一種高彈性模量彈性元件用恒彈性合金及其制備方法
【技術領域】
[0001] 本發明屬于精密合金領域，設及到一種高彈性模量彈性元件用恒彈性合金及其制 備方法，尤其設及到化-Ni系金屬間化合物強化型恒彈性合金。
【背景技術】
[0002] -般金屬或合金，隨著溫度的升高，原子間結合力逐漸減弱，彈性模量會下降，該 對于儀器儀表的準確度是不利的，因而需研制恒彈性合金。彈性元件用恒彈性合金在性 能上常要求；一定較小數值的彈性模量溫度系數；足夠高的彈性模量，且彈性模量越高越 好；內耗小；高的抗磁性；較高的耐蝕性。我國現有彈性元件用恒彈性合金牌號為3J53。 YB/T5256-2011中規定其W質量百分比計合金成分為；C0.05%，Mn0.80%， Si;《0. 80 %，P《0. 020 %，S《0. 020%，Ni;41. 50-43. 0%，Cr;5. 20-5. 80%，Ti; 2. 30% -2. 70%，A1 ;0. 50-0. 80%Je余量；標準中給出3J53合金在經冷加工+時效后，彈 性模量最高可到191.IGPa。
[0003] 但在實際彈性元件應用中，191.IGPa已滿足不了實際需求。例如在機械鐘表 實際生產應用中，女表往往體積較小，游絲相應縮小，為達到與男表游絲同等剛度，材料 彈性模量需增加10-15%，即要求游絲材料彈性模量達到200GPaW上。目前，日本專利 JP2008-293713(CN200980145779)采用Fe-Co-Ni-Cr-Mo合金體系，彈性模量可W達到 240GPa，其成分為W原子量百分比計為；Co;20-40%，Ni;7-22%，Co+Ni;42. 0-49. 5%，Cr; 5-13%，Mo;1-6%，Cr+Mo;13. 5-16%，化余量，該合金成本遠高于 3J53。
【發明內容】
[0004] 本發明的目的是提供一種高彈性模量彈性元件用恒彈性合金及其制備方法，采用 類3J53合金成分設計，通過嚴格的成分配比，及合理的制造工藝，得到彈性模量200GPaW 上，彈性模量溫度系數為（10-30)X1(T6°C的板材或者帶材，其余性能不低于現有牌號 3巧3合金。
[0005] 為實現上述發明目的，本發明采用如下技術方案：
[0006] (1)合金成分：本發明低成本高彈性模量彈性元件用恒彈性合金的化學成分質量 百分比分別如下；C 0. 02%，Ni;39. 8-41. 2%，Cr;5. 50-6. 00%，Ti;2. 45% -2. 65%， Mn;0. 50-0. 65%，A1 ;0. 35-0. 55%，Si;0. 30-0. 40%，Co;0. 50-2. 00%，Ce;0. 01-0. 2%，P《0. 015%，S《0. 015%，其它為化和不可避免雜質。
[0007] (2)固溶處理：在1050-1100°C保溫20-50min，之后水澤；
[000引 做冷軸：多道次冷軸，軸制總壓下率為65-75%，軸制壓下率達到50%后，每道次 壓下率不大于10% ;
[0009] (4)時效處理：在 550-650°C保溫 60-150min。
[0010] 本發明合金成分各元素的作用及配比依據如下（W質量百分比計）：
[0011] C;C含量增加彈性模量降低，C不但和&形成&23Ce，降低合金的抗蝕性，而且和 Ti有較強的親和力，易于形成TiC。TiC的出現，不僅減少了丫'相的數量，而且TiC的烙 點高，質硬且脆，往處于晶界處，故不利于加工變形。本發明優選盡可能的減少。
