高強(qiáng)高塑耐氯離子腐蝕的鑄造合金及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及合金技術(shù)，尤其涉及一種高強(qiáng)高塑耐氯離子腐蝕的鑄造合金及其制備 方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 目前常用的耐氯離子腐蝕的不銹鋼屈服強(qiáng)度在500Mpa左右，這些不銹鋼都需要經(jīng) 過(guò)復(fù)雜的乳制及熱處理工藝，才能獲得500Mpa的屈服強(qiáng)度。而很多關(guān)鍵的金屬合金部件要 求耐氯離子腐蝕的同時(shí)，還要有高的屈服強(qiáng)度，且不能乳制。如破冰船用的螺旋槳，要求槳 葉材料的屈服強(qiáng)度高于750Mpa，拉伸塑性超過(guò)15%，且整個(gè)螺旋槳要整體澆鑄，不能乳制。 目前市面上所有的不銹鋼都不能滿足相關(guān)要求。鑒于上述市場(chǎng)需求，我們研發(fā)了不需要乳 制以及復(fù)雜熱處理工藝，僅僅使用不同鑄造技術(shù)，一次澆鑄成型后的合金母材，就具有遠(yuǎn)超 不銹鋼的強(qiáng)度和塑性，同時(shí)耐氯離子腐蝕，具有潛在的巨大經(jīng)濟(jì)價(jià)值。
[0003] 現(xiàn)有技術(shù)存在的主要瓶頸是，鑄態(tài)的不銹鋼合金強(qiáng)度遠(yuǎn)遠(yuǎn)達(dá)不到特種部件使用要 求，必須經(jīng)過(guò)后續(xù)的加工以及復(fù)雜的熱處理工藝才能達(dá)到較高的強(qiáng)度和塑性。但另一方面 像大型破冰船螺旋槳這種特種部件是不允許進(jìn)行乳制等加工變形處理的。所以亟待一種高 強(qiáng)高塑的鑄造合金，以滿足特種部件的需求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的在于，針對(duì)高性能部件不允許乳制，只能通過(guò)一次澆鑄成型而使合 金具有高的強(qiáng)度和塑性，且同時(shí)具有良好的耐腐蝕性能的難題，提出一種高強(qiáng)高塑耐氯離 子腐蝕的鑄造合金，該合金耐氯離子腐蝕性能優(yōu)異，且具有極佳的強(qiáng)度和塑形性。
[0005] 為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是:一種高強(qiáng)高塑耐氯離子腐蝕的鑄造 合金，由重量配比如下的各組分制備而成：
[0007]進(jìn)一步地，高強(qiáng)高塑耐氯離子腐蝕的鑄造合金，由重量配比如下的各組分制備而 成：
[0009] 進(jìn)一步地，所述六1、(：0、111、〇^6和附皆選用純度為99￥丨％以上的工業(yè)級(jí)純?cè)稀?br>[0010] 本發(fā)明的另一個(gè)目的還公開(kāi)了一種高強(qiáng)高塑耐氯離子腐蝕的鑄造合金的制備方 法，包括以下步驟:將各組分混合后采用大氣中頻感應(yīng)爐真空熔煉，獲得高強(qiáng)高塑耐氯離子 腐蝕的鑄造合金。
[0011] 進(jìn)一步地，所述大氣中頻感應(yīng)爐真空熔煉包括以下步驟:熔配合金時(shí)，所述Al、Cr 和Μη放在最下面，所述Fe、Co、C、Si和Ni放在最上面，抽真空至5X10-2pa至5X10-3pa的真空 度時(shí)充入. 〇3Pa至-0.06Pa的氬氣或者氮?dú)?，然后感?yīng)爐熔煉熔化合金液保溫溫度定為 1300-1500攝氏度，優(yōu)選為1400攝氏度，完全熔化后合金液的均勻化保溫時(shí)間為5-20分鐘， 優(yōu)選為10分鐘。本發(fā)明將沸點(diǎn)較低的易揮發(fā)原料Al、Mn和Cr放在最下面，將沸點(diǎn)較高的原料 Fe、Co、C、Si和Ni放在最上面，以減少熔煉時(shí)由揮發(fā)造成的質(zhì)量損失。其中Al、Cr和Μη的具體 放置順序不限，？^0)、(：、51和~的具體放置順序不限。
[0012] 本發(fā)明高強(qiáng)高塑耐氯離子腐蝕的鑄造合金配方科學(xué)、合理，其制備方法簡(jiǎn)單、易 行，與現(xiàn)有技術(shù)相比較具有以下優(yōu)點(diǎn)：
