一种高强高塑钛镍铁碳双相合金及制备方法
【专利摘要】一种高强高塑钛镍铁碳双相合金，其质量百分比如下：Ti的含量43％?45％，Ni的含量为49?52％,C的含量为0.024?0.028％，余量为Fe量和不可避免的杂质。该合金的制备方法：将上述成分的合金置于真空非自耗电弧炉的水冷铜坩埚中，熔炼前电弧炉的背底真空高于2.0×10?2Pa，弧焊电源电流工作范围为400?500A，电压工作范围为20?30V，熔炼温度为2000?2500℃，单个铸锭每次熔炼时间为4分钟，反复熔炼最少8次，熔炼完毕的合金锭随坩埚冷却。本发明的合金为具有较高强度和优良塑性且相对于其他的结构材料具备优异的耐磨性、耐蚀性、加工性的双相合金。所用金属元素的熔点较低，易于熔炼，从而降低合金的制造成本，有利于规模化生产。
【专利说明】
-种高强高塑铁镇铁碳双相合金及制备方法
技术领域
[0001] 本发明设及一种合金，特别是双相合金。
【背景技术】
[0002] Ti-Al、Ni-Al、Fe-Al等金属间化合物基复合材料，因其优良的力学性能、抗腐蚀 性、耐磨性、阻尼性、生物相容性等，具有良好的应用前景，引起人们的广泛关注。但作为结 构材料，当前突出存在的问题是脆性和环境敏感性等，致其未能在工业应用层面获得突破。 例如，AbTi基金属间化合物在室溫下压缩时，通常只有10%的压缩塑性应变，MA1在室溫 下拉伸时，其拉伸塑性仅为0-2%。通过适当工艺的控制，FesAl室溫塑性可达到15%-20%， 但其性能对工艺参数极为敏感，如果控制不当，性能将大大降低，阻碍其推广应用。根据相 图可知，近等原子比的Ti-Ni合金是由TiNi和TisNi金属间化合物构成。运种金属间化合物 基复合材料作为形状记忆材料已得到广泛应用，但其用作结构材料的研究鲜有报道。
【发明内容】
[0003] 本发明的目的在于提供一种力学性能优异的高强高塑铁儀铁碳双相合金及制备 方法。该合金为一种具有双相结构的铁儀基高强合金。
[0004] 本发明的技术方案是通过下述方式实现的：
[0005] -、本发明的铁儀铁碳合金材料，其质量百分比如下:Ti的含量43%-45%，Ni的含 量为49-52%，C的含量为0.024-0.028%，余量为化量和不可避免的杂质。
[0006] 二、上述铁儀铁碳合金的制备方法如下：
[0007] 将上述成分的合金置于电弧炉的水冷铜相蜗中，利用真空非自耗电弧炉进行烙 炼，烙炼前电弧炉的背底真空高于2.0Xl(T2Pa，弧焊电源电流工作范围为400-500A，电压工 作范围为20-30V，烙炼溫度为2000-2500°C，单个铸锭每次烙炼时间为4分钟，反复烙炼最少 8次，烙炼完毕的合金锭随相蜗冷却，烙炼均匀的合金从相蜗中取出后，用于铸造态合金性 能分析或后续加工。
[000引本发明中Ti、Ni为主要合金化元素，Fe为次要合金化元素，C为微量合金化元素。所 用合金元素的作用固溶强化、第二相强化、改善合金微观组织及降低合金中氧元素对性能 的影响等。为了调节合金的相变溫度、力学性能等，第=元素会被添加到Ti-Ni合金中。研究 发现，Fe元素的加入会显著降低合金的马氏体相变溫度，提升其强度与塑性，当合金中化超 过一定含量后，马氏体相变溫度接近绝对零度。基于合金是软初的Ti Ni(固溶少量的化)基 体相与硬脆的TisNi第二相构成。微量的C元素的加入能有效促进形核、细化晶粒。使合金在 具有高强度同时具备优良的塑性W及高的加工硬化率，相对于其他的结构材料有更优异的 耐磨性、耐蚀性、加工性等，具备成为优良的结构材料的特质。
[0009] 本发明与现有技术相比具有如下优点：
[0010] 1、本发明铁儀两种元素为合金主体，通过加入少量铁元素和微量碳元素，使 其成为具有较高强度和优良塑性且相对于其他的结构材料具备优异的耐磨性、耐蚀性、加 工性的双相合金。
[0011] 2、所用金属元素的烙点较低，儀（1453°)铁（1660°)铁（1535°)易于烙炼，从而降低 合金的制造成本，有利于规模化生产。
