[發明專利]一種具有高磁感低頻率溫度系數的恒彈性合金

有效

• 申請號: 200810113363.0
• 申請日: 2008-05-29
• 公開（公告）號: CN101280396A
• 公開（公告）日: 2008-10-08
• 發明（設計）人: 張建福;趙棟梁;盧鳳雙;陳建剛;張建生;張敬霖;萬成緒;畢暉
• 申請（專利權）人: 鋼鐵研究總院
• 主分類號: C22C38/52
• 分類號: C22C38/52
• 代理公司: 北京中安信知識產權代理事務所
• 代理人: 金向榮

技術領域

本發明屬于合金鋼材料領域，特別涉及一種具有高磁感低頻率溫度系數的恒彈性合金。

背景技術

恒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。恒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。在各類恒彈性合金中，只有鐵磁型合金具有小頻率溫度系數、較高的磁感應強度、保持恒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。

鐵磁型恒彈性合金主要有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，在使用溫度范圍內(-40-80℃)，其頻率溫度系數|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系數，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系數的恒彈特性合金。

基于上述目的，我們在合金的成分設計上采用Fe-42Ni-Cr-Ti-Al(3J58)為主要成分。研制材料中Ni與Fe元素的合理配比是合金產生彈性反常的基礎，它們對合金的恒彈特性起主導作用；Cr降低合金彈性模量溫度系數對成分的敏感性，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，析出相對合金的恒彈性、力學性能和Q值的調制起重要作用；要獲得具有特殊性能要求的恒彈性合金，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：Ni：43.00-47.00％，Cr：2.00-4.00％，Co：2.00-5.00％，Ti：0.40-1.00％，Al：0.10-0.50％，C≤0.015％，S≤0.010％，P≤0.0105，Si≤0.70％，Mn≤0.70％，其余為Fe。

上述各元素的作用及配比依據如下：

Ni：奧氏體形成元素，是產生恒彈性能的基礎，Ni含量的適當提高，有助于合金使用溫度的增加。

Cr：降低合金彈性模量溫度系數對成分的敏感性，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含量有助于合金飽和磁感應強度和居里溫度的升高。

Ti、Al：彌散強化相的形成元素，析出相對合金的恒彈性、力學性能的調制起重要作用。適當的降低Ti、Al含量有助于合金飽和磁感應強度和居里溫度的升高。

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里溫度的升高。

C、S、P、Si、Mn：在能夠保證合金加工性的前提下，盡量降低含量

本發明采用與現有技術相近似的制備方法：

采用適當的加工工藝和熱處理工藝等合金的制備方法。通過如下步驟制備高磁感低頻率溫度系數的恒彈性合金：

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

將合金錠置于高溫爐中進行長時間均勻化退火處理，處理后扒皮并取樣分析合金的化學成分。

3、開坯、熱扎

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1100-1200℃保溫適當時間后開始鍛造成方坯。再1100-1180℃保溫保溫適當時間后熱軋成圓棒。

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，應盡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。

本發明恒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系數的優點。合金的彈性模量溫度系數|βf|＜5×10^-6/℃，飽和磁感應強度Bs接近9000Gs，室溫E值＞180GPa。

附圖說明