一种高硬度无磁镍铬合金及其制备方法
【专利摘要】本发明涉及一种高硬度无磁镍铬合金及其制备方法，该合金的成分按重量百分比为：Cr：37～38，Al：3.3～3.5，W：1.6～2.3，Y：0.005～0.03，C≤0.015，S≤0.010，P≤0.010，Si≤0.10，Mn≤0.015，其余为Ni；该合金通过冶炼、均匀化处理、开坯和热轧、固溶处理、冷拉和时效处理步骤制备。本发明的镍铬合金，是在普通的高硬度无磁合金成分的基础上，适当添加W和Y元素的含量、降低Cr得到，通过合金冷变形量与时效温度的配合提高了合金的硬度，并充分考虑到各种因素的作用，最终得到性能优良的高硬度无磁性镍铬合金。
【专利说明】一种高硬度无磁镍铬合金及其制备方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种镍基合金，特别涉及一种具有高硬度无磁性的镍铬合金。
【背景技术】
[0002]本发明的合金属于精密合金领域中的弹性合金范畴中的高弹性合金。该合金可以用于仪器仪表等精密机械领域，如轴尖、张丝、游丝、发条、弹簧、膜片及轴承、滚珠、冲压模具、刀具等，具有广泛的应用背景。 [0003]高硬度无磁高弹性合金包括Co基和Ni基合金，目前形成的产品牌号主要有:3J21 (Co40Cr20Nil6Fel5Mo7)、3J22 (Co40Cr20Nil6Fel5Mo4W4)、3J23 (Co40Cr20Nil6Fel5Mo4W4Ce),3YCll (Co42Ni25Cr18Mo4ffI OCe ) ,3YC15(Co26Nil6Cr40W17AlCe)等 Co 基合金及 3J40 (Ni55Cr40A13.5Ce)Ni 基合金。3J21、3J22、3J23、3YC11、3YC15属于形变强化型Co基合金，必须通过很大的冷变形以后再经时效才会表现出良好的弹性性能，其HRc硬度均在65以下，其X V体积磁化率均在400 X 10-6以上。3J40属于沉淀强化型合金，在固溶状态下具有良好的塑性，时效处理后可获得很大程度的强化，单纯的时效热处理可以使3J40的HRc硬度提高20以上，3J40的固溶+时效和冷变形+时效状态，其HRc硬度值最高分别可达59和64，其XV体积磁化率均在40X 10_6以上。以上高强度无磁高弹性合金经过30几年的发展，凭借其良好的综合性能，目前获得了广泛的应用。随着科技的发展，在某些特殊行业中，对该类高强度无磁性弹性合金提出了更高的要求以满足目前的使用要求。
【发明内容】
[0004]本发明的目的是提出一种具有高硬度低磁性的镍铬合金材料，通过对合金成分的设计和优化完成。
[0005]本发明的另一个目的是提供了上述合金的制备方法，通过调整该成分合金的制备工艺来实现高硬度和无磁性的目的。
[0006]为实现上述目的，本发明提供了如下技术方案:
[0007]一种高硬度无磁镍铬合金，该合金的成分按重量百分比为:Cr:37~38，Al:
3.3 ~3.5, W:1.6 ~2.3, Y:0.005 ~0.03, C ^ 0.015, S ^ 0.010,P ( 0.010, Si ( 0.10，Mn ( 0.015，其余为 Ni ；
[0008]该合金通过冶炼、均匀化处理、开坯和热轧、固溶处理、冷拉和时效处理步骤制备。
[0009]该合金在使用状态金相组织为:晶粒细小的奥氏体基体和析出的Y ^强化相Ni3Al, α -Cr相和微量的W。
[0010]固溶处理过程得到晶粒细小的单相奥氏体组织。
[0011]所述固溶处理过程中析出球状α-Cr相，时效处理过程中Al与基体的Ni产生Y'强化析出相Ni3Al。
[0012]一种高硬度无磁性的镍铬合金的制备方法，包括如下步骤:[0013]I)配料并熔炼，该合金的成分按重量百分比为:Cr:37~38，Al:3.3~3.5，W:
1.6 ~2.3，Y:0.005 ~0.03，C≤ 0.015，S ≤ 0.010，P ≤ 0.010，Si ≤ 0.10，Mn ≤ 0.015，其余为Ni ;采用真空感应和真空自耗双联真空熔炼，真空度≤I X IO-1Pa ；
