CN111304496A - 一种钕铁硼磁体热压模具用镍基变形高温合金 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种钕铁硼磁体热压模具用镍基变形高温合金,该合金各组分按重量百分比为:Cr为16~20%,Co为9~13%,Mo为7~9%,W为1.2~2%,Ti为2.75~3.25%,Al为1.75~2.25%,C为0.02~0.1%,B为0.002~0.01%,La为0.002~0.05%,镍为基体,其它元素≤2%。该合金具有强的抗热变形、良好的组织热稳定性、高的持久寿命以及好的延伸率性能;本发明所述合金能满足钕铁硼磁体热压模具材料服役环境条件性能要求。
Description
技术领域
本发明属于材料领域,特别涉及一种钕铁硼磁体热压模具用镍基变形高温合金。
背景技术
现今,钕铁硼磁体的制造,是在650~950℃、10~150MPa高温高压环境下、高度自动化及智能化的生产线上生产流转的,其要求模具能长期、稳定、可靠的工作,并且所述模具应具有强的抗热变形、抗热腐蚀、抗热裂及抗龟裂能力,良好的组织热稳定性以及高的持久寿命,同时又具有无磁性的特点,以避免压制过程中由于材料变形、腐蚀、热裂、龟裂、塌陷及磨损造成模具失效,磁性粘粉带入磁体造成废品、甚至停产。另外,所述模具材料还应该有良好的加工性,并且成本低,所以,用于钕铁硼磁体热压模具材料,实质上是一种合金化程度高、变形难度大、固溶时效强化、可变形、无磁性的镍基高温合金。
目前,已有的钕铁硼磁体热压模具用材料高温抗热变形强度不够,模具易变形,进而磁体压制后脱模难度加大,磁体形状变形、尺寸公差超标,报废率增大;或者由于材料抗热腐蚀性能差,模具使用面光洁度急剧降低,压制磁体表面粗糙不符合质量要求而变成次品、废品;或者因模具材料具有磁性而粘粉至磁体废品的;或者由于材料高温持久寿命短,模具更换频率,满足不了高效的自动化及智能化生产要求。
发明内容
本发明的目的是为了克服现有钕铁硼磁体热压模具材料服役性能的不足,提供一种钕铁硼磁体热压模具用的镍基高温合金。该合金具有强的抗热变形、良好的组织热稳定性、高的持久寿命以及好的延伸率性能;本发明所述合金能满足钕铁硼磁体热压模具材料服役环境条件性能要求。
为实现上述目的,本发明采用的技术方案为:
镍基变形高温合金,该合金各组分按重量百分比为:Cr为16~20%,Co为9~13%,Mo为7~9%,W为1.2~2%,Ti为2.75~3.25%,Al为1.75~2.25%,C为0.02~0.1%,B为0.002~0.01%,La为0.002~0.05%,镍为基体,其它元素≤2%。
所述合金中:铬+钴+钼+钨为36~42%,钛+铝为4.85~5.15%,碳0.03~0.06%、硼0.003~0.007%、镧0.004~0.02%、镍为基体、其它元素≤1%。
所述合金的电子空位数Nv值<2.50,其计算方法按SAE-AS5491C-2007标准进行。
上述的镍基变形高温合金在用于制备钕铁硼磁体热压用模具的应用。
本发明所述合金中,镍为面心立方结构,组织非常稳定,具有很强的合金化能力,作为基体,以获得稳定的奥氏体(γ)组织,既保证合金的加工性能,也是保证良好高温力学性能的基础。铬的加入主要保证合金的无磁性、耐蚀性及抗氧化性(热稳定性),同时也起固溶强化作用;钴、钼、钨加入起固溶强化作用,同时也增加了Ni3(Ti,Al)(γ')相数量,从而进一步提高合金强度,尤其高温强度。钴还能细化晶粒,改善合金的塑性及热加工性能,影响碳化物的析出。Ti、Al加入主要与Ni在γ基体中形成γ'沉淀强化相,进而使合金强化,Ti、Al总量越高,则合金的热强性越高。碳、硼、镧加入合金中形成硼化物、碳化物、镧系化合物沉淀相,起晶界强化,同时也改善合金热加工性能、高温持久强度及抗热腐蚀性能。
