一種機械裝置用合金材料的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種機械裝置用合金，所述合金的組分及其質(zhì)量百分比為：20~25%的Fe，14~18%的Cr，1.5%~2.0%的Al，0.7%~1.5%的Ti，0.4~1.0%的Zr，0.1~5.0%的Nb，小于0.01%的B，小于0.8%的Y，余量為Ni。
【專利說明】一種機械裝置用合金材料
【技術領域】
[0001]本發(fā)明屬于金屬材料及冶金【技術領域】，具體涉及一種機械裝置用合金及其制備方法。
【背景技術】 [0002]基于鐵的非晶合金帶材表現(xiàn)出優(yōu)良的軟磁特性，優(yōu)良的軟磁特性包括:在AC激勵下的磁損耗低；能夠應用于諸如變壓器、電動機、發(fā)電機、能量管理設備(其包括脈沖電源發(fā)生器)和磁傳感器等能效磁設備(energy efficient magnetic device)中。在這些設備中，具有高的飽和感應強度和高的熱穩(wěn)定性的鐵磁材料是優(yōu)選的。而且，在大規(guī)模工業(yè)應用中，材料易于制造以及它們的原材料成本都是重要的因素。基于非晶Fe-B-Si的合金滿足上述這些要求。然而，這些非晶合金的飽和感應強度小于在諸如變壓器等設備中傳統(tǒng)地使用的晶體娃鋼(crystalline silicon steel)的飽和感應強度,這在某種程度上導致了基于非晶合金的設備具有更大的尺寸。因而，一直在為開發(fā)出具有更高的飽和感應強度的非晶鐵磁合金進行著各種努力。一種途徑就是增加基于Fe的非晶合金中的鐵含量。然而，這并不是簡單易行的，因為這類合金的熱穩(wěn)定性隨著Fe含量的增加而降低。為了緩解這個問題，曾經(jīng)添加了諸如Sn、S、C和P等元素。例如，美國專利N0.5，456，770 (稱為'770專利)披露了非晶Fe-S1-B-C-Sn合金，在該類合金中，Sn的添加增加了這類合金的可成形性和它們的飽和感應強度。在美國專利N0.6，416，879 (稱為'879專利)中披露了在非晶Fe-S1-B-C-P體系中添加P，且以增加的Fe含量來增大飽和感應強度。然而，在基于Fe-S1-B的非晶合金中諸如Sn、S和C等元素的添加降低了鑄造而成的帶材的延展性(ductility),這導致難以制造出寬的帶材。此外，如同^ 879專利中披露的那樣，在基于Fe-S1-B-C的合金中添加P會導致長期熱穩(wěn)定性的喪失，這繼而會導致磁芯損耗在數(shù)年內(nèi)增大幾十個百分t匕。因此，'770專利和'879專利中所披露的非晶合金實際上尚未通過從它們的熔融狀態(tài)進行鑄造而制造出來。
[0003]除了在諸如變壓器、感應器之類的磁設備中所需的高的飽和感應強度之外，高的B-H方形比(B-H squareness ratio)和低的矯頑力H。也是所期望的,其中B和H分別是磁感應強度和激勵磁場。其原因在于:這類磁性材料具有高程度的磁性軟度，
即意味著易于磁化。這導致了在使用這些磁性材料的磁設備中具有低的磁損耗。在意識到這些因素的情況下，本申請的發(fā)明人發(fā)現(xiàn):通過在如美國專利N0.7，425，239中描述的非晶Fe-S1-B-C體系中以一定的水平對Si: C的比率進行選擇，從而將帶材表面上的C沉積層保持為一定厚度，由此實現(xiàn)了這些所期望的除了高的帶材延展性之外的磁特性。而且，在日本專利公開N0.2009052064中提出了高飽和感應強度的非晶合金帶材，該帶材通過在合金體系中添加Cr和Mn來控制C沉積層的高度，由此該帶材表現(xiàn)出改善的熱穩(wěn)定性，即在設備以150°C運行的情況下高達150年的熱穩(wěn)定性。然而，所制造出來的帶材在面對著移動的冷卻體(chill body)表面的帶材表面上呈現(xiàn)出許多突起。