本发明涉及一种超高强度恒弹性合金及其制备方法，在20℃～100℃的温度范围具有较高的强度以及较低的频率温度系数。
背景技术：
：fenicomotial系合金是沉淀硬化超高强度合金，通常利用时效热处理，在马氏体基体上析出沉淀相提高合金强度，其室温抗拉强度rm可达1800mpa以上。该系合金合金中马氏体频率温度系数为负值，提高时效温度马氏体逆转变为奥氏体，逆转变奥氏体的频率温度系数为正值。通过合适的时效热处理，得到具有恰当马氏体奥氏体比例的两相合金，这种合金兼具高的强度和较低的频率温度系数。本申请的申请人对该合金进行了多年研发，于2014年9月12日申请了中国发明专利zl201410466857.2，‘一种宽温域高强度恒弹性合金及其制备方法’，该合金的化学组成成分(wt.％)为ni34.0～39.0％，co12.0～18.0％，ti2.3～3.0％，al0.3～0.8％，si0.30～0.80％，mn0.2～0.6％，c＜0.05％，p＜0.02％，s＜0.02％，余量为fe，其中，w+2mo5.0～10.0。技术实现要素：本发明的目的是通过对上述合金成分进行改进，得到一种超高强度恒弹性合金及其制备方法，即在fenicomotial系合金的基础上，添加适量的w、nb元素，通过调整制备方法，选择合适的时效热处理，获得合金的室温抗拉强度高于1510mpa，频率温度系数|βf(20℃～100℃)|≤20×10-6/℃，该合金在降低合金元素含量的同时，其性能依然能够保持不降低。为了实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：一种超高强度恒弹性合金，该合金的化学成分按重量百分比表示为：ni16.0～21.0、co7.0～13.5、w0.05～3、mo3～6、nb0.05～0.5、ti0.35～1.0、al0.05～0.3、p＜0.01、s＜0.01，余量为fe。优选地，ni16.3～20.8、co7.7～13.1、w0.6～2.6、mo3.5～5.5、nb0.1～0.44、ti0.39～0.85、al0.07～0.25、p＜0.002、s＜0.002，余量为fe。所述合金采用真空感应熔炼+真空自耗重熔→锻造成形→循环相变热处理→固溶处理→回火处理工艺制备。所述合金的室温抗拉强度rm大于1480mpa，频率温度系数|βf(20℃～100℃)|≤20×10-6/℃。优选地，所述合金的室温抗拉强度rm为1510～1610mpa，频率温度系数|βf(20℃～100℃)|≤15×10-6/℃。所述合金在使用状态，具有以下微观组织的一种或多种：nb与ni、co形成的γ＂沉淀相，即ni(co)3nb相；；ti与ni、co形成的γ′沉淀相，即ni(co)3ti相；al与ni、co形成的γ′沉淀相，即ni(co)3al相；所述γ′沉淀相还可以为ni(co)3ti(al)相。所述合金在使用状态晶粒度为9～11级。一种超高强度恒弹性合金的制备方法，包括如下步骤：(1)原材料准备按照以下重量百分比化学组成准备合金原材料ni16.0～21.0、co7.0～13.5、w0.05～3、mo3～6、nb0.05～0.5、ti0.35～1.0、al0.05～0.3、p＜0.01、s＜0.01，余量为fe；(2)熔炼利用真空感应炉熔炼合金，真空度≤1×10pa，其中，fe、ni、co、w、mo作为一次加料直接放入坩锅；nb、ti、al作为二次加料放入真空感应炉料斗，待所有原材料化清后精炼一定时间，之后在真空感应炉的真空室将钢液浇铸为电极棒；电极棒经真空自耗重熔，真空度≤1×10-1pa，形成自耗锭；(3)热锻自耗锭扒皮后，低于700℃装炉；升温速率控制在100～200℃每小时，经1100±10℃保温一定时间后，开坯时锻造成所需规格；(4)热处理热锻后的合金，经900±50℃循环相变热处理，晶粒度控制在8级以上；(5)固溶处理再进行810±50℃下固溶处理1±0.2h；(6)回火处理最后在50℃～625℃保温4小时进行真空时效处理，获得最终超高强度恒弹性合金。