CN117778811A - 一种高强度镍基合金丝及制备方法 - Google Patents
一种高强度镍基合金丝及制备方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN117778811A CN117778811A CN202311829624.XA CN202311829624A CN117778811A CN 117778811 A CN117778811 A CN 117778811A CN 202311829624 A CN202311829624 A CN 202311829624A CN 117778811 A CN117778811 A CN 117778811A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- alloy wire
- percent
- based alloy
- nickel
- forging
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 239000000956 alloy Substances 0.000 title claims abstract description 173
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 172
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N Nickel Chemical compound [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 150
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 71
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 title abstract description 12
- 238000005242 forging Methods 0.000 claims abstract description 49
- 238000000034 method Methods 0.000 claims abstract description 36
- 229910052721 tungsten Inorganic materials 0.000 claims abstract description 30
- 238000003723 Smelting Methods 0.000 claims abstract description 26
- 238000001816 cooling Methods 0.000 claims abstract description 24
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims abstract description 24
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 claims abstract description 22
- 239000010959 steel Substances 0.000 claims abstract description 22
- 230000008569 process Effects 0.000 claims abstract description 19
- 229910052796 boron Inorganic materials 0.000 claims abstract description 16
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 claims abstract description 15
- 238000005096 rolling process Methods 0.000 claims abstract description 14
- 238000005275 alloying Methods 0.000 claims abstract description 12
- 238000010079 rubber tapping Methods 0.000 claims abstract description 9
- 239000002994 raw material Substances 0.000 claims abstract description 5
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 claims description 24
- 229910052750 molybdenum Inorganic materials 0.000 claims description 23
- 229910052758 niobium Inorganic materials 0.000 claims description 20
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 13
- 229910052707 ruthenium Inorganic materials 0.000 claims description 10
- 230000032683 aging Effects 0.000 claims description 8
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 claims description 7
- 230000002829 reductive effect Effects 0.000 claims description 7
- 229910052726 zirconium Inorganic materials 0.000 claims description 7
- 230000007547 defect Effects 0.000 claims description 6
- 238000004090 dissolution Methods 0.000 claims description 6
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 5
