專利名稱：一種鐵鎳基高彈性合金及其毛細(xì)管和毛細(xì)管的制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及合金材料領(lǐng)域，具體地說，本發(fā)明涉及一種鐵鎳基高彈性合金及其毛 細(xì)管和毛細(xì)管的制造方法。
背景技術(shù)：
一般來說，我們將直徑《2mm、壁厚《0.3nun (《①2X0.30mm)的管材，稱之為毛 細(xì)管。隨著社會(huì)科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，毛細(xì)管的用途越來越多，對(duì)毛細(xì)管的性能(力學(xué)性 能)要求也越來越高，其性能與其材料、制造有密切關(guān)系。經(jīng)檢索發(fā)現(xiàn)，國內(nèi)有以下一些具有較優(yōu)良力學(xué)性能的毛細(xì)管.-北京航空材料研究所用貴金屬AuAgPt合金制作的①0. 61X0. 19mm毛細(xì)管，其力 學(xué)性能6 b《350Mpa。上海鋼鐵研究所用3J1彈性合金制造毛細(xì)管。所謂彈性合金是一種精密合金，它 可分為高彈性合金和恒彈性合金。高彈性合金是一種具有特殊機(jī)械物理性能的金屬功 能材料，可用于特殊用途,如用該合金制作的毛細(xì)管材，可廣泛用于制作航空航天、精 密機(jī)械和精密儀器儀表等中的彈性元件。目前應(yīng)用的高彈性合金主要有鐵基、銅基、 鐵鎳基和鈷基等幾大類，3J1合金是NiCrALTi系合金，屬于鐵鎳基，它是國家標(biāo)準(zhǔn) YB/T5256-1993,其化學(xué)成分見表1，用其制作的O 1. 0X0. 16mm毛細(xì)管，其力學(xué)性能 為，抗拉強(qiáng)度6 b=980Mpa、延伸率55=5%。且無屈服強(qiáng)度6 。.2.、彈性模量E、成型性 "B"值的性能要求。表1國家標(biāo)準(zhǔn)YB/T5256-1993規(guī)定的合金3J1化學(xué)成分(wt%)合金元素CMnSiPsNiCrTiAlFe合金3J10.05《 1.00《 0.80《 o扁《 0.02034.5/ 36.511.5/ 13.02.70/ 3.201.00/ 1,80余的無縫毛細(xì)管，技術(shù)要點(diǎn)是(1)采用單真空冶煉技術(shù)。(2)毛細(xì)管荒管經(jīng)電接觸加熱1150 1200'C固溶處理后，經(jīng)酸洗、在小于60%冷加工變形 率及500 650'C時(shí)效熱處理的加工工藝制造。3J1制作的毛細(xì)管成材率在5 8%。該技術(shù)存在的不足是(1)采用單真空冶煉的方法不利于消除合金中的氣體和夾 雜含量，對(duì)毛細(xì)管材的加工和性能都將產(chǎn)生不利影響。(2)荒管組織中的夾雜物和沉 淀相等在電接觸加熱過中受溫度和冷卻速度影響，難以充分溶解獲得良好的單相固溶體，增加后續(xù)毛細(xì)管材冷加工的困難。(3)冷加工時(shí)的加工硬化速率快使得毛細(xì)管材 加工難，且會(huì)出現(xiàn)易開裂、管形控制難等問題。航空發(fā)動(dòng)機(jī)的特殊彈性元件，需要高性能的毛細(xì)管，該高性能毛細(xì)管的力學(xué)性能 要求是抗拉強(qiáng)度6b達(dá)到》1340Mpa、屈服強(qiáng)度6 0. 2》800Mpa、延伸率85》9.0%、 彈性模量E》180Gpa，同時(shí)提出了成型性"B"值在0. 4 0. 5mm之間的特殊要求(在 彈性變形范圍內(nèi)，正應(yīng)力與相應(yīng)正應(yīng)變之比稱之為彈性模量，用字母E表示。當(dāng)毛細(xì) 管用來制作特殊彈性元件時(shí)，需要做成矩形狀態(tài)，這樣就有一個(gè)彈性恢復(fù)的力，這個(gè) 力使得矩形要變形，將這個(gè)變形程度控制在一個(gè)范圍內(nèi)進(jìn)行考量，稱之為成型性"B" 值。)。該毛細(xì)管的其他尺寸要求是00.75X0.1mm公差土0.01mm,成型性"B"值 公差土0.002mm。而目前，國內(nèi)現(xiàn)有的毛細(xì)管均不能達(dá)到該高性能。