[發明專利]一種鐵合金材料

無效

• 申請號: 201210225837.7
• 申請日: 2012-06-20
• 公開（公告）號: CN102732770A
• 公開（公告）日: 2012-10-17
• 發明（設計）人: 薛虎東
• 申請（專利權）人: 內蒙古包鋼鋼聯股份有限公司
• 主分類號: C22C30/00
• 分類號: C22C30/00;C22C1/02
• 代理公司: 包頭市專利事務所 15101
• 代理人: 張少華

技術領域

本發明涉及一種鐵合金材料，屬于冶金材料領域。

背景技術

隨著經濟的發展，市場對鋼鐵材料的綜合性能要求不斷提高，特別是高新尖端技術的日新月異。如航空、航天、電子、海運等技術和機械、化工、能源等工業的發展，對材料的性能提出越來越高、越來越多、越來越嚴的要求。而大多數鐵合金制備理念都是以鐵元素為主，添加不同合金元素而產生不同性能的合金，人類依此觀念采用不同的制造加工工藝獲得不同鐵合金。但是，根據傳統合金的發展經驗可知，雖然可以通過添加特定的少量合金元素來改善鐵合金的性能，但鐵合金材料添加元素種類過多會導致很多化合物尤其是金屬間化合物的出現，從而導致合金性能的惡化，如變脆。此外，也給材料的組織和成分分析帶來很大的困難，因此鐵合金材料添加的元素種類應該越少越好。正因為如此，我們所開發的合金系種類很有限，傳統的鐵合金材料的發展空間變得越來越小了。所以，打破傳統合金的設計理念，開發出新型的鐵合金材料對鋼鐵行業繼續向前發展具有重要意義。

發明內容

從上述技術背景出發，本發明的目的是提供一種通過合理添加金屬元素，冶煉出具有良好強度、韌性及力學性能的鐵合金材料，該鐵合金材料可應用到高強、高硬、高溫、腐蝕性等生產環境中。

本發明的目的是通過如下措施來實現：

本發明的鐵合金材料是以鐵元素為主的合金材料，組成合金材料的金屬元素為Fe、Co、Ni、Cu、Cr；合金材料各元素質量百分成分：Co?16.81～17.08，Ni?16.83～17.20，Cu?17.69～18.40，Cr?14.58～15.37，Fe?32.02～33.05，其余為雜質元素，各組成元素的質量百分比之和為100％。各組成合金材料元素Fe、Co、Ni、Cu、Cr的純度均在99.9at％以上。合金材料中所添加的元素原子半徑均與Fe原子半徑差小于15％，可形成良好的固溶體。添加的元素Cr使合金材料具有較好的抗腐蝕能力，Co和Cu元素能促使合金形成面心立方相，使該合金材料具有良好的塑性和韌性。Ni能提高該合金材料的高溫強度。此外，添加的各合金元素相互可形成良好的固溶體，具有固溶強化作用。

所述鐵合金材料的制備工藝過程為：各元素材料準備→鋸切→清洗和去除氧化皮→配比→清洗→電弧爐熔煉→取樣→冷卻→制備試樣→熱處理→組織和力學性能分析。其電弧爐熔煉電流范圍在600A～720A，反復熔煉4～5次，每次熔煉4～6分。

電弧爐制備材料后進行高溫退火熱處理工藝：退火溫度為600～1000℃，保溫5小時，冷卻方式為隨爐冷卻。600℃以下和保溫時間低于5小時的熱處理，合金材料的組織和性能基本沒有變化。隨退火溫度的增加，屈服強度略有降低，塑性得到大幅度的提升。800℃退火熱處理后材料強度和塑性綜合性能最好。主要由于隨溫度的增加，消除合金內鑄態應力和一些缺陷，屈服強度下降，塑性得到了改善。800℃時，熱處理冷卻過程中合金組織中析出具有FCC結構的新相，同時晶粒細化，合金強度和塑性并同時提高。

本發明的優點在于：本發明提供的鐵合金材料，添加各的元素使合金材料具有良好強度、韌性及力學性能，從而具有很好的壓縮強度和塑性，隨熱處理溫度的升高，該材料壓縮強度沒有明顯的降低，且塑性得到大幅度的提升，同時合金材料具有耐高溫性。合金材料在800℃溫度下退火保溫5小時后，合金材料的強度和塑性綜合性能最佳。本發明的鐵合金材料的生產工藝簡單、生產效率高、成本低、市場廣泛，具有良好的市場價值。

具體實施方式

合金材料制備主要過程：各元素材料準備→鋸切→清洗和去除氧化皮→配比→清洗→電弧爐熔煉→取樣→冷卻→制備試樣→熱處理→組織和力學性能分析。其電弧爐熔煉電流范圍在600A～720A。熱處理和力學性能實驗的試樣為φ5mm×10mm的圓柱體，所有的合金元素純度均在99.9at％以上。按表1所列的成分進行配料。

表1各實例合金的成分(質量百分比/％)

制備后合金材料熱處理工藝為：高溫退火。退火溫度為600～1000℃，保溫5小時，冷卻方式為隨爐冷卻。壓縮試樣為φ5mm×10mm的圓柱。表1中合金實例3熱處理后XRD結構檢驗結果如表2所示，800℃退火保溫5小時后的力學性能如表3所示。

表2不同退火溫度后實例3金相XRD結構及各相峰值強度

注：表中FCC為合金材料中面心結構相，BCC為體心結構相。

表3各實例力學性能

從表2可以發現，雖然合金添加元素種類多，但材料相結構沒有出相傳統合金設計理念中的復雜相，該合金材料相結構由簡單的FCC+BCC兩相組成。并且隨著熱處理溫度的升高，合金材料相結構中FCC相峰值逐漸增大。從表3可以看出，各實例具有良好強度、韌性及力學性能。該材料的高溫下各項性能指標可以滿足一些工況條件的要求。