铁铝系多元高电阻电热合金及其制备方法
【专利摘要】本发明涉及一种电热合金材料，特别是一种铁铝系多元高电阻电热合金及其制备方法。所述铁铝系多元高电阻电热合金的组成元素包括C、Si、Mn、Al、Cr、Co、Hf、Nb、Ti、Ce、Dy、B和Fe等。所述制备方法包括：配料、熔炼、均匀化退火、等温锻造、热轧盘条、多道次拉拔和中间退火等工艺。本发明制备的材料成品具有优异抗高温氧化性、电阻率和使用寿命，克服了现有技术中的不足，具有良好的工业应用前景。
【专利说明】铁铝系多元高电阻电热合金及其制备方法
【技术领域】：
[0001] 本发明涉及一种电热合金材料，特别是一种铁铝系多元高电阻电热合金及其制备 方法。
【背景技术】：
[0002] 电热合金材料是利用物质的电阻特性制造发热体的电阻合金。目前电热合金材料 已成为一种重要的工程合金材料，适用于机械、冶金、电子、化工等行业，在国民经济中占有 重要的地位。工业上用于1300°C以下的电热元件主要采用镍铬合金和铁铬铝合金。镍铬合 金价格昂贵，在温度大于l〇〇〇°C时，抗氧化性显著降低。铁铬铝合金含碳量较高，合金元素 单一，在高温使用时，内部晶粒长大，晶界上网状析出物容易引起脆断，严重影响工业使用。 现有技术公开了一种新型高电阻电热合金材料（CN1155590A)，其合金配方为Fe-(24-32) A1- (0· 01-0. 2) Ce- (1-6) a，a 为 Cr 和 Μη 中的一种或两种；Fe- (24-32) A1- (0· 01-0. 2) Ce (或 Β)-(0· 01-0. 3)Zr-(l-6)a-(0. l-2)b，a 为 Cr 和 Μη 中的一种或两种，b 为 W、Mo、Nb 中的一 种或几种。上述合金的电阻率、抗高温氧化性优于镍铬合金和铁铬铝合金，但其性能仍存在 进一步提升的空间。本发明通过优化合金配方、改善合金的制备方法，提供一种具有优异的 抗高温氧化性、电阻率和使用寿命的铁铝系多元高电阻电热合金。
【发明内容】
：
[0003] 本发明的目的在于克服现有技术中的不足，提供一种具有优异的抗高温氧化性、 电阻率和使用寿命的铁铝系多元高电阻电热合金及其制备方法。
[0004] 一种铁铝系多元高电阻电热合金，其特征在于，所述合金的元素组成及其质 量百分比为：C :0· 1-0. 2 %、Si :0· 6-0. 8 %、Μη :0· 2-0. 4 %、A1 :19-21 %、Cr :1-2 %、 Co ：0. 5-1 %, Hf ：1-2 %, Nb ：2. 4-3. 3 Ti ：2-3 Ce ：0. 3-0. 6 Dy ：0. 3-0. 6 B ： 0. 008-0. 02%、S彡0. 001%、P彡0. 001%，余量为铁和不可避免的杂质。
[0005] 所述元素含量优选为：C :0· 13%、Si :0· 76%、Μη :0· 3%、Al :20· 2%、Cr :1· 4%、 Co ：0. 9%,Hf ：1. 6%,Nb ：2. 8%,Ti ：2. 6%,Ce ：0. 5%,Dy ：0. 4%,B ：0. 015%,S ：0. 0003%, P :0. 0005%，余量为铁和不可避免的杂质。
[0006] -种铁铝系多元高电阻电热合金的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括：
[0007] (1)配料：按照以下组成进行配料：C :0· 1-0. 2%、Si :0· 6-0. 8%、Μη :0· 2-0. 4%、 A1 :19-21%.Cr ：l-2%,Co ：0. 5-1%,Hf ：l-2%,Nb ：2. 4-3. 3%,Ti ：2-3%,Ce ：0. 3-0. 6%, Dy :0· 3-0. 6%、B :0· 008-0. 02%、S 彡 0· 001%、P 彡 0· 001%，余量为铁和不可避免的杂质；