美國專利N0.4，142，571中圖示了鑄造用噴嘴、旋轉(zhuǎn)輪上的冷卻體表面和所得到的經(jīng)鑄造而成的帶材的基本布置。[0004]因而，需要如下這樣的鐵磁非晶合金帶材:其表現(xiàn)出高的飽和感應強度、低的磁芯損耗、高的B-H方形比、高的機械延展性、高的長期熱穩(wěn)定性、以及在高水平的帶材可制造性情形下減少了的帶材表面突起數(shù)量，這是本發(fā)明的目標。更具體地，通過在鑄造期間對鑄造出來的帶材的表面品質(zhì)的全面研究，已得到了如下發(fā)現(xiàn):當突起高度超過帶材厚度的四倍時或當在經(jīng)鑄造而成的帶材的1.5m長度范圍內(nèi)突起數(shù)量大于10個時，為了滿足封裝因子PF >82% (此為工業(yè)中所要求的最小PF)的條件，不得不終止鑄造。一般情況下，突起的高度和數(shù)量隨著鑄造時間的延長而增加。對于具有小于1.6T的飽和感應強度Bs的傳統(tǒng)非晶合金帶材而言，在突起高度超過帶材厚度的四倍之前或在鑄造出來的帶材的每1.5m長度內(nèi)突起數(shù)量增加到10之前，帶材鑄造時間大約是500分鐘。對于Bs > 1.6T的非晶合金帶材而言，鑄造時間通常被縮短至大約120分鐘，這導致25%的鑄造終止率。因此，顯然需要闡明突起形成的原因并且對其進行控制，這是本發(fā)明的另一方面。
[0005]因此，添加合金元素強化合金是提高合金強度的一種簡單有效且經(jīng)濟實用的方法，目前在機械裝置用合金開發(fā)過程中通過添加大量的合金元素來提高強度使用的最為普遍。在提高合金性能的各種合金元素中，多種稀土元素聯(lián)合使用時強化效果最好。目前，機械裝置用合金的開發(fā)一般含兩種及兩種以上稀土元素。另外，稀土元素在鑄造合金中有凈化、除氣和排渣作用，能有效減少氣體、氧化物和有害元素的影響。同時，部分稀土元素能夠細化合金組 織或擴散固溶于基體內(nèi)部以強化合金的力學性能，還可以在金屬中形成稀土化合物，這些化合物在合金基體的晶界處產(chǎn)
生偏聚，進而增加了位錯密度，增大了晶格畸變程度，從而達到強化的目的。大量稀土元素的加入雖然可以大大提高合金的強度，但隨之而來的是合金材料價格比較高，高稀土合金大量應用受到限制。因此開發(fā)無稀土或含少量稀土元素的機械裝置用合金具有重要的意義。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]針對現(xiàn)有技術存在的問題，本發(fā)明提供一種機械裝置用合金及其制備方法，該工藝方法成本低且簡便易行，獲得的合金具有較高的強度，使得此類合金具有比傳統(tǒng)商業(yè)合金優(yōu)越的力學性能。
[0007]本發(fā)明提供的一種機械裝置用合金，各組份及其質(zhì)量百分比為:20-25%的Fe，14~18% 的 Cr, 1.5%~2.0% 的 Al，0.7%~1.5% 的 Ti，0.4~1.0% 的 Zr, 0.1~5.0% 的 Nb,小于 0.01%的B，小于0.8%的Y，余量為Ni。
[0008]本發(fā)明提供的一種機械裝置用合金的制備方法，其主要包括以下幾個步驟:
按重量百分比取20~25%的Fe, 14~18%的Cr, 1.5%~2.0%的Al,0.7%~1.5%的Ti,
0.4~1.0%的Zr，0.1-5.0%的Nb,小于0.01%的B,小于0.8%的Y，余量為Ni加入到真空感應爐中熔煉、澆鑄成母合金錠，其中B以硼酸的形式加入，Y以氧化釔的形式加入；
步驟2:將母合金錠在1150-1200°C均勻化20-40小時；
步驟3:將均勻化后的母合金錠在1000-1150°C進行熱變形；
步驟4:將熱變形后的合金在950-1150°C進行1-4小時固溶處理后空冷，
然后再在650-850°C進行10-24小時時效處理后空冷得到本發(fā)明的合金。
