专利名称：一种具有宽温区小频率温度系数的恒弹性合金的制作方法
技术领域：
本发明属于合金领域，特别涉及一种具有宽温区(-60-120℃)小频率温度系数(|βf|≤3×10-6/℃)的恒弹性合金。
背景技术：
合金材料的频率温度系数和弹性模量温度系数有一定的对应关系。宽温区恒弹性合金是指在比较宽的使用温度区间，合金的固有频率随温度的变化基本保持不变的恒弹性合金。早在1896年，人们发现Fe-Ni二元合金中Ni含量为28％和44％时，弹性模量温度系数可以为零，但恒弹性温度范围很窄、温度系数对Ni含量极其敏感未得到应用。此后研制出可实际应用的碳化物强化型和时效强化型Fe-Ni基恒弹性合金，通过添加C、Cr、Ti、Al、Nb等合金化元素生成金属间化合物强化合金，稳定合金弹性模量温度系数，形成了许多牌号，如Ni-Span C、Ni-Span D、3J53、3J58等恒弹性合金，具有小的频率温度系数|βf|＜5×10-6/℃，但其温度使用范围比较窄，只在-40～80℃温度范围具有优良的恒弹特性，不能满足在更高或更低的温度范围内应用。再有一类为无磁恒弹性合金，如Nb基合金，该合金可以在-55-400℃环境温度中应用，并且具备无磁性的特点，能够免受周围磁场的影响，但其弹性模量温度系数相对比较高一些(约70-80×10-6/℃)，并且塑性偏低，无法满足特定的使用要求。
目前，比较广泛使用的Fe-Ni艾林瓦类型恒弹性合金，其使用温度一般低于90℃，超出使用温度范围，合金的频率温度系数会发生急剧的变化，在比较宽的使用温度范围具有一定的局限性。而其他类型的恒弹性合金，虽然使用温度范围比较宽，但频率温度系数相对来说比较大，往往不适合制作精密的弹性或频率元件。随着科技的发展，要求弹性材料不仅要求具有小的频率温度系数，亦要求材料能在更宽的温度范围内工作，对恒弹合金的使用温度、机械品质因数、频率温度系数、强度等方面提出了更高的要求。
发明内容
本发明的目的是提供一种具有宽温区小频率温度系数的恒弹特性合金。
根据上述目的，本发明整体技术方案为 合金的成分设计采用Fe-42Ni-Cr-Ti-Al(3J58)为主要成分。研制材料中Ni与Fe元素的合理配比是合金产生弹性反常的基础，它们对合金的恒弹特性起主导作用；Cr降低合金弹性模量温度系数对成分的敏感性，同时Cr的固溶强化作用可提高合金力学性能与机械品质因数；Ti、Al是弥散强化相的形成元素，析出相对合金的恒弹性、力学性能的调制起重要作用。要获得具有特殊性能要求的恒弹性合金，根据合金中各个元素的作用，需合理调配，设计合金成分时适当提高Ni含量、降低Cr、Ti、Al等的含量，同时适量添加Co、Mo、Cu、Ag等合金元素使合金具有独特的综合性能。
根据上述目的和整体的技术方案，本发明具体的技术方案为 本发明合金的化学组成成分(重量％)为Ni43.00-49.00％，Cr4.50-6.50％，Ti2.00-2.70％，Al0.30-0.70％，Co0.50-2.00％，Mo1.00-1.50％、Cu0.20-0.40％、Ag0.05-0.15％，C≤0.015％，S≤0.010％，P≤0.010％，Si≤0.70％，Mn≤0.70％，其余为Fe。
上述各元素的作用及配比依据如下 Ni奥氏体形成元素，是产生恒弹性能的基础，Ni含量的适当提高，有助于合金使用温度的增加。
Cr降低合金弹性模量温度系数对成分的敏感性，同时Cr的固溶强化作用可提高合金力学性能与机械品质因数，适当的降低Cr含量有助于合金居里温度的升高，使用温度的增加。
Ti、Al、Ag弥散强化相的形成元素，析出相对合金的恒弹性、力学性能的调制起重要作用。适当的降低Ti、Al含量有助于合金居里温度的升高，使用温度的增加。
Co奥氏体形成元素，Co元素的添加，能够强烈的增加合金的居里温度，有助于合金使用温度的增加。
Mo、Cu影响析出相成长速度，增加合金恒弹性能的稳定性，增加合金的强度、硬度和机械品质因数。
C、S、P、Si、Mn在能够保证合金加工性的前提下，尽量降低含量。
