一種高強(qiáng)高塑鈦鎳鐵碳雙相合金及制備方法
【專利摘要】一種高強(qiáng)高塑鈦鎳鐵碳雙相合金，其質(zhì)量百分比如下：Ti的含量43％?45％，Ni的含量為49?52％,C的含量為0.024?0.028％，余量為Fe量和不可避免的雜質(zhì)。該合金的制備方法：將上述成分的合金置于真空非自耗電弧爐的水冷銅坩堝中，熔煉前電弧爐的背底真空高于2.0×10?2Pa，弧焊電源電流工作范圍為400?500A，電壓工作范圍為20?30V，熔煉溫度為2000?2500℃，單個(gè)鑄錠每次熔煉時(shí)間為4分鐘，反復(fù)熔煉最少8次，熔煉完畢的合金錠隨坩堝冷卻。本發(fā)明的合金為具有較高強(qiáng)度和優(yōu)良塑性且相對(duì)于其他的結(jié)構(gòu)材料具備優(yōu)異的耐磨性、耐蝕性、加工性的雙相合金。所用金屬元素的熔點(diǎn)較低，易于熔煉，從而降低合金的制造成本，有利于規(guī)?；a(chǎn)。
【專利說(shuō)明】
-種高強(qiáng)高塑鐵鎮(zhèn)鐵碳雙相合金及制備方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明設(shè)及一種合金，特別是雙相合金。
【背景技術(shù)】
[0002] Ti-Al、Ni-Al、Fe-Al等金屬間化合物基復(fù)合材料，因其優(yōu)良的力學(xué)性能、抗腐蝕 性、耐磨性、阻尼性、生物相容性等，具有良好的應(yīng)用前景，引起人們的廣泛關(guān)注。但作為結(jié) 構(gòu)材料，當(dāng)前突出存在的問(wèn)題是脆性和環(huán)境敏感性等，致其未能在工業(yè)應(yīng)用層面獲得突破。 例如，AbTi基金屬間化合物在室溫下壓縮時(shí)，通常只有10%的壓縮塑性應(yīng)變，MA1在室溫 下拉伸時(shí)，其拉伸塑性僅為0-2%。通過(guò)適當(dāng)工藝的控制，F(xiàn)esAl室溫塑性可達(dá)到15%-20%， 但其性能對(duì)工藝參數(shù)極為敏感，如果控制不當(dāng)，性能將大大降低，阻礙其推廣應(yīng)用。根據(jù)相 圖可知，近等原子比的Ti-Ni合金是由TiNi和TisNi金屬間化合物構(gòu)成。運(yùn)種金屬間化合物 基復(fù)合材料作為形狀記憶材料已得到廣泛應(yīng)用，但其用作結(jié)構(gòu)材料的研究鮮有報(bào)道。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本發(fā)明的目的在于提供一種力學(xué)性能優(yōu)異的高強(qiáng)高塑鐵儀鐵碳雙相合金及制備 方法。該合金為一種具有雙相結(jié)構(gòu)的鐵儀基高強(qiáng)合金。
[0004] 本發(fā)明的技術(shù)方案是通過(guò)下述方式實(shí)現(xiàn)的：
[0005] -、本發(fā)明的鐵儀鐵碳合金材料，其質(zhì)量百分比如下:Ti的含量43%-45%，Ni的含 量為49-52%，C的含量為0.024-0.028%，余量為化量和不可避免的雜質(zhì)。
[0006] 二、上述鐵儀鐵碳合金的制備方法如下：
