一種高強高塑鈦鎳鐵碳雙相合金及制備方法
【專利摘要】一種高強高塑鈦鎳鐵碳雙相合金，其質量百分比如下：Ti的含量43％?45％，Ni的含量為49?52％,C的含量為0.024?0.028％，余量為Fe量和不可避免的雜質。該合金的制備方法：將上述成分的合金置于真空非自耗電弧爐的水冷銅坩堝中，熔煉前電弧爐的背底真空高于2.0×10?2Pa，弧焊電源電流工作范圍為400?500A，電壓工作范圍為20?30V，熔煉溫度為2000?2500℃，單個鑄錠每次熔煉時間為4分鐘，反復熔煉最少8次，熔煉完畢的合金錠隨坩堝冷卻。本發明的合金為具有較高強度和優良塑性且相對于其他的結構材料具備優異的耐磨性、耐蝕性、加工性的雙相合金。所用金屬元素的熔點較低，易于熔煉，從而降低合金的制造成本，有利于規模化生產。
【專利說明】
-種高強高塑鐵鎮鐵碳雙相合金及制備方法
技術領域
[0001] 本發明設及一種合金，特別是雙相合金。
【背景技術】
[0002] Ti-Al、Ni-Al、Fe-Al等金屬間化合物基復合材料，因其優良的力學性能、抗腐蝕 性、耐磨性、阻尼性、生物相容性等，具有良好的應用前景，引起人們的廣泛關注。但作為結 構材料，當前突出存在的問題是脆性和環境敏感性等，致其未能在工業應用層面獲得突破。 例如，AbTi基金屬間化合物在室溫下壓縮時，通常只有10%的壓縮塑性應變，MA1在室溫 下拉伸時，其拉伸塑性僅為0-2%。通過適當工藝的控制，FesAl室溫塑性可達到15%-20%， 但其性能對工藝參數極為敏感，如果控制不當，性能將大大降低，阻礙其推廣應用。根據相 圖可知，近等原子比的Ti-Ni合金是由TiNi和TisNi金屬間化合物構成。運種金屬間化合物 基復合材料作為形狀記憶材料已得到廣泛應用，但其用作結構材料的研究鮮有報道。
【發明內容】
[0003] 本發明的目的在于提供一種力學性能優異的高強高塑鐵儀鐵碳雙相合金及制備 方法。該合金為一種具有雙相結構的鐵儀基高強合金。
[0004] 本發明的技術方案是通過下述方式實現的：
[0005] -、本發明的鐵儀鐵碳合金材料，其質量百分比如下:Ti的含量43%-45%，Ni的含 量為49-52%，C的含量為0.024-0.028%，余量為化量和不可避免的雜質。
[0006] 二、上述鐵儀鐵碳合金的制備方法如下：
[0007] 將上述成分的合金置于電弧爐的水冷銅相蝸中，利用真空非自耗電弧爐進行烙 煉，烙煉前電弧爐的背底真空高于2.0Xl(T2Pa，弧焊電源電流工作范圍為400-500A，電壓工 作范圍為20-30V，烙煉溫度為2000-2500°C，單個鑄錠每次烙煉時間為4分鐘，反復烙煉最少 8次，烙煉完畢的合金錠隨相蝸冷卻，烙煉均勻的合金從相蝸中取出后，用于鑄造態合金性 能分析或后續加工。
[000引本發明中Ti、Ni為主要合金化元素，Fe為次要合金化元素，C為微量合金化元素。所 用合金元素的作用固溶強化、第二相強化、改善合金微觀組織及降低合金中氧元素對性能 的影響等。為了調節合金的相變溫度、力學性能等，第=元素會被添加到Ti-Ni合金中。研究 發現，Fe元素的加入會顯著降低合金的馬氏體相變溫度，提升其強度與塑性，當合金中化超 過一定含量后，馬氏體相變溫度接近絕對零度。基于合金是軟初的Ti Ni(固溶少量的化)基 體相與硬脆的TisNi第二相構成。微量的C元素的加入能有效促進形核、細化晶粒。使合金在 具有高強度同時具備優良的塑性W及高的加工硬化率，相對于其他的結構材料有更優異的 耐磨性、耐蝕性、加工性等，具備成為優良的結構材料的特質。
[0009] 本發明與現有技術相比具有如下優點：
[0010] 1、本發明鐵儀兩種元素為合金主體，通過加入少量鐵元素和微量碳元素，使 其成為具有較高強度和優良塑性且相對于其他的結構材料具備優異的耐磨性、耐蝕性、加 工性的雙相合金。
[0011] 2、所用金屬元素的烙點較低，儀（1453°)鐵（1660°)鐵（1535°)易于烙煉，從而降低 合金的制造成本，有利于規模化生產。