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 5
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims description 5
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 claims description 5
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 claims description 5
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 claims description 5
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 claims description 5
- 238000007872 degassing Methods 0.000 claims description 4
- CSJDCSCTVDEHRN-UHFFFAOYSA-N methane;molecular oxygen Chemical compound C.O=O CSJDCSCTVDEHRN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 238000005496 tempering Methods 0.000 claims description 4
- 239000010936 titanium Substances 0.000 description 33
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 18
- 239000006104 solid solution Substances 0.000 description 13
- 239000002244 precipitate Substances 0.000 description 10
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 9
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 8
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 8
- 238000005728 strengthening Methods 0.000 description 8
- 238000001556 precipitation Methods 0.000 description 7
- 230000008859 change Effects 0.000 description 6
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 6
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 6
- 229910000765 intermetallic Inorganic materials 0.000 description 4
- 230000035882 stress Effects 0.000 description 4
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 3
- 230000007797 corrosion Effects 0.000 description 3
- 238000005260 corrosion Methods 0.000 description 3
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 3
- 238000002844 melting Methods 0.000 description 3
- 230000008018 melting Effects 0.000 description 3
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- 230000002452 interceptive effect Effects 0.000 description 2
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 2
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 2
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 2
- 230000001737 promoting effect Effects 0.000 description 2
- 238000005204 segregation Methods 0.000 description 2
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 2
- 238000009827 uniform distribution Methods 0.000 description 2
- VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N Chromium Chemical compound [Cr] VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910020015 Nb W Inorganic materials 0.000 description 1
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N Titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 1
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000004888 barrier function Effects 0.000 description 1
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 description 1