[0007] 將上述成分的合金置于電弧爐的水冷銅相蝸中，利用真空非自耗電弧爐進(jìn)行烙 煉，烙煉前電弧爐的背底真空高于2.0Xl(T2Pa，弧焊電源電流工作范圍為400-500A，電壓工 作范圍為20-30V，烙煉溫度為2000-2500°C，單個(gè)鑄錠每次烙煉時(shí)間為4分鐘，反復(fù)烙煉最少 8次，烙煉完畢的合金錠隨相蝸冷卻，烙煉均勻的合金從相蝸中取出后，用于鑄造態(tài)合金性 能分析或后續(xù)加工。
[000引本發(fā)明中Ti、Ni為主要合金化元素，F(xiàn)e為次要合金化元素，C為微量合金化元素。所 用合金元素的作用固溶強(qiáng)化、第二相強(qiáng)化、改善合金微觀組織及降低合金中氧元素對(duì)性能 的影響等。為了調(diào)節(jié)合金的相變溫度、力學(xué)性能等，第=元素會(huì)被添加到Ti-Ni合金中。研究 發(fā)現(xiàn)，F(xiàn)e元素的加入會(huì)顯著降低合金的馬氏體相變溫度，提升其強(qiáng)度與塑性，當(dāng)合金中化超 過(guò)一定含量后，馬氏體相變溫度接近絕對(duì)零度。基于合金是軟初的Ti Ni(固溶少量的化)基 體相與硬脆的TisNi第二相構(gòu)成。微量的C元素的加入能有效促進(jìn)形核、細(xì)化晶粒。使合金在 具有高強(qiáng)度同時(shí)具備優(yōu)良的塑性W及高的加工硬化率，相對(duì)于其他的結(jié)構(gòu)材料有更優(yōu)異的 耐磨性、耐蝕性、加工性等，具備成為優(yōu)良的結(jié)構(gòu)材料的特質(zhì)。
[0009] 本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有如下優(yōu)點(diǎn)：
[0010] 1、本發(fā)明鐵儀兩種元素為合金主體，通過(guò)加入少量鐵元素和微量碳元素，使 其成為具有較高強(qiáng)度和優(yōu)良塑性且相對(duì)于其他的結(jié)構(gòu)材料具備優(yōu)異的耐磨性、耐蝕性、加 工性的雙相合金。
[0011] 2、所用金屬元素的烙點(diǎn)較低，儀（1453°)鐵（1660°)鐵（1535°)易于烙煉，從而降低 合金的制造成本，有利于規(guī)模化生產(chǎn)。
【附圖說(shuō)明】
[0012] 圖1為鑄態(tài)合金單軸壓縮條件下的工程應(yīng)力-應(yīng)變曲線圖；
[0013] 圖2為鑄態(tài)合金的金相顯微組織照片圖。
【具體實(shí)施方式】
[0014] 實(shí)施例1
[0015] 用44克純鐵絲、51克純儀絲、5克碳含量為0.56 %的鐵碳合金原料配料，用非自耗 真空電弧爐烙煉。烙煉時(shí)電弧爐的背底真空高于2.0Xl(^中a，弧焊電源工作電流為400A，工 作電壓為30V，烙煉溫度最佳為2500°C，單個(gè)鑄錠每次烙煉時(shí)間為4分鐘，合金經(jīng)初次烙煉成 一個(gè)整體后，在相蝸中翻面進(jìn)行二次烙煉，如此反復(fù)，共計(jì)8次，烙煉完畢的合金錠隨相蝸冷 卻，烙煉均勻的合金從相蝸中取出后，制得高強(qiáng)度鐵儀鐵碳合金。
[0016] 待合金烙煉完畢，用電火花線切割從合金錠不同位置切下半徑為5m的高為10mm的 圓柱試樣，用帶有引伸計(jì)的壓縮力學(xué)試驗(yàn)機(jī)進(jìn)行力學(xué)性能測(cè)試。測(cè)試結(jié)果表明合金具有優(yōu) 異的綜合力學(xué)性能，具體如下表：
[0017] 表一鑄態(tài)本發(fā)明合金的基本力學(xué)性能 [001 引
