℃保溫1小時固溶處理后淬水，得到固溶狀態(tài)合金。對固溶態(tài)合金分別進行600℃、650℃、700℃×10h真空時效處理，所得的時效后的合金的性能列入表中上述列表中，表1本發(fā)明低密度無磁恒彈性合金化學(xué)成分表(重量％)，表2為對固溶態(tài)合金分別進行600℃、650℃、700℃×10h真空時效處理，所得的時效后的合金性能表。
表1本發(fā)明低密度無磁恒彈性合金化學(xué)成分表(重量％)
表2為對固溶態(tài)合金分別進行600℃、650℃、700℃×10h真空時效處理后的性能表
權(quán)利要求
1.一種低密度無磁恒彈性合金，其特征在于該合金的的化學(xué)組成成分(重量)％為Ti 36.0-42.0％，Al 4.0-6.0％，Cr 3.0-6.0％，Hf 2.0-5.0％，余為Nb。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的低密度無磁恒彈性合金，其特征在于熔煉合金所用的Nb、Ti、Al、Cr、Hf原材料的純度不低于99.0％的水平。
全文摘要
本發(fā)明屬于合金材料領(lǐng)域，特別涉及一種低密度無磁恒彈性合金。該合金的化學(xué)組成成分(重量)％為Ti 36.0－42.0％，Al 4.0－6.0％，Cr 3.0－6.0％，Hf 2.0－5.0％，余為Nb。另外，熔煉合金所用的Nb、Ti、Al、Cr、Hf原材料的純度不低于99.0％的水平。本發(fā)明合金與現(xiàn)有技術(shù)相比具有高強度、低密度、無磁、恒彈性的優(yōu)點。
文檔編號C22C30/00GK101078081SQ200710117710
公開日2007年11月28日 申請日期2007年6月22日 優(yōu)先權(quán)日2007年6月22日
發(fā)明者張建福, 盧鳳雙, 張敬霖, 張建生, 趙棟梁, 陳建剛 申請人:鋼鐵研究總院