為了解決以上問題，本發(fā)明者通過研究，在已有的3J1合金的基礎(chǔ)上，添加合金 強(qiáng)化、細(xì)化晶粒和強(qiáng)化合金組織等元素，設(shè)計(jì)出了一種鐵鎳基高彈性合金，該合金經(jīng) 加工制成毛細(xì)管，完全能滿足市場對(duì)特殊彈性元件的使用要求，從而完成了本發(fā)明。本發(fā)明的第一個(gè)目的在于提供一種鐵鎳基高彈性合金。本發(fā)明的第二個(gè)目的在于提供用所述鐵鎳基高彈性合金制造的毛細(xì)管。本發(fā)明的第三個(gè)目的在于提供所述毛細(xì)管的制造方法。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的第一個(gè)方面提供一種鐵鎳基高彈性合金，所述鐵鎳基高彈性合金的化學(xué) 成分包含C: 0.02-0.05wt%、 Mn: 0.3~1.2wt%、 Si<0.8wt%、 P<0.02wt%、 S<0.008wt%、 Ni: 34.50~36.50wt%、 Cr: 11.00~13.50wt%、 Ti: 2.50~3.20wt%、 Al: 1.0~1.9wt%、 Mo: 3.5~5.5wt%，余量為Fe和不可避免的雜質(zhì)。根據(jù)本發(fā)明所述的鐵鎳基高彈性合金，所述鐵鎳基高彈性合金的化學(xué)成分中還包 括Nb: 0.2~0.80wt%、 Zr《0.3wt%、 Ce<0.1wt%。本發(fā)明鐵鎳基高彈性合金是在Ni36CrALTi合金基礎(chǔ)上調(diào)整合金強(qiáng)化、細(xì)化晶粒和強(qiáng)化合金組織等元素形成的。Ni、 Cr、 Al、 Ti是形成鐵鎳基高彈性合金的基本元素。 Mo是本發(fā)明合金的固溶強(qiáng)化元素，添加Mo除了可使部分Mo溶于奧氏體中強(qiáng)化固溶體 外，還會(huì)出現(xiàn)新的強(qiáng)化相(Fe，Ni，Cr) 2 (Mo，Ti)和Fe2Mo相，Mo的加入還會(huì)使Y，相 更加穩(wěn)定。由于含Mo相的存在阻礙了晶粒的長大，所以加Mo后合金加熱至1200'C才 出現(xiàn)明顯的晶粒長大傾向。Mo的加入產(chǎn)生了如下一些有益的結(jié)果1)提高了合金時(shí) 效強(qiáng)化效果；2)提高了合金的機(jī)械和物理性能；3)提高了合金抗松弛穩(wěn)定性。添加 細(xì)化晶粒的Nb、 Zr、 Ce元素，可改善合金加工性能、強(qiáng)化合金組織，控制極低S、 P 等雜質(zhì)含量，有利于組織純凈、大大改善毛細(xì)管材的加工性能、提高合金的強(qiáng)韌性， 它們的作用在于在原有時(shí)效強(qiáng)化的基礎(chǔ)上增加細(xì)化晶粒組織強(qiáng)化和晶界強(qiáng)化。本發(fā)明的第二個(gè)方面提供一種毛細(xì)管，該毛細(xì)管是以鐵鎳基高彈性合金制造而成， 所述鐵鎳基高彈性合金的化學(xué)成分包含C: 0.02~0.05wt%、 Mn: 0.3~1.2wt%、 Si<0.8wt%、 P<0.02wt%、 S<0.008wt%、 Ni: 34.50~36.50wt%、 Cr: 11.00~13.50wt%、 Ti: 2.50~3.20wt%、 Al: 1.0~1.9wt%、 Mo: 3.5~5.5wt%，余量為Fe和不可避免的雜質(zhì)； 進(jìn)一步，所述鐵鎳基高彈性合金的化學(xué)成分中還包括Nb: 0.2~0.80wt%、 Zr《0.3wt%、 Ce<0,lwt%。本發(fā)明的第三個(gè)方面提供用所述鐵鎳基高彈性合金制造毛細(xì)管的方法，該方法包括以下步驟(1) 采用真空熔煉之后再真空自耗熔煉下述成分的鐵鎳基高彈性合金； 所述鐵鎳基高彈性合金的化學(xué)成分包含C: 0.02~0.05wt%、 Mn: 0.3~1.2wt%、Si<0.8wt%、 P<0.02wt%、 S<0.008wt%、 Ni: 34.50~36.50wt%、 Cr: 11.00-13,50wt%、 Ti: 2.50~3.20wt%、 Al: 1.0~1.9wt%、 Mo: 3.5~5.5wt%,余量為Fe和不可避免的雜質(zhì)；(2) 熔煉之后，在連續(xù)爐經(jīng)過1100 1150'C固溶熱處理；(3) 經(jīng)16~20個(gè)冷軋道次冷軋；(4) 在還原性氣氛或高真空中進(jìn)行時(shí)效熱處理。 