专利名称：铁铝基高电阻电热合金的制作方法
技术领域：
本发明是一项新型的高电阻电热合金材料。
目前工业上用于1300℃以下的电热元件主要采用镍铬合金(如Cr20Ni80，Cr15Ni60)和铁铬铝合金(如OCr25Al和OCr13Al6Mo2)。镍铬合金不仅价格昂贵，而且当温度大于1000℃时，其抗氧化性能显著下降。铁铬铝合金虽然成本低于镍铬合金，但是在高温下使用时，由于内部晶粒长大，很容易发生脆断。因此当使用温度超过1000℃时，用上述两种电热合金加工成的电热元件使用寿命不能很好地满足工业产品的需要。
本项发明之目的在于给出一种既具有良好抗氧化性能、同时也具有高电阻率的、适于用作温度在1300℃以下电热元件的、低成本的电热合金材料。
本项发明的电热合金的化学成分以Fe和Al为基本元素，添加了微量的稀土元素Ce和少量的Cr，Mn或W，Mo，Nb等，发明的具体内容是Fe-(24-32)Al-(0.01-0.2)Ce-(1-6)a其中a为Cr和Mn中的一种元素或两种。
上述合金配方中各合金元素的作用分别为AlAl是本项发明中的主要合金元素，它和Fe形成Fe3Al金属间化合物。和一般铁基电热合金相比，这种Fe3Al金属间化合物具有优异的抗高温氧化性能和很高的电阻率。
Ce微量Ce的合金化，它可以提高合金的综合力学性能(室温屈服强度和塑性、高温强度和抗蠕变能力)。Ce的加入还可以细化晶粒，从而改善合金的加工性能。
CrCr在Fe3Al金属间化合物中是固溶的。它对改善合金性能的作用表现在两方面一是提高合金的电阻率；二是提高合金的室温塑性。
MnMn的作用和Cr相似，但它能显著改善合金的抗蠕变性能。由于Mn的价格远低于Cr，因而对使用要求不高的电热元件，可以多加Mn而少加Cr。
和目前工业上常用的电热合金相比，本项发明的主要优点是1)本项发明的电热合金的电阻率高于镍铬电热合金和铁铬铝电热合金。2)本项发明的电热合金的抗高温氧化性能优于其它电热合金。3)本项发明的电热合金中所加入的铬、钼、铌等合金元素量很少，因此成本低于其它的电热合金。
为了说明本项发明合金的性能特点，下面的各表中列出了一些合金的性能指标。
表1中列出了3种合金的成分，这三种合金成分分别在本项发明规定的三种成分范围之内。
表2中列出了三种合金的室温电阻率。为了便于比较表中还列出了OCr25Al5和Cr20Ni80的室温电阻率。
表3列出了三种合金在700℃，850℃，1100℃，1200℃的氧化性能。从表可见，700℃到1200℃温度范围内，本项发明的电热合金均具有优良的抗氧化性能。对比表中所列的OCr25Al5电热合金在等同条件下的氧化试验结果可见，本项发明合金的抗氧化性能优于OCr25Al5电热合金。
为了进一步提高合金的电阻率，改善合金的抗蠕变性能，便适于在1100～1300℃下使用，本发明可按下述配方进一步实施(1)Fe-(24-32)Al-(0.01-0.2)Ce-(0.01-0.3)Zr-(1-6)a-(0.1-2)b(2)Fe-(24-32)Al-(0.01-0.2)B-(0.01-0.3)Zr-(1-6)a-(0.1-2)bb为W，Mo，Nb中的一种或几种元素。
WW在本项发明的合金中部分固溶。W有强烈的细化晶粒的作用。W的加入大幅度地提高了合金的高温强度和抗蠕变性能，同时提高了合金的电阻率。
MoMo在本项发明中的作用和W相似。单独加Mo对改善合金性能的效果不很显著，但Mo和Nb或W同时使用，对改善合金的高温性能十分有效。
NbNb在本发明的合金中是不固溶的。它和Fe形成化合物的形式分布于Fe3Al基体内。Nb能有效地提高合金的的抗蠕变性能和使用温度超过1000℃时合金的抗氧化性能。
ZrZr也具有强烈地细化晶粒作用。Zr和Mo或Nb同时使用时可以进一步提高合金的高温力学性能。
B微量B的加入有助于改善合金的塑性和加工性能。
本项发明的电热合金可以采用如下工艺制备1)用真空感应电炉或一般大气气氛中的感应电炉熔炼本发明成分范围的合金，随后浇注成圆形或矩形截面的铸锭。
2)铸锭在1000℃均匀化退火8-10小时，热锻成截面为φ40mm(圆形截面)或40×40mm(正方形截面)的长棒。
3)采用热轧工艺方法可将锻锭加工成棒材或带材。起轧温度为1000℃-1100℃，终轧温度为700℃，道次形变量少于25％。
4)对于热轧加工成的棒材，可以用冷拉工艺拉拔成丝或线材。每道次形变量少于15％，每拉两道次后，需加热退火，退火温度为800℃-850℃，退火时间为1小时。
表1几种典型合金的化学成分(at％)合金 Al Cr Mn W Mo Nb Zr B Ce Fe 杂质1 26 3 20.15 余量 ＜0.052 28 5 0.5 0.5 0.1 0.05 余量 ＜0.053 26 3 2 0.5 0.5 0.1 0.05 余量 ＜0.05表2几种合金的室温电阻率(Ωmm2/m)合金123OCr25Al5Cr20Ni80电阻率 1.82 2.06 1.991.4 1.10表3大气环境中氧化试验结果试验温度氧化时间氧化增重合金 ℃ 小时 mg/cm21 700℃100 0.082 700℃100 0.123 700℃100 0.121 850 100 0.102 850 100 0.143 850 100 0.151 1100 200 0.782 1100 200 0.783 1100 200 0.80OCr25Al5 1100 200 1.371 1200 500 3.72 1200 500 4.03 1200 500 3.9OCr25Al5 1200 500 4.8
权利要求
1.一种具有良好抗氧化性能和高电阻率的、适于用作温度在1300℃以下电热元件的铁铝基高电阻电热合金，以Fe和Al为基本元素，添加了微量的稀土元素Ce和少量的Cr、Mn或W、Mo、Nb等，合金的配方为Fe-(24-32)Al-(0.01-0.2)Ce-(1-6)a其中a为Cr和Mn中的一种或两种。
2.根据权利要求1所述的铁铝基高电阻电热合金，为进一步改善合金高温性能，合金配方如下Fe-(24-32)Al-(0.01-0.2)Ce-(0.01-0.3)Zr-(1-6)a-(0.1-2)b其中a为Cr和Mn中的一种或两种。b为W、Mo、Nb中的一种或几种。
3.根据权利要求1或2所述的铁铝基高温合金，通常可以B换取Ce，合金配方如下Fe-(24-32)Al-(0.01-0.2)B-(0.01-0.3)Zr-(1-6)a-(0.1-2)b其中a为Cr和Mn中的一种或两种。b为W、Mo、Nb中的一种或几种。
全文摘要
铁铝基高电阻电热合金是一种抗氧化性能好、电阻率高、综合力学性能优良、成本低廉的电热材料。它以Fe
文档编号C22C38/28GK1155590SQ9611682
公开日1997年7月30日 申请日期1996年1月22日 优先权日1996年1月22日
发明者孙扬善, 梅建平, 余兴泉, 黄海波 申请人:东南大学