一種具有高磁感低頻率溫度係數的恆彈性合金的製作方法

2023-05-24 02:29:41 3

專利名稱：一種具有高磁感低頻率溫度係數的恆彈性合金的製作方法
技術領域：
本發明屬於合金鋼材料領域，特別涉及一種具有高磁感低頻率溫度係數的恆彈性合金。

背景技術：
恆彈性合金是指在所使用的溫度區間內，彈性模量或者元件的固有振動頻率隨環境溫度的變化基本保持不變的合金。恆彈性合金主要分為鐵磁型(Fe-Ni系、Fe-Co系)、反鐵磁型(Mn系合金等)和順磁型(Nb系合金等)三大類。在各類恆彈性合金中，只有鐵磁型合金具有小頻率溫度係數、較高的磁感應強度、保持恆彈性的使用溫度區間寬、易加工等優異的綜合性能，故獲得廣泛應用。
鐵磁型恆彈性合金主要有Fe-Ni系和Fe-Co系兩類，國際上Fe-Ni系合金應用最多，如Ni-Span C、Ni-Span D、3J53、3J58等，在使用溫度範圍內(-40-80℃)，其頻率溫度係數|βf|＜5×10-6/℃，飽和磁感應強度Bs＜8000Gs。合金的飽和磁化強度相對較低，不能在某些特定的工作條件下工作。隨著科技的發展，要求彈性材料不僅具有小的頻率溫度係數，亦要求材料具有更高的飽和磁感應強度以滿足使用要求。


發明內容
本發明的目的是提出一種具有高磁感低頻率溫度係數的恆彈特性合金。
基於上述目的，我們在合金的成分設計上採用Fe-42Ni-Cr-Ti-Al(3J58)為主要成分。研製材料中Ni與Fe元素的合理配比是合金產生彈性反常的基礎，它們對合金的恆彈特性起主導作用；Cr降低合金彈性模量溫度係數對成分的敏感性，同時Cr的固溶強化作用可提高合金力學性能與機械品質因數；Ti、Al是彌散強化相的形成元素，析出相對合金的恆彈性、力學性能和Q值的調製起重要作用；要獲得具有特殊性能要求的恆彈性合金，根據合金中各個元素的作用，需合理調配，設計合金成分時適當提高Ni含量、降低Cr、Ti、Al等的含量，同時適量添加Co等合金元素使合金具有獨特的綜合性能。
本發明合金的化學組成成分(重量％)為Ni43.00-47.00％，Cr2.00-4.00％，Co2.00-5.00％，Ti0.40-1.00％，Al0.10-0.50％，C≤0.015％，S≤0.010％，P≤0.0105，Si≤0.70％，Mn≤0.70％，其餘為Fe。
上述各元素的作用及配比依據如下 Ni奧氏體形成元素，是產生恆彈性能的基礎，Ni含量的適當提高，有助於合金使用溫度的增加。
Cr降低合金彈性模量溫度係數對成分的敏感性，同時Cr的固溶強化作用可提高合金力學性能與機械品質因數，適當的降低Cr含量有助於合金飽和磁感應強度和居裡溫度的升高。
Ti、Al彌散強化相的形成元素，析出相對合金的恆彈性、力學性能的調製起重要作用。適當的降低Ti、Al含量有助於合金飽和磁感應強度和居裡溫度的升高。
Co奧氏體形成元素，Co元素的添加，能夠強烈的增加合金飽和磁感應強度和居裡溫度的升高。
C、S、P、Si、Mn在能夠保證合金加工性的前提下，儘量降低含量 本發明採用與現有技術相近似的製備方法 採用適當的加工工藝和熱處理工藝等合金的製備方法。通過如下步驟製備高磁感低頻率溫度係數的恆彈性合金 1、熔煉 熔煉合金前要用真空感應爐提純純鐵，去除純鐵中的氣體和C、S、P等雜質，金屬Ni和Fe的表面氧化層要經磨光去除。合金熔煉在真空感應爐中進行，真空度≤1×10-1Pa，熔煉過程中要嚴格控制合金元素的燒損量。
2、均勻化處理 將合金錠置於高溫爐中進行長時間均勻化退火處理，處理後扒皮並取樣分析合金的化學成分。
3、開坯、熱扎 扒皮錠開坯時低於600℃裝爐，合金錠的大小決定合金錠的升溫速度快慢，經1100-1200℃保溫適當時間後開始鍛造成方坯。再1100-1180℃保溫保溫適當時間後熱軋成圓棒。
4、固溶熱處理 圓棒溶熱處理溫度為900-1050℃，保溫20-60分鐘，迅速淬水，獲得晶粒細小的單相奧氏體組織。在保證完全固溶的條件下，應儘量選則較低的固溶溫度。
5、冷拉 光亮棒材通過不同冷變形量冷拉至所需尺寸。冷拉過程中注意選擇潤滑劑和道次變形量，做到表面無劃痕。
本發明恆彈性合金與現有技術相比具有優良性能的高磁感低頻率溫度係數的優點。合金的彈性模量溫度係數|βf|＜5×10-6/℃，飽和磁感應強度Bs接近9000Gs，室溫E值＞180GPa。