[0009]與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明的有益效果是:(I)本發(fā)明的機械裝置用合金與其他機械裝置用合金相比稀土元素較少，所用原材料易于獲得，成本低，性價比高，易于大規(guī)模生產(chǎn)。
[0010](2)本發(fā)明工藝簡單，所用設備為常規(guī)通用設備，易于移植和操作，成本低，可明顯改善合金耐磨耐腐蝕的問題，可解決合金由于不耐磨耐腐蝕性而限制其應用的難題，也可擴大合金的應用領域。
[0011](3)本發(fā)明提供的合金室溫拉伸性能為:抗拉強度Rm為181(Tl909MPa，屈服強度Rp0.2 為 1690~1790MPa。
【具體實施方式】
[0012]下面通過實施例進一步說明本發(fā)明。應該理解的是，本發(fā)明的實施例是用于說明本發(fā)明而不是對本發(fā)明的限制。根據(jù)本發(fā)明的實質(zhì)對本發(fā)明進行的簡單改進都屬于本發(fā)明要求保護的范圍。
[0013]根據(jù)國標GB/T228-2002的標準，對本實施例所得各種合金材料進行室溫力學性能測試以及耐腐蝕測試。
[0014]實施例1:
按重量百分比取 20% 的 Fe, 16% 的 Cr, 1.5% 的 Al，1.2% 的 Ti，0.8% 的 Zr, 3.0% 的 Nb,
0.005%的B(以硼酸的形式加入)，0.6%的Y(以氧化釔的形式加入)，余量為Ni加入到真空感應爐中熔煉、澆鑄成母合金錠；
步驟2:將母合金錠在1150°C均勻化30小時；
步驟3:將均勻化后的母合金錠在1000°C進行熱變形；
步驟4:將熱變形后的合金在950°C進行4小時固溶處理后空冷，
然后再在850°C進行15小時時效處理后空冷得到本發(fā)明的合金。
[0015]實施例2:
按重量百分比取 25% 的 Fe, 18% 的 Cr, 1.5% 的 Al, 1.0% 的 Ti,0.6% 的 Zr,4.0% 的 Nb,
0.006%的B(以硼酸的形式加入)，0.1%的Y(以氧化釔的形式加入)，余量為Ni加入到真空感應爐中熔煉、澆鑄成母合金錠；
步驟2:將母合金錠在1200°C均勻化25小時；
步驟3:將均勻化后的母合金錠在1150°C進行熱變形；
步驟4:將熱變形后的合金在1000°C進行3小時固溶處理后空冷，
然后再在800°C進行12小時時效處理后空冷得到本發(fā)明的合金。
[0016]本發(fā)明所得合金的力學性能(按照GB/T228-2002標準)以及腐蝕率見下表:
【權(quán)利要求】
1.一種機械裝置用合金，其特征在于合金中各組份及其質(zhì)量百分比為:20-25%的Fe，14~18% 的 Cr, 1.5%~2.0% 的 Al，0.7%~1.5% 的 Ti，0.4~1.0% 的 Zr, 0.1~5.0% 的 Nb,小于 0.01%的B，小于0.8%的Y，余量為Ni。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的機械裝置用合金，其特征在于合金中各組份及其質(zhì)量百分比為:20 % 的 Fe, 16% 的 Cr, 1.5% 的 Al, 1.2% 的 Ti, 0.8% 的 Zr, 3.0% 的 Nb, 0.005% 的 B, 0.6%的Y，余量為Ni。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的機械裝置用合金，其特征在于合金中各組份及其質(zhì)量百分比為:25% 的 Fe, 18% 的 Cr, 1.5% 的 Al，1.0% 的 Ti，0.6% 的 Zr, 4.0% 的 Nb, 0.006% 的 B, 0.1% 的Y，余量為Ni。
【文檔編號】C22C1/03GK104018031SQ201410280168
【公開日】2014年9月3日 申請日期:2014年6月21日 優(yōu)先權(quán)日:2014年6月21日
【發(fā)明者】馬修泉, 安亞君 申請人:遼寧工程技術大學