【附图说明】
[0012] 图1为铸态合金单轴压缩条件下的工程应力-应变曲线图；
[0013] 图2为铸态合金的金相显微组织照片图。
【具体实施方式】
[0014] 实施例1
[0015] 用44克纯铁丝、51克纯儀丝、5克碳含量为0.56 %的铁碳合金原料配料，用非自耗 真空电弧炉烙炼。烙炼时电弧炉的背底真空高于2.0Xl(^中a，弧焊电源工作电流为400A，工 作电压为30V，烙炼溫度最佳为2500°C，单个铸锭每次烙炼时间为4分钟，合金经初次烙炼成 一个整体后，在相蜗中翻面进行二次烙炼，如此反复，共计8次，烙炼完毕的合金锭随相蜗冷 却，烙炼均匀的合金从相蜗中取出后，制得高强度铁儀铁碳合金。
[0016] 待合金烙炼完毕，用电火花线切割从合金锭不同位置切下半径为5m的高为10mm的 圆柱试样，用带有引伸计的压缩力学试验机进行力学性能测试。测试结果表明合金具有优 异的综合力学性能，具体如下表：
[0017] 表一铸态本发明合金的基本力学性能 [001 引
[0019] 如图1所示，可W看出：所制备的合金的屈服强度一般，但加工硬化率高，断裂强度 高，并且在单轴压缩条件下其延伸率超过30%，是一种兼具较高强度和塑性的高性能双相 合金材料。现有的Ti-Ni记忆合金，塑性较优异，但强度较低。
[0020] 如图2所示，可W看出合金的显微组织由TiNi基体和在基体中均匀分布的Ti2化强 化相组成，其中基体的平均晶粒尺寸在20微米，强化相为针状。根据铁儀二元合金相图，近 等原子比附近靠近铁一端的合金由TiNi和TisNi相组成，基体为TiNi简单立方相，具有较好 的塑性，TisNi作为合金化合物相，在基体中主要起到强化的作用。通过合理选择合金成分 及加入其它合金元素如铁、碳等，实现细化基体组织和第二相，优化合金的相组成，改善其 形貌和分布，可W进一步提高合金的力学性能。
[0021] 实施例2
[0022] 用43克纯铁丝、52克纯儀丝、5克碳含量为0.48 %的铁碳合金等原料配料，用非自 耗真空电弧炉烙炼。烙炼时电弧炉的背底真空高于2.0Xl(T2Pa，弧焊电源工作电流为500A， 工作电压为20V，烙炼溫度最佳为2000°C，单个铸锭每次烙炼时间为4分钟。合金经初次烙炼 成一个整体后，在相蜗中翻面进行二次烙炼，如此反复，共计8次，烙炼完毕的合金锭随相蜗 冷却，烙炼均匀的合金从相蜗中取出后，制得高强度铁儀铁碳合金。
[0023] 实例3
[0024] 用45克纯铁丝、49克儀丝、6克碳含量为0.43%的铁碳合金等原料配料，用非自耗 真空电弧炉烙炼。烙炼时电弧炉的背底真空高于2.0X10-中a，弧焊电源工作电流为450A，工 作电压为25V，烙炼溫度最佳为2500°C，单个铸锭每次烙炼时间为4分钟。合金经初次烙炼成 一个整体后，在相蜗中翻面进行二次烙炼，如此反复，共计8次，烙炼完毕的合金锭随相蜗冷 却，烙炼均匀的合金从相蜗中取出后，制得高强度铁儀铁碳合金。
【主权项】
1. 一种高强高塑钛镍铁碳双相合金，其特征在于：其质量百分比如下:Ti的含量43%-45%，Ni的含量为49-52%，C的含量为0.024-0.028%，余量为Fe量和不可避免的杂质。2. 权利要求1的高强高塑钛镍铁碳双相合金的制备方法，其特征在于:将上述成分的合 金置于真空非自耗电弧炉的水冷铜坩埚中，熔炼前电弧炉的背底真空高于2.0Xl(T 2Pa，弧 焊电源电流工作范围为400-500A，电压工作范围为20-30V，熔炼温度为2000-2500°C，单个 铸锭每次熔炼时间为4分钟，反复熔炼最少8次，熔炼完毕的合金锭随坩埚冷却。
【文档编号】C22C30/00GK106048372SQ201610527150
【公开日】2016年10月26日
【申请日】2016年7月6日
【发明人】贾元智, 刘嘉伟, 马杰, 刘延国, 马明臻, 刘日平
【申请人】燕山大学