本发明的关键在于，在目前fenicomotial系合金的基础上，通过向其中添加w、nb元素，合金经熔炼-锻造-热处理后，在20℃～100℃的温度范围内，获得一种超高强度、低频率温度系数合金。合金元素的作用及合金设计依据如下：ni、co：主要合金化元素；w、mo：与fe元素形成固溶体，其固溶强化作用；nb：主要强化元素，与ni、co形成γ＂沉淀相，即ni(co)3nb相；ti：主要强化元素，与ni、co形成γ′沉淀相，即ni(co)3ti相；al:强化元素，与ni、co形成γ′沉淀相，即ni(co)3al相；p、s：杂质元素，含量越低越好。其中，w原子尺寸大于mo，固溶引起的晶格畸变效果大于mo，有更强的固溶强化效果，可以用部分w来替代mo。合金中添加nb，在时效过程中弥散析出γ＂(ni(co)3nb)，可以进一步提升合金时效处理的沉淀强化效果。所述γ′沉淀相还可以为ni(co)3ti(al)相，因为在γ′沉淀相晶体结构中，ni、co可以互相置换，ti、al也可能互相置换。与现有技术相比，本发明的有益效果在于：本发明的超高强度恒弹性合金，通过调整合金成分和制备方法，选择合适的时效热处理，获得室温抗拉强度高于1510mpa，频率温度系数|βf(20℃～100℃)|≤20×10-6/℃，通过w、nb元素的添加，提高合金固溶强化、沉淀强化效果，提升合金强度。具体实施方式下面结合实施例对本发明进行进一步说明。本发明涉及一种超高强度恒弹性合金，是在fenicomotial系超高强度合金的基础上添加适量的w、nb，在20℃～100℃的温度范围内，获得一种高强度、低频率温度系数合金。本发明所涉及的合金成分见表1。表1超高强度恒弹性合金成分成分含量(重量％)ni16.0～21.0co7.0～13.5w0.05～3mo3～6nb0.05～0.5ti0.35～1.0al0.05～0.3p＜0.01s＜0.01fe余量本发明的制备方法具有如下步骤：熔炼利用真空感应炉熔炼合金，真空度≤1×10pa，熔炼过程中要严格控制合金元素的烧损量，使合金的成分控制在设计范围之内。其中fe、ni、co、w、mo作为一次加料直接放入坩锅；nb、ti、al作为二次加料放入真空感应炉料斗，待所有原材料化清后精炼10分钟，之后在真空感应炉的真空室将钢液浇铸为电极棒。电极棒经真空自耗重熔，真空度≤1×10-1pa，形成自耗锭。热锻自耗锭扒皮后，低于700℃装炉。升温速率控制在100～200℃每小时，经1100±10℃保温适当时间后，开坯时锻造成所需规格。热处理热锻合金，经900℃循环相变热处理，晶粒度控制在8级以上。固溶处理再进行810℃×1h固溶处理。回火处理最后在50-625℃保温4小时进行真空时效处理。实施例：采用真空感应炉熔炼的5种成分合金的化学分析结果如表2所示：表2熔炼合金的化学成分(质量百分比％)对上述成分的合金采用的加工工艺：真空感应熔炼+真空自耗重熔→1050℃锻造成形→900℃循环相变热处理→810℃固溶处理→600℃保温4h回火处理。经过上述工艺制备的超高强度恒弹性合金的物理、机械性能见表3所示，合金的室温抗拉强度rm大于1500mpa；频率温度系数|βf(20℃～100℃)|≤20×10-6/℃。表3超高强度恒弹性合金物理、机械性能当前第1页12