本发明所述合金中铬、钴、钼、钨有固溶强化作用,总含量高了合金锻造或热轧加工变形难度增大,加工性能恶化,材料难以成型,过低其合金服役环境下抗热变形性能差,影响模具的服役特性及寿命,因此,本发明所述合金中,铬+钴+钼+钨为36~42%。
本发明所述合金中钛、铝是时效强化元素,过低,则合金时效后服役环境下抗热变形低,过高,则合金热塑性差,合金脆化,锻造或热轧加工易开裂,材料成材率低,因此,本发明所述合金中,钛+铝4.85~5.15%。
将固溶及强化元素限定在本文中的范围,起到复合作用效果,合金既有良好的热加工成型性能,又有优异的抗热变形及服役寿命。
其它元素包括:原材料带入、生产中混入及添加的元素,将其限定在一定范围下对材料热加工成型性能及服役性能影响相对较小,当高于本发明所述的≤2%时,材料在热加工及服役性能影响大,其热加工塑性急剧下降,材料变脆。
本发明所述合金的电子空位数Nv值<2.50,其原因是,当镍基高温合金中强化元素种类增多、含量较高时,合金中易于形成对合金强度和塑性不利影响的沉淀相,尤其拓扑密排相(TCP相),它是合金长期暴露在700℃以上出现的,主要有σ、μ或Laves相,这些相与平均电子空穴数密切相关。当合金的平均电子空穴数高于临界值2.50时,合金倾向于形成TCP相,影响合金强度及塑性,当电子空位数Nv值<2.50,则合金组织稳定,不析出TCP相。
有益效果:
本发明的镍基合金具有良好的可热塑性变形、可固溶时效强化热处理及无磁性能等特性;本发明的镍基合金具有强的抗热变形、良好的组织热稳定性、高的持久寿命以及好的延伸率等服役特性;申请人实验验证,本发明所述合金具有以下性能:室温磁导率μr<1.01;膨胀系数:α20~870℃15~17×10-6/℃,α20~980℃16~18×10-6/℃;合金的室温拉伸性能:抗拉强度Rm≥1310MPa,屈服强度Rp0.2≥860MPa,延伸率A5≥15%,端面收缩率Z≥16%;870℃拉伸性能:Rm≥520MPa,Rp0.2≥500MPa,A5≥15%,Z≥20%;980℃拉伸性能:Rm≥320MPa,Rp0.2≥300MPa,A5≥20%,Z≥20%。870℃持久、蠕变性能:σb/100hrs≥220MPa或σ0.2/100hrs≥200MPa,因此,本发明所述合金能满足钕铁硼磁体热压模具材料服役环境条件性能要求。
下面结合具体实施例对本发明做更进一步的说明。
附图说明
图1为本发明实施例5所述合金固溶时效热处理后的金相组织图。
图2为本发明实施例5所述合金871℃保温100h后高温瞬时拉伸曲线图。
图3为本发明实施例5所述合金固溶时效热处理后的膨胀曲线图.
具体实施方式
实施例1:
按Cr:6kg(20%),Mo:2.7kg(9%),W:0.6kg(2%),Co:3.9kg(13%),Ti:827g(2.76%),Al:525g(1.75%),C:6g(0.02%),镍硼中间合金NiB15:4g(0.002%B),La:8g(0.027%),Ni:15.43kg(51.43%)配料,按“高温合金熔炼工艺及热加工工艺加工成棒材,再经热处理”(《高温合金》-黄乾尧李汉康等编著,冶金工业出版社2000)得到镍基高温合金,用于钕铁硼磁体热压模具模套。
实施例2:按Cr:4.8kg,Mo:2.1kg,W:0.36kg,Co:2.7kg,Ti:975g,Al:676g,C:15g,NiB15:10g,La:4g,Ni:18.36kg配料,按“高温合金熔炼工艺及热加工工艺加工成棒材,再经热处理”(《高温合金》-黄乾尧李汉康等编著,冶金工业出版社2000)得到镍基高温合金,用于钕铁硼磁体热压模具压杆。
实施例3:按Cr:5.4kg,Mo:2.25kg,W:0.533kg,Co:3.3kg,Ti:0.9g,Al:0.6g,C:15g,镍硼中间合金NiB15:10g,La:2g,Ni:16.99kg配料,按“高温合金熔炼工艺及热加工工艺加工成棒材,再经热处理”(《高温合金》-黄乾尧李汉康等编著,冶金工业出版社2000)得到镍基高温合金,用于钕铁硼磁体热压模具顶杆及模套。