[0013] 1、本發(fā)明高強(qiáng)高塑耐氯離子腐蝕的鑄造合金的強(qiáng)化機(jī)理:將上述配比的物料澆鑄 成型，能獲得一種較軟的FCC相和較硬的調(diào)幅BCC/B2結(jié)構(gòu)交替組成的復(fù)合結(jié)構(gòu)。該復(fù)合結(jié)構(gòu) 由片層狀結(jié)構(gòu)和調(diào)幅結(jié)合構(gòu)成，具有很好的強(qiáng)度和塑形以及優(yōu)良的鑄造性能。經(jīng)檢測(cè)本發(fā) 明高強(qiáng)高塑耐氯離子腐蝕的鑄造合金鑄態(tài)下的拉伸斷裂強(qiáng)度真應(yīng)變高達(dá)1.4Gpa，屈服強(qiáng)度 高達(dá)890Mpa。屈服強(qiáng)度和斷裂強(qiáng)度是普通鑄鋼的近3倍，但成本和304不銹鋼相當(dāng)；耐氯離子 腐蝕性接近304不銹鋼，但是鑄態(tài)強(qiáng)度遠(yuǎn)超304等不銹鋼；
[0014] 2、本發(fā)明高強(qiáng)高塑耐氯離子腐蝕的鑄造合金耐氯離子腐蝕性佳，經(jīng)檢測(cè)在相同腐 蝕條件下，本發(fā)明鑄造合金腐蝕穿透時(shí)間比純銅穿透時(shí)間三倍還多；
[0015] 3、本發(fā)明高強(qiáng)高塑耐氯離子腐蝕的鑄造合金的制備方法簡(jiǎn)單，惰性保護(hù)氣體下的 感應(yīng)熔煉制備，澆鑄成型即可。該合金能直接澆鑄成型，不需要熱處理和后續(xù)復(fù)雜的加工工 藝，即能擁有優(yōu)良的力學(xué)性能。
【附圖說(shuō)明】
[0016] 圖1為實(shí)施例1高強(qiáng)高塑耐氯離子腐蝕的鑄造合金的透射電鏡照片；
[0017]圖2為圖1透射明場(chǎng)像中較軟的FCC相的電子衍射照片；
[0018] 圖3為圖1中透射明場(chǎng)像中的調(diào)幅BCC/B2結(jié)構(gòu)的電子衍射照片；
[0019] 圖4為實(shí)施例1高強(qiáng)高塑耐氯離子腐蝕的鑄造合金的掃描電鏡照片；
[0020] 圖5為實(shí)施例1高強(qiáng)高塑耐氯離子腐蝕的鑄造合金的掃描電鏡照片；
[0021] 圖6為實(shí)施例1高強(qiáng)高塑耐氯離子腐蝕的鑄造合金的XRD附圖；
[0022] 圖7為實(shí)施例1高強(qiáng)高塑耐氯離子腐蝕的鑄造合金的工程應(yīng)變和真應(yīng)變曲線；
[0023]圖8為實(shí)施例1高強(qiáng)高塑耐氯離子腐蝕的鑄造合金和純Cu以及超級(jí)304不銹鋼的電 化學(xué)腐蝕曲線。
【具體實(shí)施方式】
[0024]以下結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步說(shuō)明：
[0025]實(shí)施例1
[0026]本實(shí)施例公開(kāi)了一種高強(qiáng)高塑耐氯離子腐蝕的鑄造合金，由重量配比如下的各組 分制備而成:A1 5份;Cr12份;Fe45份;Ni40份;Μη0.5份;Si0.2份;C0.01份。所述A1、 Co、Mn、Cr、Fe和Ni皆選用純度為99wt%以上的工業(yè)級(jí)純?cè)稀?br>[0027]本實(shí)施例高強(qiáng)高塑耐氯離子腐蝕的鑄造合金的制備方法如下:熔配合金時(shí)，A1和 Cr原料放在最下面，F(xiàn)e、Co和Ni放在最上面，抽真空至5Xl(T3pa的真空度時(shí)充入-0.05Pa的 氬氣或者氮?dú)?，然后感?yīng)爐熔煉熔化后合金液的保溫溫度定為1480攝氏度，完全熔化后合 金液的均勻化保溫時(shí)間為10分鐘，澆鑄凝固后合金將反應(yīng)生成FCC和BCC/B2調(diào)幅結(jié)構(gòu)混合 組織。
[0028]如圖1-3所示，本實(shí)施例高強(qiáng)高塑耐氯離子腐蝕的鑄造合金這是這個(gè)合金形成的 是一種特殊的獨(dú)有的結(jié)構(gòu)，清晰的看到較軟的FCC片層結(jié)構(gòu)和較硬的BCC和B2復(fù)合強(qiáng)化調(diào)幅 結(jié)構(gòu)。合金耐腐蝕性試驗(yàn)過(guò)程如下:配制5%體積百分比高氯酸酒精溶液，試樣厚度為50微 米，對(duì)比試樣純銅的厚度也是50微米。純銅