一種改善鎳鉻鐵電熱合金性能的方法
【專利摘要】本發明涉及一種電熱合金材料制備方法，特別是一種改善鎳鉻鐵電熱合金性能的方法。本發明采用粉末冶金方法，將高純鎳粉和氧化釔粉末混合在一起，制備中間合金，將中間合金與母合金錠熔煉，利用中間合金中的高熔點、尺寸細小的金屬氧化物粒子作為形核中心形成大量晶粒，得到晶粒細小的合金錠，配合后續的熱處理、熱軋盤條以及多道次拉拔等工藝可以有效的改善合金絲成品微觀組織，有效提高合金絲的力學性能、電阻率和使用壽命。
【專利說明】
【技術領域】：
[0001] 本發明涉及一種電熱合金材料制備方法，特別是一種改善鎳鉻鐵電熱合金性能的 方法。 一種改善鎳鉻鐵電熱合金性能的方法
【背景技術】：
[0002] 電熱合金是用來制造電熱元件的合金材料，當電流通過合金元件時，產生焦耳效 應，將電能轉變成熱能。目前，電熱合金已經成為一種重要的工程合金材料，在國民經濟中 占有重要地位。電熱合金按照化學成分可分為鎳鉻合金、鎳鉻鐵合金和鐵鉻鋁合金三個系 列，其中，Cr20Ni35是鎳鉻鐵合金的典型代表，它的最高使用溫度為1KKTC，屬于中溫級電 熱合金。我國專業生產電熱合金的廠家多達上百家，但產品質量參差不齊，Cr20Ni35產品 質量和使用壽命與進口合金絲相比又很大差距。研究表明，晶粒粗大是影響鎳鉻鐵電熱合 金使用壽命的重要原因。本發明創造性地將高純鎳粉和氧化釔粉末制備的細化劑添加到鎳 鉻鐵母合金中，優化鎳鉻鐵電熱合金的制備工藝，通過細化晶粒，改善合金微觀組織，提高 合金的力學性能、電阻率和使用壽命。
【發明內容】
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[0003] 本發明的目的在于克服現有技術中的不足，提供一種改善鎳鉻鐵電熱合金性能的 方法，能夠有效提高合金的力學性能、電阻率和使用壽命。
[0004] 本發明的技術方案為一種改善鎳鉻鐵電熱合金性能的方法，其特征在于，所述方 法包括以下步驟：
[0005] (1)采用非自耗電磁感應熔煉工藝制備母合金錠，所述母合金錠的元素組成及 其質量配比為：c :0· 07-0. 09%、Si :0· 1-0. 4%、Μη :0· 4-0. 7%、A1 :1-3%、Cr :11-13%、 Ni :40-45 %、Hf :0· 8-2 %、Nb :1. 5-2. 4 %、V :0· 5-1. 5 %、Mo :1-2 %、B :0· 05-0. 1 %、 S彡0. 001 %、P彡0. 001 %，余量為鐵和不可避免的雜質。
[0006] (2)采用粉末冶金工藝制備中間合金，包括：將1-3微米的高純鎳粉和0. 1-0. 2微 米的氧化釔粉末采用機械球磨混合均勻，二者質量比為100 : 4?6,球磨時間50-60小時， 混合均勻后，將上述粉末裝入放電等離子體燒結設備中，在真空條件下邊加壓邊燒結，燒結 溫度為1350°C -1400°C，時間為1-2小時，隨爐冷卻后得到中間合金。
[0007] (3)將母合金錠和中間合金放入磁懸浮真空感應熔煉爐內，母合金錠和中間合金 質量比為100 : 5?7,抽真空至lX10_3Pa，充入高純氬氣至lX104Pa，在2950°C以上熔煉 后隨爐冷去成合金錠。
[0008] (4)均勻化退火：將合金錠放入真空熱處理爐內，在真空度IX 10_3Pa、溫度1000°C 下保溫24小時后隨爐冷卻。
[0009] (5)熱軋盤條：將試樣進行熱軋盤條，熱軋溫度：120(TC -1300°C，開軋溫度： 1270°C，終軋溫度：990°C，每道次變形量彡10%。