本发明采用与现有技术相近似的制备方法 采用适当的加工工艺和热处理工艺等合金的制备方法。通过如下步骤制备宽温区小频率温度系数恒弹性合金 1、熔炼 熔炼合金前要用真空感应炉提纯纯铁，去除纯铁中的气体和C、S、P等杂质，金属Ni和Fe的表面氧化层要经磨光去除。合金熔炼在真空感应炉中进行，真空度≤1×10-1Pa，熔炼过程中要严格控制合金元素的烧损量，控制精炼温度和时间，做到准确控制成分、充分脱气、浮渣。
2、均匀化处理 将合金锭置于高温炉中进行长时间均匀化退火处理，处理后扒皮并取样分析合金的化学成分。
3、开坯、热扎 扒皮锭开坯时低于600℃装炉，合金锭的大小决定合金锭的升温速度快慢，经1100-1200℃保温适当时间后开始锻造成方坯。再1100-180℃保温适当时间后热轧成圆棒。
4、固溶热处理 圆棒溶热处理温度为900-1050℃，保温20-60分钟，迅速淬水，获得晶粒细小的单相奥氏体组织。在保证完全固溶的条件下，应尽量选择较低的固溶温度。
5、冷拉 光亮棒材通过不同冷变形量冷拉至所需尺寸。冷拉过程中注意选择润滑剂和道次变形量，做到表面无划痕。
本发明恒弹性合金与现有技术相比具有优良性能的宽温区、小频率温度系数的优点。合金在-60-120℃温度范围内的弹性模量温度系数|βf|＜3×10-6/℃，Q＞15000，室温E值＞180GPa。
图1本发明合金的固有频率与温度之间的曲线关系图。
具体实施例方式 1、利用25Kg真空感应炉制备4个成分的宽温区小频率温度系数恒弹合金钢锭如表1所示 2、将合金锭于1100℃经1小时均匀化退火处理，于1070℃保温1小时锻造成方坯，方坯经1120℃保温1小时后热轧成圆棒，圆棒在1000℃保温1小时固溶处理后淬水，得到固溶状态合金圆棒。
3、对固溶态合金棒材进行冷拉后分别进行630℃、680℃、730℃×3h真空时效处理，所得的时效后的合金具有性能如表2所示 4、将No.1合金经1030℃淬火处理，再经冷加工后，进行630℃时效处理的试样加热至150℃，然后连续降温至-70℃，其间连续测量随温度降低时合金的共振频率f值，其结果如图1。f(T)曲线显示研制合金良好的近线性关系。
通过优化合金元素配合适当的制备工艺，制备了具有优良性能的宽温区、小频率温度系数恒弹性合金。合金在-60-120℃温度范围内的弹性模量温度系数|βf|＜3×10-6/℃，Q＞15000，室温E值＞180GPa。
权利要求
1、一种具有宽温区小频率温度系数的恒弹性合金，其特征在于该合金的化学组成成分(重量％)为Ni43.00-49.00％，Cr4.50-6.50％，Ti2.00-2.70％，Al0.30-0.70％，Co0.50-2.00％，Mo1.00-1.50％、Cu0.20-0.40％、Ag0.05-0.15％，C≤0.015％，S≤0.010％，P≤0.010％，Si≤0.70％，Mn≤0.70％，其余为Fe。
全文摘要
本发明属于合金领域，特别涉及一种具有宽温区小频率温度系数的恒弹性合金。该合金的化学组成成分(重量％)为Ni43.00-49.00％，Cr4.50-6.50％，Ti2.00-2.70％，Al0.30-0.70％，Co0.50-2.00％，Mo1.00-1.50％、Cu0.20-0.40％、Ag0.05-0.15％，C≤0.015％，S≤0.010％，P≤0.010％，Si≤0.70％，Mn≤0.70％，其余为Fe。本发明恒弹性合金与现有技术相比具有优良性能的宽温区、小频率温度系数的优点。合金在-60～120℃温度范围内的弹性模量温度系数|βf|＜3×10-6/℃，Q＞15000，室温E值＞180GPa。
文档编号C22C30/02GK101280381SQ20081011336
公开日2008年10月8日 申请日期2008年5月29日 优先权日2008年5月29日
发明者张建福, 赵栋梁, 卢凤双, 陈建刚, 张建生, 张敬霖, 万成绪, 晖 毕 申请人:钢铁研究总院