实施例4:按Cr:5.1kg,Mo:2.4kg,W:0.375kg,Co:3.3kg,Ti:885g,Al:615g,C:15g,镍硼中间合金NiB15:8g,La:2g,Ni:17.3kg配料,按“高温合金熔炼工艺及热加工工艺加工成棒材,再经热处理”(《高温合金》-黄乾尧李汉康等编著,冶金工业出版社2000)得到镍基高温合金,用于钕铁硼磁体热压模具压杆。
实施例5:按Cr:5.7kg,Mo:2.25kg,W:0.45kg,Co:3kg,Ti:976g,Al:57g,C:12g,镍硼中间合金NiB15:8g,La:4g,Ni:17.03kg配料,按“高温合金熔炼工艺及热加工工艺加工成棒材,再经热处理”(《高温合金》-黄乾尧李汉康等编著,冶金工业出版社2000)得到镍基高温合金,用于钕铁硼磁体热压模具顶杆及模套。
实施例6:按Cr:5.4kg,Mo:2.55kg,W:0.383kg,Co:3.3kg,Ti:900g,Al:600g,C:15g,镍硼中间合金NiB15:10g,La:2g,Ni:16.84kg配料,按“高温合金熔炼工艺及热加工工艺加工成棒材,再经热处理”(《高温合金》-黄乾尧李汉康等编著,冶金工业出版社2000)得到镍基高温合金,用于钕铁硼磁体热压模具顶杆及模套。
实施例7:按Cr:5.4kg,Mo:2.4kg,W:0.45kg,Co:3.6kg,Ti:825g,Al:675g,C:18g,镍硼中间合金NiB15:10g,La:2g,Ni:16.62kg配料,按“高温合金熔炼工艺及热加工工艺加工成棒材,再经热处理”(《高温合金》-黄乾尧李汉康等编著,冶金工业出版社2000)得到镍基高温合金,用于钕铁硼磁体热压模具顶杆及模套。
实施例8:
按Cr:5.4kg,Mo:2.7kg,W:0.375kg,Co:3kg,Ti:870g,Al:585g,C:18g,镍硼中间合金NiB15:10g,La:2g,Ni:17.04kg配料,按“高温合金熔炼工艺及热加工工艺加工成棒材,再经热处理”(《高温合金》-黄乾尧李汉康等编著,冶金工业出版社2000)得到镍基高温合金,用于钕铁硼磁体热压模具压杆及模套。
实施例9:
按Cr:5.4kg,Mo:2.1kg,W:0.526kg,Co:3kg,Ti:975g,Al:570g,C:15g,镍硼中间合金NiB15:12g,La:2g,Ni:17.4kg配料,按“高温合金熔炼工艺及热加工工艺加工成棒材,再经热处理”(《高温合金》-黄乾尧李汉康等编著,冶金工业出版社2000)得到镍基高温合金,用于钕铁硼磁体热压模具压杆及模套。
本发明实施例1~9的镍基高温合金样品相关试验数据:
以上所述,仅是本发明组分的具体实施、尤其优选实施方式及一种用途,但本发明的保护范围并不局限于此,本领域的任何技术人员,在不脱离本发明原理的前提下及应用范围内,还可以做若干改进优化,其都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (4)
1.一种钕铁硼磁体热压模具用镍基变形高温合金,其特征在于,该合金各组分按重量百分比为:Cr为16~20%,Co为9~13%,Mo为7~9%,W为1.2~2%,Ti为2.75~3.25%,Al为1.75~2.25%,C为0.02~0.1%,B为0.002~0.01%,La为0.002~0.05%,镍为基体,其它元素≤2%。
2.根据权利要求1所述的合金,其特征在于,所述合金中:铬+钴+钼+钨为36~42%,钛+铝为4.85~5.15%,碳0.03~0.06%、硼0.003~0.007%、镧0.004~0.02%、其它元素≤1%。
3.根据权利要求1或2所述的合金,其特征在于,所述合金的电子空位数Nv值<2.50。
4.权利要求1-3任一所述的合金在用于制备钕铁硼磁体热压用模具的应用。
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