本发明属于合金材料
技术领域：
，具体涉及一种电热丝及其制备方法。
背景技术：
：电热丝被广泛应用于电加热装置中，电热丝多由铁铬铝、镍铬等合金制成，其质量的好坏是一个热处理设备的核心技术点。目前实际生活中使用的电热丝大都由普通工艺制造生产。这种普通电热丝不仅在高温下易发生变形，而且合金内部的组织缺陷会降低使用寿命，最终导致其性能差，实用性不高。无法满足现今热处理设备的使用需求。技术实现要素：本发明目的在于提供一种电热丝及其制备方法，通过对合金元素及用量的精确控制，并结合特设的生产工艺，提高了电热丝的高温抗变形能力，最高使用温度可达1450℃，使用寿命较长。本发明采取的技术方案为：一种电热丝，包括以下重量百分比的化学成分：cr：23.0-28.0％、al：10.0-18.0％、w：1.0-3.0％、mn：3.0-5.0％、mo：0.5-2.5％、nb：0.1-1.0％、re：0.01～0.06％、b：0.002～0.006％、zr：0.005～0.022％、ti：0.07～0.15％，余量为fe。进一步地，所述电热丝优选为包括以下重量百分比的化学成分：cr：24.3-26.2％、al：13.2-16.8％、w：1.4-2.5％、mn：3.6-4.3％、mo：0.9-2.2％、nb：0.3-0.7％、re：0.02～0.05％、b：0.003～0.005％、zr：0.009～0.018％、ti：0.08～0.12％，余量为fe。本发明还提供了所述电热丝的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：s1：将配方量的合金粉末倒入高能球磨罐内机械混合均匀；s2：混合均匀后的合金粉出罐，进入真空炉内进行高温氨气还原；s3：将还原后的粉末装入高能球磨罐内加石墨和粘胶，球磨24小时；s4：将磨好的粉料过筛去杂质，进入真空炉烘干；s5：烘干后的粉末冷却后静压成型，成型毛坯进真空室内高温脱胶除碳；s6：脱胶毛坯送入真空烧结炉内烧结；s7：烧结毛坯进行锻锤开坯，开坯后将毛坯退火；s8：将退火后的毛坯进行轧制成电热丝，轧制后再退火，进行表面抛光；s9：对抛光后的电热丝表面进行预氧化热处理，处理后盘圈成型包装，这样无需在客户使用前进行预氧化处理，不会消耗电热丝内部元素，利于延长电热丝的使用寿命。进一步地，步骤s2中，所述高温指的是温度为450～550℃。步骤s1和s3中，高能球磨罐内还加入有体积分数65％的高速钢球，其转速设置为450r/min，球磨时间大于等于24h。步骤s3中，石墨和粘胶分别占合金粉末重量的2～5％、10～15％。步骤s4中，烘干的温度和时间分别为100-120℃、1.5～2h；步骤s5中，所述高温指的是是温度为350～420℃。步骤s6中，所述烧结的工艺为：第一步180～220℃保温2～2.5h；第二步以2～5℃/min的升温速率升温至550～580℃，保温0.5～1.5h；第三步以1.5～2.5℃/min的升温速率升温至830～860℃，保温1～2h；第四步以5～10℃/min的升温速率升温至1200～1300℃，保温4～6h；第五步空冷至室温。步骤s7中，锻坯炉加热温度曲线为：常温下以3.5～5℃/min的升温速率升温至1100～1200℃，保温2～2.5h；开始锻温度为1100～1200℃，终锻温度900～950℃。步骤s7和s8中，所述退火的工艺为：加热至880～950℃保温4～6h，然后缓冷出炉。步骤s8中，轧制温度为1230～1260℃，压降量为横截面的10～15％，表面抛光后送入nh3炉内光亮退火。与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：(1)通过在电热丝的合金配方中添加re，提升w和mo元素的再结晶起点，保证了电热丝在高温下具有高强度和强塑性。