[0010] (6)將熱軋盤條后的坯件進行多道次拉拔、中間退火、拉拔、中間退火、拉拔，其中 間退火溫度為940°C -960°C，時間為20-30min，水淬，每道次變形量彡10%。
[0011] (7)漂洗后在光亮退火爐中退火，退火溫度950°C，線速度為3-4m/mint，最終得到 符合規格的鎳鉻鐵電熱合金成品。
[0012] 所述母合金錠的元素組成及其質量配比優選為：C :0.08 %、Si :0.3 %、Μη: 0. 5%, A1 ：2. 5%, Cr ：12%,Ni ：44%,Hf ： 1. 6%, Nb ：2%, V ： 1. 1 %, Mo ： 1. 7%, B ：0. 09%, S彡0. 001 %、P彡0. 001 %，余量為鐵和不可避免的雜質。
[0013] 高純鎳粉和氧化紀粉末質量比優選為100 : 5,母合金錠和中間合金質量比優選 為 100 : 6。
[0014] 本發明采用粉末冶金方法，將高純鎳粉和氧化釔粉末混合在一起，制備中間合金， 將中間合金與母合金錠熔煉，利用中間合金中的高熔點、尺寸細小的金屬氧化物粒子作為 形核中心形成大量晶粒，得到晶粒細小的合金錠，配合后續的熱處理、熱軋盤條以及多道次 拉拔等工藝可以有效的改善合金絲成品微觀組織，有效提高合金絲的力學性能、電阻率和 使用壽命。另外，本發明優化了母合金錠的組成。其中，Cr是主要的合金化元素，Cr在高溫 下能夠形成氧化膜，有效的提高產品的高溫抗氧化性，從而提高產品的使用壽命，其含量控 制在11-13%為宜；微量B的加入對于改善合金塑性和加工性能具有重要作用；作為脫氧劑 的A1也可以起到提高抗氧化的作用，含量控制在1-3%為宜；通過添加 Hf、Nb、V和Mo元素 能夠有效改善合金高溫力學性能。
【具體實施方式】：
[0015] 下面通過實施例進一步闡述和理解本發明。
[0016] 一種改善鎳鉻鐵電熱合金性能的方法，其特征在于，所述方法包括以下步驟：（1) 采用非自耗電磁感應熔煉工藝制備母合金錠，所述母合金錠的元素組成及其質量配比為： C ：0. 08%, Si ：0. 3%, Μη ：0. 5%, Al ：2, 5%, Cr ：12%, Ni ：44%, Hf ：1, 6%, Nb ：2%, V ： 1. l%、Mo :1. 7%、B :0. 09%、S彡0. 001%、P彡0. 001%，余量為鐵和不可避免的雜質；（2) 采用粉末冶金工藝制備中間合金，包括：將1-3微米的高純鎳粉和0. 1-0. 2微米的氧化釔粉 末采用機械球磨混合均勻，二者質量比為100 : 5,球磨時間55小時，混合均勻后，將上述粉 末裝入放電等離子體燒結設備中，在真空條件下邊加壓邊燒結，燒結溫度為1380°C，時間為 2小時，隨爐冷卻后得到中間合金；（3)將母合金錠和中間合金放入磁懸浮真空感應熔煉爐 內，母合金錠和中間合金質量比為100 : 6,抽真空至lX10_3Pa，充入高純氬氣至lX104Pa， 在2950°C以上熔煉后隨爐冷去成合金錠；(4)均勻化退火：將合金錠放入真空熱處理爐內， 在真空度lXl(T 3Pa、溫度1000°C下保溫24小時后隨爐冷卻；（5)熱軋盤條：將試樣進行 熱軋盤條，熱軋溫度：120(TC -1300°C，開軋溫度：1270°C，終軋溫度：990°C，每道次變形量 < 10%;(6)將熱軋盤條后的坯件進行多道次拉拔、中間退火、拉拔、中間退火、拉拔，其中間 退火溫度為950°C，時間為30min，水淬，每道次變形量< 10% ;(7)漂洗后在光亮退火爐中 退火，退火溫度950°C，線速度為3m/mint，最終得到符合規格的鎳鉻鐵電熱合金成品。