[0014]2)均匀化退火处理:将合金锭置于高温炉中于1100-1200°C下保温0.5-2小时；
[0015]3)开坯、热扎:扒皮锭开坯时低于600°C装炉，经1190~1210°C保温0.5-1小时后锻造成方坯，然后在1190~1210°C保温0.5-1后热轧成盘圆；
[0016]4)固溶处理:在1180~1200°C下保温20~60分钟，迅速淬水，获得晶粒细小的单相奥氏体组织；
[0017]5)冷拉:盘圆经冷变形得到所需尺寸的表面无划痕产品；
[0018]6)时效处理:冷拉后的棒材在500-625°C下保温4_5小时。
[0019]所述固溶处理过程得到晶粒细小的单相奥氏体组织。
[0020]所述固溶处理过程中析出球状α -Cr相，时效处理过程中Al与基体的Ni产生Y'强化析出相Ni3Al。
[0021]所述冷拉步骤的变形量为75%_90%。
[0022]基于上述目的，我们在合金的成分设计上采用N1-38Cr-3Al_W为主要成分。该合金以N1、Cr为基本成分，适量Al可与基体的Ni在时效热处理中析出面心立方Y ’强化相(Ni3Al )，在固溶处理过程中析出球状α -Cr相，添加的适量W固溶于基体中以及析出微量的WC，这些因素综合起来提高合金的硬度，Cr、W、Al含量与合金的加工性能关系密切，随着合金中元素含量的增高，合金的脆性明显增强，不利于合金的加工应用；随着合金元素含量的降低，合金的塑性明显增强，利于合金的加工应用，但强度及硬度明显降低。Al含量的变化将影响合金的固溶温度，含量增加，将提高合金的固溶温度，并且在时效过程中Al参与时效析出行为，因此适量的含Al量尤为关键。W作为固溶强化元素同时参与时效析出行为，增加合金的强度和硬度，W含量过高，降低合金的加工性能。Y作为合金净化元素，能够有效的降低合金的杂质元素的含量。本发明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降低Cr含量，同时适量添加W、Y等合金元素使合金具有独特的综合性能。本发明合金的成分应该控制在(重量%) Cr:37~38，Al:3.3~3.5，W:1.6~2.3，Y:0.005~
0.0.03，C ≤ 0.015，S ≤ 0.010，P ≤ 0.010，Si ≤ 0.10，Mn ≤ 0.015，其余为 Ni。
[0023]要获得具有硬度高磁性低的NiCr合金，除合金成分外，保证合金性能还需要采用适当的加工工艺和热处理工艺等合金的制备方法。
[0024]通过如下步骤制备本发明高硬度无磁性的镍铬合金:
[0025]1、熔炼
[0026]熔炼合金前要将金属Ni的表面氧化层要经磨光去除。合金熔炼要经过真空感应和真空自耗双联真空，真空度≤I X ΙΟ-lPa，熔炼过程中要严格控制合金元素的烧损量。
[0027]2、均匀化处理
[0028]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。
[0029]3、开坯、热扎
[0030]扒皮锭开坯时低于600°C装炉，合金锭的大小决定合金锭的升温速度快慢，经1190~1210°C保温适当时间后开始锻造成方坯。再1190~1210°C保温适当时间后热轧成盘圆。
[0031]4、固溶热处理
[0032]盘圆固溶热处理温度为1180~1200°C，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，应尽量选则较低的固溶温度。
[0033]5、冷拉
[0034]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。
[0035]6、时效处理:冷拉后的棒材经加工成所需零件后，在500_625°C下保温4-5小时进行时效热处理。