- 229910052804 chromium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011651 chromium Substances 0.000 description 1
- 238000005336 cracking Methods 0.000 description 1
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 230000002708 enhancing effect Effects 0.000 description 1
- 230000006698 induction Effects 0.000 description 1
- 230000002401 inhibitory effect Effects 0.000 description 1
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 1
- 230000000670 limiting effect Effects 0.000 description 1
- WPBNNNQJVZRUHP-UHFFFAOYSA-L manganese(2+);methyl n-[[2-(methoxycarbonylcarbamothioylamino)phenyl]carbamothioyl]carbamate;n-[2-(sulfidocarbothioylamino)ethyl]carbamodithioate Chemical compound [Mn+2].[S-]C(=S)NCCNC([S-])=S.COC(=O)NC(=S)NC1=CC=CC=C1NC(=S)NC(=O)OC WPBNNNQJVZRUHP-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 238000010309 melting process Methods 0.000 description 1
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 1
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 238000011056 performance test Methods 0.000 description 1
- 230000000737 periodic effect Effects 0.000 description 1
- 239000003208 petroleum Substances 0.000 description 1
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 1
- 230000003014 reinforcing effect Effects 0.000 description 1
- 238000011160 research Methods 0.000 description 1
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 1
- 238000007711 solidification Methods 0.000 description 1
- 230000008023 solidification Effects 0.000 description 1
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 1
Landscapes
- Conductive Materials (AREA)
Abstract
本发明公开了一种高强度镍基合金丝及制备方法，包括以下步骤：S1、加入主原料Ni、Ru、Ti、Nb、Fe以及C，进行真空冶炼；S2、加入Cu、Zr、B、W以及Mo等合金化元素，出钢、浇注电极；S3、使用电渣重熔冶炼工艺，对步骤S2浇注出的电极进行冶炼得到钢锭；S4、使用锻造工艺将钢锭锻造为所需规格的坯料；S5、将坯料送入轧机中进行轧制，使合金丝逐渐达到所需的直径和形状后进行快速冷却；S6、对合金丝依次进行拉伸矫直和热处理。本发明具有出色的机械性能和导电性。通过特殊的成分和配比，该合金丝在室温下展现出拉伸强度≥1500MPa和延伸率≥10％的特性，同时保持电导率≥45％IACS。这些优点使它在电子元器件的导线和电阻器等领域具有广泛的应用前景。
Description
技术领域
本发明涉及合金材料技术领域，尤其涉及一种高强度镍基合金丝及制备方法。
背景技术
镍基合金丝是一种由镍和至少一种其他元素组成的合金丝。这种合金丝具有较好的耐腐蚀性、高温强度、良好的机械性能和加工性能，因此被广泛应用于石油、化工、航空航天、汽车、电子、核能等领域。镍基合金丝的成分和性能取决于所添加的其他元素，例如铬、铝、钛、锰等。这些元素可以增强合金的抗氧化性能、耐腐蚀性能、高温强度等。
在电子元器件领域，高强度、高导电率的合金丝可以作为电子元器件的导线和电阻器，在半导体器件、集成电路等方面广泛使用。在导线中，合金丝有很好的导电性能，可以在不同环境下保持稳定性能，防止产生电阻。在电阻器中，高导电率的合金丝能够提供更稳定的电阻值和更小的误差范围，从而提高电阻器的精度和可靠性。
目前，现有的镍基合金丝在提高其电导率方向上的研究较少，如何制备一种高导电率和强度的镍基合金丝材，拓宽镍基合金丝材的应用领域，是一个亟待解决的问题。
因此，有必要提供一种高强度镍基合金丝及制备方法，以解决上述技术问题。
发明内容
本发明克服了现有技术的不足，提供一种高强度镍基合金丝及制备方法。
为达到上述目的，本发明采用的技术方案为：一种高强度镍基合金丝，该合金丝的成分及其质量百分比如下：Ti为5.1～9.6％、Ru为0.9～2.8％、Nb为3.8～4.6％、W为2.1～2.5％、Mo为5.8～8.6％、Cu为13.8～19.3％、Zr为1.9～3.7％、C为0.5～1％、Fe为8.9～11.2％、B为0.008～0.021％，Ni为余量。
本发明一个较佳实施例中，所述合金丝的成分及其质量百分比为：Ti为6.3～7.4％、Ru为0.9～2.8％、Nb为3.8～4.6％、W为2.1～2.5％、Mo为6.6～7.9％、Cu为15.1～17％、Zr为2.6～3.2％、C为0.5～1％、Fe为8.9～11.2％、B为0.008～0.021％，Ni为余量。