[0017] 本發明實施例能夠有效提高電熱合金絲的力學性能、電阻率和使用壽命，克服了 現有技術中的不足，具有較廣的工業應用前景。具體測試數據如下：
[0018] 表1抗拉強度（MPa)和延伸率（％ )
[0019]
【權利要求】
1. 一種改善鎳鉻鐵電熱合金性能的方法，其特征在于，所述方法包括以下步驟：（1) 采用非自耗電磁感應熔煉工藝制備母合金錠，所述母合金錠的元素組成及其質量配比為： C ：0. 07-0. 09 %, Si ：0. 1-0. 4 %, Μη ：0. 4-0. 7 %, A1 ： 1-3 %, Cr :11-13 %, Ni ：4〇-45 Hf :0· 8-2 %、Nb :1. 5-2. 4 %、V :0· 5-1. 5 %、Mo :1-2 %、B :0· 05-0. 1 %、S 彡 0· 001 %、 P < 0. 001 %，余量為鐵和不可避免的雜質；（2)采用粉末冶金工藝制備中間合金，包括：將 1-3微米的高純鎳粉和0. 1-0. 2微米的氧化釔粉末采用機械球磨混合均勻，二者質量比為 100 : 4?6,球磨時間50-60小時，混合均勻后，將上述粉末裝入放電等離子體燒結設備 中，在真空條件下邊加壓邊燒結，燒結溫度為1350°C -1400°C，時間為1-2小時，隨爐冷去 后得到中間合金；（3)將母合金錠和中間合金放入磁懸浮真空感應熔煉爐內，母合金錠和 中間合金質量比為100 : 5?7,抽真空至lX10_3Pa，充入高純氬氣至lX104Pa，在2950°C 以上熔煉后隨爐冷卻成合金錠；(4)均勻化退火：將合金錠放入真空熱處理爐內，在真空度 IX l(T3Pa、溫度1000°C下保溫24小時后隨爐冷卻；(5)熱軋盤條：將試樣進行熱軋盤條，熱 軋溫度 ：1200°C -1300°C，開軋溫度：1270°C，終軋溫度：990°C，每道次變形量彡10% ;(6) 將熱軋盤條后的坯件進行多道次拉拔、中間退火、拉拔、中間退火、拉拔，其中間退火溫度為 940°C _960°C，時間為20-30min，水淬，每道次變形量彡10%;(7)漂洗后在光亮退火爐中退 火，退火溫度950°C，線速度為3-4m/mint，最終得到符合規格的鎳鉻鐵電熱合金成品。
2. 如權利要求1所述的一種改善鎳鉻鐵電熱合金性能的方法，所述母合金錠的元素組 成及其質量配比優選為：C :0· 08%、Si :0· 3%、Μη :0· 5%、A1 :2· 5%、Cr :12%、Ni :44%、 Hf :1. 6%、Nb :2%、V :1. 1%、Mo :1. 7%、B :0· 09%、S 彡 0· 001%、P 彡 0· 001%，余量為鐵 和不可避免的雜質。
3. 如權利要求1所述的一種改善鎳鉻鐵電熱合金性能的方法，高純鎳粉和氧化釔粉末 質量比優選為100 : 5。
4. 如權利要求1所述的一種改善鎳鉻鐵電熱合金性能的方法，母合金錠和中間合金質 量比優選為100 : 6。
【文檔編號】C22C1/03GK104087768SQ201410301905
【公開日】2014年10月8日 申請日期:2014年6月25日 優先權日:2014年6月25日
【發明者】郭健, 郭小芳, 郭乃林 申請人:鹽城市鑫洋電熱材料有限公司