通过nb和zr的添加细化了电热丝的晶粒尺寸，进一步提高在其高温下的强度；(2)通过烧结工控制电热丝的温升速度，以控制电热丝合金元素的活跃度，降低电热丝在使用时的内部元素消耗，延长电热丝的使用寿命；并通过高温下的两次退火工艺，细化电热丝的晶粒尺寸，消除残余应力；(3)通过对本发明电热丝合金配方和工艺的控制，电热丝基体中存在着分布密度高、尺寸细小的纳米氧化物，因此提高了电热丝在高温下的抗蠕变能力，其使用寿命是现有电热丝寿命的十倍以上，使用温度可达1450℃，极大地提高了电热丝的使用性能；(4)本发明提供的电热丝直径为3～5mm，可广泛用于多种加热器件中作为加热元件，如钢化玻璃炉、电加热炉、电采暖等。具体实施方式下面结合实施例对本发明进行详细说明。实施例1一种电热丝，包括如表1实施例1所示的重量百分比的化学成分。表1实施例1实施例2实施例3比较例1比较例2cr23.425.727.830.023.4al10.515.417.219.810.5w1.21.82.32.51.2mn3.23.84.65.23.2mo0.61.12.22.50.6nb0.30.61.00.80.3re0.020.030.060.100.02b0.0020.0040.0060.0060.002zr0.0050.0120.0200.0180.005ti0.070.100.150.150.07余量为fe余量为fe余量为fe余量为fe余量为fe所述电热丝的制备方法如下：s1：将配方量的合金粉末倒入高能球磨罐内450r/min机械混合均匀；s2：混合均匀后的合金粉出罐，进入真空炉内在450℃进行高温氨气还原；s3：将还原后的粉末装入高能球磨罐内加石墨和粘胶，球磨24小时；s4：将磨好的粉料过筛去杂质，进入真空炉100℃烘干2h；s5：烘干后的粉末冷却后静压成型，成型毛坯进真空室内350℃高温脱胶除碳；s6：脱胶毛坯送入真空烧结炉内烧结，所述烧结工艺为：180℃保温2.5h；然后以2℃/min的升温速率升温至550℃，保温1.5h；然后以1.5℃/min的升温速率升温至830℃，保温2h；最后以5℃/min的升温速率升温至1200℃，保温4h；最后空冷至室温；s7：烧结毛坯进行锻锤上开坯，常温下以3.5℃/min的升温速率升温至1100℃，保温2.5h；开始锻温度为1100℃，终锻温度900℃，开坯后将毛坯退火，所述退火的工艺为：加热至880℃保温6h，然后缓冷出炉；s8：将退火后的毛坯进行轧制成电热丝，轧制温度为1230℃，压降量为横截面的10％，表面抛光后送入nh3炉内光亮退火；s9：对抛光后的电热丝表面进行预氧化热处理，处理后盘圈成型包装。实施例2一种电热丝，包括如表1实施例2所示的重量百分比的化学成分。所述电热丝的制备方法如下：s1：将配方量的合金粉末倒入高能球磨罐内450r/min机械混合均匀；s2：混合均匀后的合金粉出罐，进入真空炉内在500℃进行高温氨气还原；s3：将还原后的粉末装入高能球磨罐内加石墨和粘胶，球磨24小时；s4：将磨好的粉料过筛去杂质，进入真空炉110℃烘干1.5h；s5：烘干后的粉末冷却后静压成型，成型毛坯进真空室内420℃高温脱胶除碳；s6：脱胶毛坯送入真空烧结炉内烧结，所述烧结工艺为：200℃保温2.2h；然后以3℃/min的升温速率升温至565℃，保温1.0h；然后以2.0℃/min的升温速率升温至845℃，保温1.5h；最后以8℃/min的升温速率升温至1250℃，保温5h；最后空冷至室温；s7：烧结毛坯进行锻锤上开坯，常温下以4.0℃/min的升温速率升温至1150℃，保温2.2h；开始锻温度为1150℃，终锻温度930℃，开坯后将毛坯退火，所述退火的工艺为：加热至920℃保温5h，然后缓冷出炉；s8：将退火后的毛坯进行轧制成电热丝，轧制温度为1245℃，压降量为横截面的12％，表面抛光后送入nh3炉内光亮退火；s9：对抛光后的电热丝表面进行预氧化热处理，处理后盘圈成型包装。实施例3一种电热丝，包括如表1实施例3所示的重量百分比的化学成分。