[0008] (2)熔炼：将上述原料放入磁悬浮真空感应熔炼炉内，抽真空至1 X l(T3pa，充入高 纯氩气至IX 104pa，在2800°C -2900°c熔炼后随炉冷却成合金锭；
[0009] (3)均匀化退火：将合金锭放入真空热处理炉内，在真空度IX 10_3pa、温度1050°C 下保温24小时后随炉冷却；
[0010] (4)等温锻造：通过线切割将均匀化退火后的试样加工成圆柱锭，在四柱液压机 上进行等温锻造；
[0011] (5)热轧盘条：将锻造后的试样进行热轧盘条，热轧温度：110(TC -120(TC，开轧温 度：1180°C，终轧温度：900°C，每道次变形量彡15% ;
[0012] (6)将热轧盘条后的坯件进行多道次拉拔、中间退火、拉拔、中间退火、拉拔，其中 间退火温度为810°C _820°C，时间为50-60min，油淬，每道次变形量彡10% ;
[0013] (7)漂洗后在光亮退火炉中退火，退火温度840°C，线速度为3-4m/mint，最终得到 符合规格的铁铝系多元高电阻电热合金成品。
[0014] 熔炼前使用铝箔将硼粉包裹放置于坩埚最底部，Ce和Dy在出炉前4分钟使用加 料钳放入已熔化的合金液中，为保证成分均匀，每个铸锭都要熔炼4遍以上。
[0015] 等温锻造前需将试样在热处理炉中加热至800°C，保温lh，放入液压机内锻造，锻 造温度900°C _950°C，在1 X K^S-1的应变速率进行等温锻造，变形量为35%。
[0016] 本发明制备的材料成品具有优异抗高温氧化性、电阻率和使用寿命。以Fe3Al高 温合金为基体，添加稀土 Ce和Dy能够净化合金基体，改善夹杂物形貌，细化晶粒，同时在 晶界处形成的富氧颗粒能够对位错滑移形成阻碍，从而提高合金强度；微量B的加入对于 改善合金塑性和加工性能具有重要作用；通过添加 Cr、Co、Hf、Nb、Ti等元素能够有效改善 合金的抗高温抗氧化性和电阻率；制备工艺中的等温锻造、热轧盘条，以及后序的多道次拉 拔、中间退火、拉拔、中间退火、拉拔工艺有效的改善合金相组成和微观结构，对提高合金成 品使用寿命具有重要作用。
【具体实施方式】：
[0017] 下面通过实施例进一步阐述和理解本发明。
[0018] 按照如下方法制备实施例的合金成品：（1)配料：按照以下组成进行配料：C: 0. 13%, Si ：0. 76%, Μη ：0. 3%, A1 ：20. 2%, Cr ：1. 4%, Co ：0. 9%, Hf ：1. 6%, Nb ：2. 8%, Ti :2. 6%、Ce :0· 5%、Dy :0· 4%、B :0· 015%、S :0· 0003%、P :0· 0005%，余量为铁和不可避 免的杂质；（2)熔炼：将上述原料放入磁悬浮真空感应熔炼炉内，抽真空至1 X 10_3pa，充入 高纯氩气至1 X 104pa，在2850°C熔炼后随炉冷却成合金锭；（3)均匀化退火：将合金锭放入 真空热处理炉内，在真空度lXl(T 3pa、温度1050°C下保温24小时后随炉冷却；(4)等温锻 造：通过线切割将均匀化退火后的试样加工成圆柱锭，在四柱液压机上进行等温锻造；(5) 热轧盘条：将锻造后的试样进行热轧盘条，热轧温度 ：ll〇(TC -120(TC，开轧温度：1180°C， 终轧温度：900°C，每道次变形量为12% ;(6)将热轧盘条后的坯件进行多道次拉拔、中间退 火、拉拔、中间退火、拉拔，其中间退火温度为815 °C，时间为55min，油淬，每道次变形量为 8% ; (7)漂洗后在光亮退火炉中退火，退火温度840°C，线速度为3. 2m/mint，最终得到符合 规格的铁铝系多元高电阻电热合金成品。熔炼前使用铝箔将硼粉包裹放置于坩埚最底部， Ce和Dy在出炉前4分钟使用加料钳放入已熔化的合金液中，为保证成分均匀，每个铸锭都 要熔炼4遍以上。等温锻造前需将试样在热处理炉中加热至800°C，保温lh，放入液压机内 锻造，锻造温度920°C，在1 X 10+?4的应变速率进行等温锻造，变形量为35%。