在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方式中在所述步驟(3)中，前6~7個(gè)冷軋道次的冷加工變形量為55~65%，后10~13個(gè)冷軋道次的冷加工變形量為10~25%。在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方式中在所述步驟(4)中，時(shí)效熱處理的溫度為500 650'C， 保溫2~5小時(shí)。下面，對(duì)上述制造方法的工藝過程作詳細(xì)敘述。第一步真空熔煉+真空自耗熔煉技術(shù)高彈性合金毛細(xì)管材的性能和加工要求低的S、 P、 N、 H、 0等有害元素含量，要求S<0.008wt%、 P〈0.02wt呢、H、 O<10PPm、 N<20PPm。 S、 P含量可以通過選 擇高質(zhì)量原材料得到保證，現(xiàn)有單真空熔煉技術(shù)制備合金，對(duì)于N、 H、 O氣體含量控 制，除H含量可控制在lOPPm以下外，0<20PPm， N<50PPm，均不能達(dá)到要求。純凈 的合金組織是決定鐵鎳基高彈性合金毛細(xì)管的性能和加工技術(shù)的關(guān)鍵步驟之一，即氣 體和夾雜含量對(duì)合金毛細(xì)管加工和性能具有一定影響。本發(fā)明采用真空熔煉+真空自耗 雙真空熔煉技術(shù)進(jìn)一步降低N、 H、 0氣體和雜質(zhì)如氧化物、氮化物、硫化物等含量， 真空自耗鋼錠去除帽口、剝皮，合金組織得到凈化后進(jìn)行熱冷加工。 第二步固溶熱處理技術(shù)現(xiàn)有的合金毛細(xì)管材采用電接觸方式進(jìn)行固溶熱處理，存在著加熱溫度不均勻， 加熱溫度控制精度差等缺點(diǎn)，使得毛細(xì)管材經(jīng)固溶熱處理后組織不均勻，在后續(xù)的冷 加工過程中毛細(xì)管材易產(chǎn)生開裂、裂紋等現(xiàn)象。本發(fā)明制作的毛細(xì)管采用連續(xù)爐固溶 熱處理，保證合金在連續(xù)爐經(jīng)過1UK) 115(TC固溶處理時(shí)充分溶解，獲得良好的單相 固溶體，解決了毛細(xì)管材在后續(xù)冷加工過程中易產(chǎn)生開裂、裂紋等問題。第三步冷加工工藝技術(shù)經(jīng)過連續(xù)爐固溶熱處理后的毛細(xì)管材坯采用小軋機(jī)經(jīng)過16 20個(gè)冷軋道次冷軋 出成品毛細(xì)管材，冷加工變形量平均為60 80%，而現(xiàn)有的合金毛細(xì)管材采用的冷加 工變形量一般為55%。本發(fā)明在冷加工時(shí)采用先大變形量后多道次小變形量的冷軋工 藝技術(shù)，即不是將總冷加工變形量均勻的分配到16 20個(gè)冷軋道次，而是采用前面6 7個(gè)冷軋道次壓下量達(dá)到冷加工變形量55 65%，后10 13個(gè)冷軋道次的冷加工變形 量采用10 25%的壓下量遞減法技術(shù)。這種冷軋工藝技術(shù)可以十分有效的解決由于加 工硬化速率快，使得高強(qiáng)度毛細(xì)管材在加工過程中易產(chǎn)生開裂、裂紋等問題。第四步時(shí)效熱處理冷軋成品的毛細(xì)管材需要通過時(shí)效熱處理來進(jìn)一步提高合金性能，滿足使用要求。 毛細(xì)管材的時(shí)效熱處理在還原性氣氛或高真空中進(jìn)行，以防毛細(xì)管材表面氧化，本發(fā)明的有益效果為1、 在已有的3J1合金(鐵鎳基高彈性合金，NiCrALTi系彈性合金)的基礎(chǔ)上， 添加合金強(qiáng)化、細(xì)化晶粒和強(qiáng)化合金組織等元素，提高了毛細(xì)管材的機(jī)械與物理性能。2、 采用真空熔煉+真空自耗雙真空冶煉工藝凈化合金組織，采用連續(xù)爐退火的方 法及獨(dú)特的冷拉工藝等獨(dú)有技術(shù)，解決合金冷加工中的變形抗力大、毛細(xì)管材加工中 易出現(xiàn)裂紋及開裂、管型控制難的技術(shù)難題。細(xì)管的管型得到了很好的控 制；毛細(xì)管的表面光潔度得到了提高。4、 采用本發(fā)明鐵鎳基高彈性合金制造出OO. 75X0.1±0. Olmra的高性能毛細(xì)管， 其抗拉強(qiáng)度<v=1351~1542Mpa、屈服強(qiáng)度a0.2=l 105-1232 Mpa、延伸率55=9.0~13.6%、 彈性模量￡=203.5~210.60 2，同時(shí)滿足了成型性"B"值在0.4 0.5mm之間的特殊要 求，滿足市場特殊彈性元件的使用要求。