所述电热丝的制备方法如下：s1：将配方量的合金粉末倒入高能球磨罐内450r/min机械混合均匀；s2：混合均匀后的合金粉出罐，进入真空炉内在550℃进行高温氨气还原；s3：将还原后的粉末装入高能球磨罐内加石墨和粘胶，球磨24小时；s4：将磨好的粉料过筛去杂质，进入真空炉120℃烘干1.5h；s5：烘干后的粉末冷却后静压成型，成型毛坯进真空室内420℃高温脱胶除碳；s6：脱胶毛坯送入真空烧结炉内烧结，所述烧结工艺为：220℃保温2h；然后以5℃/min的升温速率升温至580℃，保温0.5h；然后以2.5℃/min的升温速率升温至860℃，保温1；最后以10℃/min的升温速率升温至1300℃，保温4h；最后空冷至室温；s7：烧结毛坯进行锻锤上开坯，常温下以5℃/min的升温速率升温至1200℃，保温2h；开始锻温度为1200℃，终锻温度950℃，开坯后将毛坯退火，所述退火的工艺为：加热至950℃保温4h，然后缓冷出炉；s8：将退火后的毛坯进行轧制成电热丝，轧制温度为1260℃，压降量为横截面的15％，表面抛光后送入nh3炉内光亮退火；s9：对抛光后的电热丝表面进行预氧化热处理，处理后盘圈成型包装。比较例1一种电热丝，包括如表1实施例2所示的重量百分比的化学成分。所述电热丝的制备方法如下：s1：将配方量的合金粉末倒入高能球磨罐内450r/min机械混合均匀；s2：混合均匀后的合金粉出罐，进入真空炉内在550℃进行高温氨气还原；s3：将还原后的粉末装入高能球磨罐内加石墨和粘胶，球磨24小时；s4：将磨好的粉料过筛去杂质，进入真空炉120℃烘干1.5h；s5：烘干后的粉末冷却后静压成型，成型毛坯进真空室内420℃高温脱胶除碳；s6：脱胶毛坯送入真空烧结炉内烧结，所述烧结工艺为：250℃保温2h；然后以2℃/min的升温速率升温至500℃，保温1.5h；然后以5.0℃/min的升温速率升温至800℃，保温2h；最后以5℃/min的升温速率升温至1100℃，保温4h；最后空冷至室温；s7：烧结毛坯进行锻锤上开坯，常温下以3℃/min的升温速率升温至1000℃，保温2h；开始锻温度为1000℃，终锻温度900℃，开坯后将毛坯退火，所述退火的工艺为：加热至1000℃保温4h，然后缓冷出炉；s8：将退火后的毛坯进行轧制成电热丝，轧制温度为1260℃，压降量为横截面的10％，表面抛光后送入nh3炉内光亮退火；s9：对抛光后的电热丝表面进行预氧化热处理，处理后盘圈成型包装。比较例2一种电热丝，包括如表1比较例2所示的重量百分比的化学成分。所述电热丝的制备方法如下：s1：将配方量的合金粉末倒入高能球磨罐内450r/min机械混合均匀；s2：混合均匀后的合金粉出罐，进入真空炉内在550℃进行高温氨气还原；s3：将还原后的粉末装入高能球磨罐内加石墨和粘胶，球磨24小时；s4：将磨好的粉料过筛去杂质，进入真空炉120℃烘干1.5h；s5：烘干后的粉末冷却后静压成型，成型毛坯进真空室内350℃高温脱胶除碳；s6：脱胶毛坯送入真空烧结炉内烧结，所述烧结工艺为：第一步180℃保温2.5h；然后以10℃/min的升温速率升温至520℃，保温1.0h；第二步以1.0℃/min的升温速率升温至820℃，保温1h；第三步以5℃/min的升温速率升温至1150℃，保温6h；第四步空冷至室温；s7：烧结毛坯进行锻锤上开坯，常温下以3.5℃/min的升温速率升温至1150℃，保温2h；开始锻温度为1150℃，终锻温度800℃，开坯后将毛坯退火，所述退火的工艺为：加热至880℃保温6h，然后缓冷出炉；s8：将退火后的毛坯进行轧制成电热丝，轧制温度为1260℃，压降量为横截面的10％，表面抛光后送入nh3炉内光亮退火；s9：对抛光后的电热丝表面进行预氧化热处理，处理后盘圈成型包装。测试以上各实施例和比较例得到的电热丝在850℃高温下的性能及在1450℃的使用寿命，结果参见表2。表2实施例1实施例2实施例3比较例1比较例2抗拉强度/mpa736748741689712屈服强度/mpa614634621598606断后伸长率/％4650494143电阻率μω·m1.461.381.401.051.02最高使用温度/℃14501450145012001200使用寿命/h3256034257301872315226180上述参照实施例对一种电热丝及其制备方法进行的详细描述，是说明性的而不是限定性的，可按照所限定范围列举出若干个实施例，因此在不脱离本发明总体构思下的变化和修改，应属本发明的保护范围之内。当前第1页12