[0019] 本发明实施例制备的合金成品具有优异的抗高温氧化性、电阻率和使用寿命，克 服了现有技术中的不足，具有较广的工业应用前景。以【背景技术】中CN1155590A中的实施例 2为参照（以下简称对比例），具体测试数据如下：
【权利要求】
1. 一种铁铝系多元高电阻电热合金，其特征在于，所述合金的元素组成及其质量百分 比为：C :0· 1-0. 2%、Si :0· 6-0. 8%、Mn :0· 2-0. 4%、A1 :19-21%、Cr :1-2%、Co :0· 5-1%、 Hf ：1-2%, Nb ：2. 4-3. 3 %, Ti ：2-3 %, Ce ：0. 3-0. 6 %, Dy ：0. 3-0. 6 %, B ：0. 008-0. 02 %, S彡0.001%、P彡0.001%，余量为铁和不可避免的杂质。
2. 如权利要求1所述的一种铁铝系多元高电阻电热合金，所述元素含量优选为：C: 0. 13%,Si ：0. 76%,Μη ：0. 3%,A1 ：20. 2%,Cr ：1. 4%,Co ：0. 9%,Hf ：1. 6%,Nb ：2. 8%,Ti ： 2. 6%、Ce :0· 5%、Dy :0· 4%、B :0· 015%、S :0· 0003%、P :0· 0005%，余量为铁和不可避免的 杂质。
3. 如权利要求1所述的一种铁铝系多元高电阻电热合金的制备方法，其特征在于， 所述制备方法包括：（1)配料：按照以下组成进行配料：C :0. 1-0. 2%、Si :0. 6-0. 8%、Μη : 0. 2-0. 4%,A1 :19-21%.Cr ：l-2%,Co ：0. 5-1%,Hf ：l-2%,Nb ：2. 4-3. 3%,Ti ：2-3%,Ce ： 0· 3-0. 6%、Dy :0· 3-0. 6%、B :0· 008-0. 02%、S 彡 0· 001%、P 彡 0· 001%，余量为铁和不可 避免的杂质；（2)熔炼：将上述原料放入磁悬浮真空感应熔炼炉内，抽真空至1 X 10_3pa，充 入高纯氩气至lX104pa，在2800°C -2900°C熔炼后随炉冷却成合金锭；（3)均匀化退火：将 合金锭放入真空热处理炉内，在真空度lXl(T3pa、温度1050°C下保温24小时后随炉冷却； (4)等温锻造：通过线切割将均匀化退火后的试样加工成圆柱锭，在四柱液压机上进行等 温锻造；（5)热轧盘条：将锻造后的试样进行热轧盘条，热轧温度：110(TC -120(TC，开轧温 度：1180°C，终轧温度：900°C，每道次变形量< 15% ;(6)将热轧盘条后的坯件进行多道次 拉拔、中间退火、拉拔、中间退火、拉拔，其中间退火温度为810°C _820°C，时间为50-60min， 油淬，每道次变形量< 10% ; (7)漂洗后在光亮退火炉中退火，退火温度840°C，线速度为 3-4m/mint，最终得到符合规格的铁铝系多元高电阻电热合金成品。
4. 如权利要求3所述制备方法，熔炼前使用铝箔将硼粉包裹放置于坩埚最底部，Ce和 Dy在出炉前4分钟使用加料钳放入已熔化的合金液中，为保证成分均匀，每个铸锭都要熔 炼4遍以上。
5. 如权利要求3所述制备方法，等温锻造前需将试样在热处理炉中加热至800°C，保温 lh，放入液压机内锻造，锻造温度900°C _950°C，在lXK^S4的应变速率进行等温锻造，变 形量为35%。
【文档编号】C22C38/32GK104087843SQ201410301962
【公开日】2014年10月8日 申请日期:2014年6月25日 优先权日:2014年6月25日
【发明者】郭健, 郭小芳, 郭乃林 申请人:盐城市鑫洋电热材料有限公司