具體實(shí)施方式
以下用實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作更詳細(xì)的描述。這些實(shí)施例僅僅是對(duì)本發(fā)明最佳實(shí)施方 式的描述，并不對(duì)本發(fā)明的范圍有任何限制。 實(shí)施例1按表2所示的化學(xué)成分冶煉鋼水，熔煉采用30Kg真空爐，在主成份完全熔化后， 在Ar保護(hù)下，加入Si、 Mn、 Nb、 Zr、 Ce等元素，精煉20分鐘后，出鋼澆注成2根 cD55mm的圓棒，去帽口剝皮后真空自耗成①100mm的鋼錠，鋼錠剝皮后熱鍛成O 75XLmm管坯，剝皮后打孔成O60X6.5XLram荒管。經(jīng)熱處理，酸洗后冷軋成O 8.2X0.8XLmm的毛細(xì)管坯材。然后在連續(xù)爐經(jīng)過1100 115(TC固溶熱處理，再采用小 軋機(jī)經(jīng)17個(gè)冷軋道次冷軋加工，前7個(gè)冷軋道次的冷加工變形量為60~65%,后10 個(gè)冷軋道次的冷加工變形量為10~25%，制作成O0.75X0. l土0.01mm的毛細(xì)管，最后 在還原性氣氛或高真空中經(jīng)500 550°C ，保溫3小時(shí)的時(shí)效熱處理。實(shí)施例2除了采用小軋機(jī)經(jīng)20個(gè)冷軋道次冷軋加工，前7個(gè)冷軋道次的冷加工變形量為 60~65%，后13個(gè)冷軋道次的冷加工變形量為15-25%，制作成OO. 79X0. 1±0. Olram 的毛細(xì)管，時(shí)效熱處理的溫度為550~600°C，保溫4小時(shí)之外，其余實(shí)施方式同實(shí)施 例l。實(shí)施例3除了采用小軋機(jī)經(jīng)18個(gè)冷軋道次冷軋加工，前7個(gè)冷軋道次的冷加工變形量為 55~60%，后11個(gè)冷軋道次的冷加工變形量為10~20%，時(shí)效熱處理的溫度為550-600 'C，保溫3小時(shí)之外，其余實(shí)施方式同實(shí)施例l。除了采用小軋機(jī)經(jīng)16個(gè)冷軋道次冷軋加工，前6個(gè)冷軋道次的冷加工變形量為 55~65%，后IO個(gè)冷軋道次的冷加工變形量為15~20%，時(shí)效熱處理的溫度為600-650 °C,保溫3小時(shí)之外，其余實(shí)施方式同實(shí)施例l。表2本發(fā)明實(shí)施例l-4鐵鎳基高彈性合金的化學(xué)成分(wt%)13龍 元素CMnSipSCrTiAlMoNbZrCeF c實(shí)施 例lo.啦0.450.52o細(xì)0.006834.5811.622.82U53.610.280.150.08余 量實(shí)施 例2歸80.52< 0.610.010.007135.1211.222.721.3i3.950.430.220.075余 量實(shí)施 例30.0360.64< 0.65o細(xì)0.008035.6812.452.831.525.420.750.240.067余 量實(shí)施 例40廁0.55< 0.010.0690馬935.6913.252-711.614.360.330.280.063余 量試驗(yàn)例1采用特殊的高強(qiáng)毛細(xì)管材測試夾具對(duì)本發(fā)明實(shí)施例1-2制得的毛細(xì)管進(jìn)行力學(xué)性 能測試，測試結(jié)果見表3。表3本發(fā)明實(shí)施例1-2制得的毛細(xì)管的力學(xué)性能及物理性能最大載荷 (N)抗拉強(qiáng)度o b (MPa)斷時(shí)延伸率* (最大載荷)ft)屈服強(qiáng)度 (MPa〉彈性模量E成型性 "B"值實(shí)施例135515429. 251112210.60.453 *544147511.351226203.60. 461549l娜10.921232205.8O.柳629143912.631197206.30.45862114219. 33認(rèn)202.50.457實(shí)施例 243413889. 931112200,40.457431簡9. 08m199.50. 449617141112. 631160199. 10. 4674431351U.871121200.80.4582 :475139213. 49U05199.90. 460權(quán)利要求