【附圖說明】
[0012] 圖1為鑄態合金單軸壓縮條件下的工程應力-應變曲線圖；
[0013] 圖2為鑄態合金的金相顯微組織照片圖。
【具體實施方式】
[0014] 實施例1
[0015] 用44克純鐵絲、51克純儀絲、5克碳含量為0.56 %的鐵碳合金原料配料，用非自耗 真空電弧爐烙煉。烙煉時電弧爐的背底真空高于2.0Xl(^中a，弧焊電源工作電流為400A，工 作電壓為30V，烙煉溫度最佳為2500°C，單個鑄錠每次烙煉時間為4分鐘，合金經初次烙煉成 一個整體后，在相蝸中翻面進行二次烙煉，如此反復，共計8次，烙煉完畢的合金錠隨相蝸冷 卻，烙煉均勻的合金從相蝸中取出后，制得高強度鐵儀鐵碳合金。
[0016] 待合金烙煉完畢，用電火花線切割從合金錠不同位置切下半徑為5m的高為10mm的 圓柱試樣，用帶有引伸計的壓縮力學試驗機進行力學性能測試。測試結果表明合金具有優 異的綜合力學性能，具體如下表：
[0017] 表一鑄態本發明合金的基本力學性能 [001 引
[0019] 如圖1所示，可W看出：所制備的合金的屈服強度一般，但加工硬化率高，斷裂強度 高，并且在單軸壓縮條件下其延伸率超過30%，是一種兼具較高強度和塑性的高性能雙相 合金材料。現有的Ti-Ni記憶合金，塑性較優異，但強度較低。
[0020] 如圖2所示，可W看出合金的顯微組織由TiNi基體和在基體中均勻分布的Ti2化強 化相組成，其中基體的平均晶粒尺寸在20微米，強化相為針狀。根據鐵儀二元合金相圖，近 等原子比附近靠近鐵一端的合金由TiNi和TisNi相組成，基體為TiNi簡單立方相，具有較好 的塑性，TisNi作為合金化合物相，在基體中主要起到強化的作用。通過合理選擇合金成分 及加入其它合金元素如鐵、碳等，實現細化基體組織和第二相，優化合金的相組成，改善其 形貌和分布，可W進一步提高合金的力學性能。
[0021] 實施例2
[0022] 用43克純鐵絲、52克純儀絲、5克碳含量為0.48 %的鐵碳合金等原料配料，用非自 耗真空電弧爐烙煉。烙煉時電弧爐的背底真空高于2.0Xl(T2Pa，弧焊電源工作電流為500A， 工作電壓為20V，烙煉溫度最佳為2000°C，單個鑄錠每次烙煉時間為4分鐘。合金經初次烙煉 成一個整體后，在相蝸中翻面進行二次烙煉，如此反復，共計8次，烙煉完畢的合金錠隨相蝸 冷卻，烙煉均勻的合金從相蝸中取出后，制得高強度鐵儀鐵碳合金。
[0023] 實例3
[0024] 用45克純鐵絲、49克儀絲、6克碳含量為0.43%的鐵碳合金等原料配料，用非自耗 真空電弧爐烙煉。烙煉時電弧爐的背底真空高于2.0X10-中a，弧焊電源工作電流為450A，工 作電壓為25V，烙煉溫度最佳為2500°C，單個鑄錠每次烙煉時間為4分鐘。合金經初次烙煉成 一個整體后，在相蝸中翻面進行二次烙煉，如此反復，共計8次，烙煉完畢的合金錠隨相蝸冷 卻，烙煉均勻的合金從相蝸中取出后，制得高強度鐵儀鐵碳合金。
【主權項】
1. 一種高強高塑鈦鎳鐵碳雙相合金，其特征在于：其質量百分比如下:Ti的含量43%-45%，Ni的含量為49-52%，C的含量為0.024-0.028%，余量為Fe量和不可避免的雜質。2. 權利要求1的高強高塑鈦鎳鐵碳雙相合金的制備方法，其特征在于:將上述成分的合 金置于真空非自耗電弧爐的水冷銅坩堝中，熔煉前電弧爐的背底真空高于2.0Xl(T 2Pa，弧 焊電源電流工作范圍為400-500A，電壓工作范圍為20-30V，熔煉溫度為2000-2500°C，單個 鑄錠每次熔煉時間為4分鐘，反復熔煉最少8次，熔煉完畢的合金錠隨坩堝冷卻。
【文檔編號】C22C30/00GK106048372SQ201610527150
【公開日】2016年10月26日
【申請日】2016年7月6日
【發明人】賈元智, 劉嘉偉, 馬杰, 劉延國, 馬明臻, 劉日平
【申請人】燕山大學