[0019] 如圖1所示，可W看出：所制備的合金的屈服強(qiáng)度一般，但加工硬化率高，斷裂強(qiáng)度 高，并且在單軸壓縮條件下其延伸率超過(guò)30%，是一種兼具較高強(qiáng)度和塑性的高性能雙相 合金材料。現(xiàn)有的Ti-Ni記憶合金，塑性較優(yōu)異，但強(qiáng)度較低。
[0020] 如圖2所示，可W看出合金的顯微組織由TiNi基體和在基體中均勻分布的Ti2化強(qiáng) 化相組成，其中基體的平均晶粒尺寸在20微米，強(qiáng)化相為針狀。根據(jù)鐵儀二元合金相圖，近 等原子比附近靠近鐵一端的合金由TiNi和TisNi相組成，基體為TiNi簡(jiǎn)單立方相，具有較好 的塑性，TisNi作為合金化合物相，在基體中主要起到強(qiáng)化的作用。通過(guò)合理選擇合金成分 及加入其它合金元素如鐵、碳等，實(shí)現(xiàn)細(xì)化基體組織和第二相，優(yōu)化合金的相組成，改善其 形貌和分布，可W進(jìn)一步提高合金的力學(xué)性能。
[0021] 實(shí)施例2
[0022] 用43克純鐵絲、52克純儀絲、5克碳含量為0.48 %的鐵碳合金等原料配料，用非自 耗真空電弧爐烙煉。烙煉時(shí)電弧爐的背底真空高于2.0Xl(T2Pa，弧焊電源工作電流為500A， 工作電壓為20V，烙煉溫度最佳為2000°C，單個(gè)鑄錠每次烙煉時(shí)間為4分鐘。合金經(jīng)初次烙煉 成一個(gè)整體后，在相蝸中翻面進(jìn)行二次烙煉，如此反復(fù)，共計(jì)8次，烙煉完畢的合金錠隨相蝸 冷卻，烙煉均勻的合金從相蝸中取出后，制得高強(qiáng)度鐵儀鐵碳合金。
[0023] 實(shí)例3
[0024] 用45克純鐵絲、49克儀絲、6克碳含量為0.43%的鐵碳合金等原料配料，用非自耗 真空電弧爐烙煉。烙煉時(shí)電弧爐的背底真空高于2.0X10-中a，弧焊電源工作電流為450A，工 作電壓為25V，烙煉溫度最佳為2500°C，單個(gè)鑄錠每次烙煉時(shí)間為4分鐘。合金經(jīng)初次烙煉成 一個(gè)整體后，在相蝸中翻面進(jìn)行二次烙煉，如此反復(fù)，共計(jì)8次，烙煉完畢的合金錠隨相蝸冷 卻，烙煉均勻的合金從相蝸中取出后，制得高強(qiáng)度鐵儀鐵碳合金。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種高強(qiáng)高塑鈦鎳鐵碳雙相合金，其特征在于：其質(zhì)量百分比如下:Ti的含量43%-45%，Ni的含量為49-52%，C的含量為0.024-0.028%，余量為Fe量和不可避免的雜質(zhì)。2. 權(quán)利要求1的高強(qiáng)高塑鈦鎳鐵碳雙相合金的制備方法，其特征在于:將上述成分的合 金置于真空非自耗電弧爐的水冷銅坩堝中，熔煉前電弧爐的背底真空高于2.0Xl(T 2Pa，弧 焊電源電流工作范圍為400-500A，電壓工作范圍為20-30V，熔煉溫度為2000-2500°C，單個(gè) 鑄錠每次熔煉時(shí)間為4分鐘，反復(fù)熔煉最少8次，熔煉完畢的合金錠隨坩堝冷卻。
【文檔編號(hào)】C22C30/00GK106048372SQ201610527150
【公開日】2016年10月26日
【申請(qǐng)日】2016年7月6日
【發(fā)明人】賈元智, 劉嘉偉, 馬杰, 劉延國(guó), 馬明臻, 劉日平
【申請(qǐng)人】燕山大學(xué)