1、一種鐵鎳基高彈性合金，其特征在于，所述鐵鎳基高彈性合金的化學(xué)成分包含C0.02～0.05wt％、Mn0.3～1.2wt％、Si＜0.8wt％、P＜0.02wt％、S＜0.008wt％、Ni34.50～36.50wt％、Cr11.00～13.50wt％、Ti2.50～3.20wt％、Al1.0～1.9wt％、Mo3.5～5.5wt％，余量為Fe和不可避免的雜質(zhì)。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的鐵鎳基高彈性合金，其特征在于，所述鐵鎳基高彈性合 金的化學(xué)成分中還包括Nb: 0.2~0.80wt%、 Zr《0.3wt%、 Ce<0.1wt%。
3、 一種毛細(xì)管，系鐵鎳基高彈性合金制造，其特征在于，所述鐵鎳基高彈性合金 的化學(xué)成分包含C: 0.02~0,05wt%、 Mn: 0.3~1.2wt%、 Si<0.8wt%、 P<0.02wt%、 S<0.008wt%、 Ni: 34.50~36.50wt%、 Cr: 11.00~13.50wt%、 Ti: 2.50~3.20wt%、 Al: 1.0~1.9wt%、 Mo: 3.5~5.5wt%，余量為Fe和不可避免的雜質(zhì)。
4、 根據(jù)權(quán)利要求3所述的毛細(xì)管，其特征在于，所述鐵鎳基高彈性合金的化學(xué)[ 分中還包括Nb: 0.2~0.80wt%、 Zr《0.3wt%、 Ce<0.1wt%。
5、 一種用鐵鎳基高彈性合金制造毛細(xì)管的方法，其特征在于，所述方法包括以下步驟(1) 采用真空熔煉之后再真空自耗熔煉下述成分的鐵鎳基高彈性合金； 所述鐵鎳基高彈性合金的化學(xué)成分包含C: 0.02~0.05wt%、 Mn: 0.3~1.2wt%、Si<0.8wt%、 P<0.02wt%、 S<0.008wt%、 Ni: 34.50~36.50wt%、 Cr: 11.00~13.50wt%、 Ti: 2.50~3.20wt%、 Al: 1.0~1.9wt%、 Mo: 3.5~5.5wt%，余量為Fe和不可避免的雜質(zhì)(2) 熔煉之后，在連續(xù)爐經(jīng)過1100 1150'C固溶熱處理；(3) 經(jīng)16~20個(gè)冷軋道次冷軋；(4) 在還原性氣氛或高真空中進(jìn)行時(shí)效熱處理。
6、 根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，在所述步驟(3)中，前6~7個(gè)冷 軋道次的冷加工變形量為55~65%，后10~13個(gè)冷軋道次的冷加工變形量為10~25%。
7、 根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，在所述步驟(4)中，時(shí)效熱處理 的溫度為500 650。C，保溫2~5小時(shí)。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種鐵鎳基高彈性合金及用其制造毛細(xì)管的方法。所述鐵鎳基高彈性合金的化學(xué)成分包含C0.02～0.05wt％、Mn0.3～1.2wt％、Si＜0.8wt％、P＜0.02wt％、S＜0.008wt％、Ni34.50～36.50wt％、Cr11.00～13.50wt％、Ti2.50～3.20wt％、Al1.0～1.9wt％、Mo3.5～5.5wt％、Nb0.2～0.80wt％、Zr≤0.3wt％、Ce＜0.1wt％，余量為Fe和不可避免的雜質(zhì)。采用真空熔煉+真空自耗雙真空熔煉技術(shù)、冷加工控制工藝技術(shù)制造出Φ0.75×0.1mm的高精度、高性能鐵鎳基高彈性毛細(xì)管，可滿足市場特殊彈性元件的使用要求。
文檔編號(hào)C22C38/50GK101654764SQ20081004189
公開日2010年2月24日 申請(qǐng)日期2008年8月20日 優(yōu)先權(quán)日2008年8月20日
發(fā)明者張甫飛, 王明海, 袁衛(wèi)昌, 陸建生 申請(qǐng)人:寶山鋼鐵股份有限公司