[0036]本发明涉及的NiCr合金，是在普通的高硬度无磁合金(国内牌号3J40)成分的基础上，适当添加W和Y元素的含量，降低Cr，提高合金的硬度，通过合金冷变形量与时效温度的配合调节合金的硬度，本发明涉及的NiCr合金充分考虑到了各种因素的作用，最终制备了性能优良的高硬度无磁性NiCr合金。
【专利附图】
【附图说明】
[0037]图1为本发明的实施例中，对固溶态合金棒材进行冷拉后分别进行550°C、575°C、600°C >625°C X5h时效处理，所得的固溶+时效后的合金的硬度；
[0038]图2为图1中实施例合金的磁化率；
[0039]图3为图1中实施例合金经冷拉减径和500°C时效处理的试样的硬度；
[0040]图4为图3中实施例合金的磁化率。
【具体实施方式】
[0041 ] 下面结合实施例，对本发明进行详细介绍。
[0042]1、用25Kg真空感应炉熔炼2个(1#、2#)成分的真空自耗电极锭(尺寸为Φ80.ι)，自耗锭经车光平头后制备2个成分的真空自耗电极，经真空自耗后的高硬度无磁NiCr合金钢锭及成熟牌号产品成分对比如表1所示:
[0043]表1合金成分
[0044]
【权利要求】
1.一种高硬度无磁镍铬合金，其特征在于，该合金的成分按重量百分比为:Cr:37~38，Al:3.3 ~3.5，W:1.6 ~2.3，Y:0.005 ~0.03，C ≤ 0.015，S ≤ 0.010，P ≤ 0.010，Si ( 0.10，Mn ( 0.015，其余为 Ni ； 该合金通过冶炼、均匀化处理、开坯和热轧、固溶处理、冷拉和时效处理步骤制备。
2.根据权利要求1所述的高硬度无磁镍铬合金，其特征在于，所述该合金在使用状态金相组织为:晶粒细小的奥氏体基体和析出的Y '强化相Ni3Al、α-Cr相和微量的WC。
3.根据权利要求2所述的高硬度无磁镍铬合金，其特征在于，所述固溶处理得到晶粒细小的单相奥氏体组织。
4.根据权利要求1所述的高硬度无磁镍铬合金，其特征在于，所述固溶处理过程中析出球状a -Cr相，时效处理过程中Al与基体的Ni产生Y丨强化析出相Ni3Al。
5.如权利要求1所述的高硬度无磁性的镍铬合金的制备方法，其特征在于，包括如下步骤: O配料并熔炼，该合金的成分按重量百分比为:Cr:37~38，Al:3.3~3.5，W:1.6~2.3，Y:0.005 ~0.03，C ≤ 0.015，S ≤ 0.010，P ≤ 0.010，Si ( 0.10，Mn ( 0.015，其余为Ni ;采用真空感应和真空自耗双联真空熔炼，真空度≤I X IO-1Pa ； 2)均匀化退火处理:将合金锭置于高温炉中于1100-1200°C下保温0.5-2小时； 3)开坯、热扎:扒皮锭开坯时低于600°C装炉，经1190~1210°C保温0.5-1小时后锻造成方坯，然后在1190~1210°C保温0.5-1后热轧成盘圆； 4)固溶处理:在1180~1200°C下保温20~60分钟，迅速淬水，获得晶粒细小的单相奥氏体组织； 5)冷拉:盘圆经冷变形得到所需尺寸的表面无划痕产品； 6)时效处理:冷拉后的棒材在500-625°C下保温4-5小时。
6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述固溶处理得到晶粒细小的单相奥氏体组织。
7.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述固溶处理过程中析出球状α-Cr相，时效处理过程中Al与基体的Ni产生Y丨强化析出相Ni3Al。
8.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述冷拉步骤的变形量为75%-90%。
【文档编号】C22F1/10GK103540803SQ201310525021
【公开日】2014年1月29日 申请日期:2013年10月30日 优先权日:2013年10月30日
【发明者】卢凤双, 张建福, 赵栋梁 申请人:钢铁研究总院