[0012] Ni;Ni與Fe、&組成丫固溶體，構成合金彈性反常基礎，對合金的恒彈性有很大 影響。因為主要影響恒彈性性能的是合金丫固溶體中基體的Ni含量，該含量取決于合金 的原始成分和時效過程中丫'相的析出程度。此外，Ni含量是決定居里溫度的主要因素， Ni含量越低，居里溫度降低迅速。本發明優選39. 8-41. 2%。
[0013] & ;&主要使彈性模量溫度系數正值降低并使得其對成分敏感性降低。&在合金 中不參與形成金屬間化合物，也不改變析出相結構，主要存在于丫相中，起到固溶強化作 用。化為非鐵磁元素，它的加入能減少磁內耗，從而提高機械品質因素Q值。化也可W使 居里溫度Tc降低，并提高耐蝕性。本發明優選5. 45-5. 90%。
[0014]Ti;Ti溶入固溶體及與C形成TiC之外，其余形成丫 '相，使合金強化。由于丫' 相的析出，使基體Ni含量降低，基體中的Ni含量越低，居里溫度越低，彈性模量溫度系數越 高；同時使機械品質因數增加，磁滯損耗減小。另外，Ti含量增加，磁性下降，居里點顯著下 降。Ti是提高合金機械品質因數Q的重要元素。本發明優選2. 45%-2. 65%。
[0015] Si;Si通常為脫氧的必要元素，且能起到固溶強化的作用。但Si含量增加會大幅 減小合金機械品質因數Q。本發明優選盡可能的減少。
[0016]Co;Co是固溶強化元素，大幅提高居里點，改變材料的層錯能。實驗證明，相比于 3J53合金，用少量的Co代替Ni，在成本提高不大的前提下，可W提高材料彈性模量（對比 例2固溶態彈性模量為172. 8GPa，實施例1固溶態彈性模量為178. 4GPa)。本發明優選 0. 50-2. 00%。
[0017]Ce;Ce具有極強的脫氧和脫硫能力，增加合金機械品質因數Q，大幅提高合金的疲 勞壽命。本發明優選0.01-0. 2%。
[0018] 本發明適用于原始材料為板材、帶材、椿材、線材和絲材，原材料經冶煉、鍛造后， 可處于鍛造、熱軸、拔絲、退火等等任意狀態下。為保證冷軸前合金元素均勻化，并盡量消除 原狀態中的織構組分，需進行固溶處理。固溶處理盡量采用快速加熱短時保溫的工藝，本發 明優選1050-1100°C保溫20-50min，之后迅速澤火。
[0019] 本發明所獲合金組織為強{112} <111〉弱{110} <112〉板織構，主要通過冷軸工藝 獲得，其壓下率選擇及依據如下：
[0020] 本發明合金為面屯、立方晶體，且在冷軸過程中不發生相變。對于立方晶體，[111] 晶軸方向彈性模量最大，因而通過冷加工盡量獲得沿軸制方向為[111]的軸制織構。對于 面屯、金屬來說，織構組分主要有銅型（112}<111〉、8型（123}<634〉、高斯型{011}<100〉、黃 銅型{110}<112〉和立方型{001}<100〉。一般來說，銅型織構在中、高層錯能的材料的軸制 過程中形成，而黃銅型織構在低層錯能的材料中形成。合金成分決定層錯能的大小。對于本 發明合金，在壓下率高于60%低于75%時，其合金織構組分為強弱{110}<112〉 板織構。強銅型織構的出現，說明該合金層錯能較高。弱黃銅型織構是由于合金在變形過 程中發生了少量李生形變。但若進一步加大變形量，材料中銅型織構強度減弱，黃銅型織構 增強。該是由于除了通常的面屯、立方滑移系之外，滑移系的激活。 在{111} <112〉滑移系上滑移發生于堆煤層錯處，當1/6<112〉部分位錯可W完全橫穿一個 超細晶尺寸的晶粒，因而產生塑性應變。當至少兩個該樣的部分位錯在相鄰的面上移動時， 就會形成形變李晶。當<110〉和<112〉滑移等量存在時將獲得黃銅型織構。對于