圖1本發明合金的頻率溫度曲線圖。
圖2本發明合金的磁化曲線圖。

具體實施例方式 1、利用25Kg真空感應爐製備4個成分的高磁感寬溫度範圍的恆彈性合金鋼錠如表1所示 2、將合金錠於1100℃經1小時均勻化退火處理，於1100℃保溫1小時鍛造成方坯，方坯經1130℃保溫1小時後熱軋成圓棒，圓棒在980℃保溫1小時固溶處理後淬水，得到固溶狀態合金圓棒。
3、對固溶態合金棒材進行冷拉後分別進行610℃、660℃、700℃×3h真空時效處理，所得的時效後的合金具有性能如表2所示 4、將No.3合金經1030℃淬火處理，再經冷加工後，進行630℃時效處理的試樣，其連續測量隨溫度降低時合金的共振頻率f值，結果如圖1。如圖2為合金的磁化曲線圖。
通過優化合金元素配合適當的製備工藝，製備了具有優良性能的高磁感低頻率溫度係數的恆彈性合金。研製合金的彈性模量溫度係數|βf|＜5×10-6/℃，飽和磁感應強度Bs接近9000Gs，室溫E值＞180GPa。表1 本發明合金實施例與對比例的化學成分對比表
表2 本發明合金實施例與對比例的性能對比表

權利要求
1、一種具有高磁感低頻率溫度係數的恆彈性合金，其特徵在於該合金的化學組成成分(重量％)為Ni43.00-47.00％，Cr2.00-4.00％，Co2.00-5.00％，Ti0.40-1.00％，Al0.10-0.50％，C≤0.015％，S≤0.010％，P≤0.010％，Si≤0.70％，Mn≤0.70％，其餘為Fe。
全文摘要
本發明屬於合金鋼材料領域，特別涉及一種具有高磁感低頻率溫度係數的恆彈性合金。該合金的化學組成成分(重量％)為Ni43.00-47.00％，Cr2.00-4.00％，Co2.00-5.00％，Ti0.40-1.00％，Al0.10-0.50％，C≤0.015％，S≤0.010％，P≤0.010％，Si≤0.70％，Mn≤0.70％，其餘為Fe。本發明恆彈性合金與現有技術相比具有優良性能的高磁感低頻率溫度係數的優點。合金的彈性模量溫度係數|βf|＜5×10-6/℃，飽和磁感應強度Bs接近9000Gs，室溫E值＞180GPa。
文檔編號C22C38/52GK101280396SQ20081011336
公開日2008年10月8日 申請日期2008年5月29日 優先權日2008年5月29日
發明者張建福, 趙棟梁, 盧鳳雙, 陳建剛, 張建生, 張敬霖, 萬成緒, 暉 畢 申請人:鋼鐵研究總院