[發(fā)明專利]一種高強(qiáng)度低密度低膨脹鐵鎳合金及其制備方法

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• 申請?zhí)枺?/td>: 201811623472.7
• 申請日: 2018-12-28
• 公開（公告）號: CN109530697A
• 公開（公告）日: 2019-03-29
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 吳濱;張敬霖;于一鵬;盧鳳雙;羅曦;張建生;張建福
• 申請（專利權(quán)）人: 鋼鐵研究總院
• 主分類號: B22F3/105
• 分類號: B22F3/105;B22F3/24;B22F9/08;C22C38/04;C22C38/10;C22C38/14;C22C38/16;C22C38/08
• 代理公司: 北京中安信知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 11248
• 代理人: 張小娟

本發(fā)明屬于精密合金功能材料領(lǐng)域，特別涉及一種高強(qiáng)度低密度低膨脹鐵鎳合金及其制備方法；該軟磁合金可用作高精度要求的儀表零件，包括民用量具、航天航空儀表、空間光學(xué)用零件等。該軟磁合金化學(xué)組成成分按質(zhì)量百分比為Ni 28.0?40.0％，Co 3.0?5.0％，Ti 2.0?4.0％，Cu 0.4?1.4％，Mn 0.1?0.7％，C 0.15?0.40％，P≤0.010％，S≤0.010％，余為Fe。本發(fā)明涉及的膨脹合金，密度為7.8g/cm³；膨脹性能α_20～100℃≤0.5×10^?6/℃，可用作超低膨脹合金使用；拉伸性能超過700MPa，比傳統(tǒng)超低膨脹合金高出近200MPa；同時(shí)，加工性能良好，將廣泛應(yīng)用于航空航天儀器儀表和空間光學(xué)等領(lǐng)域。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于精密合金功能材料領(lǐng)域，特別涉及一種高強(qiáng)度低密度低膨脹鐵鎳合金及其制備方法。

背景技術(shù)

FeNi系因瓦合金(Ni含量28％～40％)在居里溫度以下具有極低的膨脹系數(shù)，因此一直用于精密儀表等零部件。通過調(diào)整合金中Ni的含量可以改變合金的平均線膨脹系數(shù)。然而，高的Ni含量使得因瓦合金室溫組織為單相奧氏體結(jié)構(gòu)，力學(xué)性能較差，很難作為高強(qiáng)度承載元件使用。近年來，因瓦合金從最初應(yīng)用于儀器儀表等精密儀器零部件到現(xiàn)在的倍容量導(dǎo)線、液化天然氣儲(chǔ)罐以及石油套管，隨著其應(yīng)用需求的不斷擴(kuò)大，低的強(qiáng)度嚴(yán)重限制了其大規(guī)模工業(yè)化應(yīng)用。另外，加工成本高、難度大也是制約低膨脹因瓦合金模具在復(fù)合材料成型應(yīng)用中的一個(gè)主要因素。

因瓦合金常溫下為單相奧氏體結(jié)構(gòu)，利用常規(guī)合金的熱處理手段很難提高其強(qiáng)度。因此，一般多采用形變強(qiáng)化、細(xì)晶強(qiáng)化、沉淀強(qiáng)化和時(shí)效強(qiáng)化等方法。例如，中國發(fā)明專利申請No.200780043697.9公開了一種‘具有高延展性和低膨脹系數(shù)的鐵-鎳合金’，該合金由以下組成(重量)：C 0.005-0.05％；S＜0.02％；Cr 1-2％；Ni 35-38％；Mn 0.3-1.5％；Si＜0.5％；∑Mo+W 1.0-3.5％；Ti 0.2-1.5％；Nb 0.2-1.0％；P＜0.02％；Co 1.0-4.0％；Fe余量和生產(chǎn)條件下的雜質(zhì)。該技術(shù)方案對C含量限制嚴(yán)格，因此對冶煉工藝要求很高，但是在穩(wěn)定材料的低膨脹系數(shù)方面依然有待進(jìn)一步深入研究。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是針對現(xiàn)有FeNi膨脹合金的不足，通過合金成分的改進(jìn)，得到一種高強(qiáng)度低密度低膨脹鐵鎳合金。

本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供一種鐵鎳合金的制備方法，通過氣霧化制粉，選區(qū)激光熔覆打印的方法制備合金并采用相應(yīng)的熱處理制度，得到上述高強(qiáng)度低密度低膨脹鐵鎳合金。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了如下技術(shù)方案：

一種高強(qiáng)度低密度低膨脹鐵鎳合金，該鐵鎳合金化學(xué)成分按質(zhì)量百分比為：Ni28.0-40.0％，Co 3.0-5.0％，Ti 2.0-4.0％，Cu 0.4-1.4％，Mn 0.1-0.7％，C 0.15-0.40％，P≤0.010％，S≤0.010％，余為Fe。

所述鐵鎳合金采用如下步驟制備：真空感應(yīng)熔煉合金→氣霧化制粉→SLM打印→預(yù)熱處理→水淬→成品熱處理。

所述鐵鎳合金具有如下性能：密度為7.8g/cm³，膨脹系數(shù)α_20～100℃≤0.5×10^-6/℃；抗拉強(qiáng)度超過700MPa。

所述鐵鎳合金具有微熔池枝晶結(jié)構(gòu)。

一種高強(qiáng)度低密度低膨脹鐵鎳合金的制備方法，該方法包括如下步驟：

a)真空感應(yīng)熔煉合金：按照以下合金化學(xué)成分按質(zhì)量百分比進(jìn)行配料：Ni 28.0-40.0％，Co 3.0-5.0％，Ti 2.0-4.0％，Cu 0.4-1.4％，Mn 0.1-0.7％，C 0.15-0.40％，P≤0.010％，S≤0.010％，余為Fe；然后，采用真空感應(yīng)爐熔煉合金；