基于上述所述的一种高强度镍基合金丝的制备方法，包括以下步骤：
S1、加入主原料Ni、Ru、Ti、Nb、Fe以及C，进行真空冶炼；
S2、加入Cu、Zr、B、W以及Mo等合金化元素，继续冶炼15～25min，出钢、浇注电极，出钢温度为1580～1610℃；
S3、使用电渣重熔冶炼工艺，对步骤S2浇注出的电极进行冶炼得到钢锭，熔速为2.0～4.0kg/min，控制功率为120～160kW；
S4、使用锻造工艺将钢锭锻造为所需规格的坯料；
S5、将坯料送入轧机中进行轧制，轧制温度控制950～1100℃，使合金丝逐渐达到所需的直径和形状后进行快速冷却；
S6、对合金丝依次进行拉伸矫直和热处理。
本发明一个较佳实施例中，在所述S1中，真空冶炼过程中通过碳－氧反应进行脱气处理，净化钢水并降低氧和氢含量。
本发明一个较佳实施例中，在所述S2中，在主料完全熔化5～10min后加入Cu、Zr、B、W以及Mo等合金化元素。
本发明一个较佳实施例中，在所述S4中，开锻温度≥1050℃，终锻温度≥950℃。
本发明一个较佳实施例中，在所述S4中，锻造过程，包括以下步骤：
S41、将钢锭在1050～1150℃下进行初步锻造得到粗胚，镦粗比为2～3；
S42、对粗坯进行下料、氧化皮砂磨和缺陷处理；
S43、对粗坯进行回火加热处理1～2h，温度控制1100～1150℃；
S44、将粗坯在1100～1200℃的温度下进行二次锻造，镦粗比为4～6；
S45、将粗坯在950～1050℃的温度下进行最终锻造，镦粗比为1～3，得到合规坯料。
本发明一个较佳实施例中，在所述S6中，拉伸速率优选为1～4mm/s。
本发明一个较佳实施例中，在所述S6中，热处理包括：固溶处理和时效处理；
所述固溶处理：将合金丝加热至1040℃～1100℃的溶解温度，保持10～30min后冷却；
所述时效处理：将合金丝加热至580～660℃下，保温3～5h后冷却，再加热至650～710℃下，保温15～25h后冷却。
本发明一个较佳实施例中，所述固溶处理和所述时效处理的冷却方式均为空冷。
本发明解决了背景技术中存在的缺陷，本发明具备以下有益效果：
(1)本发明提供了一种高强度镍基合金丝，具有出色的机械性能和导电性。通过特殊的成分和配比，该合金丝在室温下展现出拉伸强度≥1500MPa和延伸率≥10％的特性，同时保持电导率≥45％。这些优点使它在电子元器件的导线和电阻器等领域具有广泛的应用前景。
(2)本发明提供了一种高强度镍基合金丝，在合金丝中加入Cu元素，提高了该高强度镍基合金丝的导电性，并同步加入Zr元素，Zr会在高强度镍基合金丝中形成与Cu相互作用的沉淀相，有效地增加合金的强度和硬度。并且Zr可以抑制Cu对合金晶粒结构和固溶体形成的影响，同时提高合金的强度和硬度。控制Cu的含量为15.1～17％，Zr的含量为，2.6～3.2％，能够有效地改善合金的性能，使其既具有良好的强度又具有良好的导电性。
(3)本发明提供了一种高强度镍基合金丝的制备方法，经过严格的锻造工艺，该合金展现出优良的塑性和较低的表面裂纹。采用组合式多次锻造方法，精确控制锻造过程，提高成材率并降低表面裂纹。这一改进优化了碳化物分布和组织结构，显著提升锻造件品质。
(4)本发明提供了一种高强度镍基合金丝的制备方法，选择在主料完全熔化5～10min后加入剩下的元素成分，此时的主料完全熔化为液态，但并没有进入到充分混合和反应的化清状态，各元素处于活跃状态，此时加入Cu、Zr、B、W以及Mo等合金化元素，有助于加快溶解速度，并促进合金元素在钢水中均匀分布，减少偏析现象的出现。并且此时的Ti和Nb已经进行了部分反应，形成了化合物，减少沉淀物的出现，在此时加入W和Mo，可以使W和剩余的Ti，分别与Nb和Mo进行焚影形成化合物，从而减少Ti和W元素在晶界和晶内的沉淀。这些化合物的形成可以改变合金的原子排列方式，从而影响晶粒的生长和分布，有助于提高合金的均匀性和稳定性。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图；
图1是本发明的优选实施例的一种高强度镍基合金丝的制备方法流程图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是本发明还可以采用其他不同于在此描述的其他方式来实施，因此，本发明的保护范围并不受下面公开的具体实施例的限制。
本发明提供了一种高强度镍基合金丝，该合金丝的成分及其质量百分比如下：Ti为5.1～9.6％、Ru为0.9～2.8％、Nb为3.8～4.6％、W为2.1～2.5％、Mo为5.8～8.6％、Cu为13.8～19.3％、Zr为1.9～3.7％、C为0.5～1％、Fe为8.9～11.2％、B为0.008～0.021％，Ni为余量。
值得说明的是，该高强度镍基合金丝的成分及其质量百分比优选为：Ti为6.3～7.4％、Ru为0.9～2.8％、Nb为3.8～4.6％、W为2.1～2.5％、Mo为6.6～7.9％、Cu为15.1～17％、Zr为2.6～3.2％、C为0.5～1％、Fe为8.9～11.2％、B为0.008～0.021％，Ni为余量。
该高强度镍基合金丝的直径为3mm～10mm，优选为4mm～6mm。
该高强度镍基合金丝中Ni元素的加入，用以提高合金的韧性和耐腐蚀性能。
在高强度镍基合金丝中加入Ti元素，可以形成强化相，限制金属间化合物的滑移，是因为Ti元素能够与Ni元素形成稳定的化合物或固溶体。在该高强度镍基合金丝中，这些强化相或固溶体可以在晶格中引入位错或增加晶界密度，从而有效地阻碍金属间化合物的滑移。这种阻碍作用可以增加合金的强度和抗变形能力，此外Ti元素还可以在该高强度镍基合金丝中形成细小的析出相，可以提高合金的强度和硬度，从而解决Ni元素在高强度镍基合金丝中形成较弱的金属间化合物，这些化合物在受力时容易发生滑移，导致合金的强度和蠕变性能下降的问题。
在高强度镍基合金丝中加入Ru元素，Ru的原子尺寸和晶体结构与Ni不同，这会导致在晶格中引入额外的应力场和晶格畸变。这些额外的应力场和晶格畸变可以阻碍位错的移动和扩散，从而增强了合金的结构稳定性和硬度。随着Ru加入到合金中，合金的凝固结构和晶粒尺寸发生变化的原因主要归因于原子间的相互作用和能量状态的变化。这种变化导致晶粒变得更细小、晶界分布更均匀，从而提高合金的力学性能和高温稳定性。
在高强度镍基合金丝中加入Nb元素，Ru、Ti和Nb元素在周期表中都位于第五族，具有相似的电子配置和化学性质，它们之间存在一定的化学亲和力，使得它们可以形成稳定的化合物。Ru与Ti、Nb元素形成化合物的过程涉及电子的转移和共享。在这些化合物中，元素的价电子重新排列，形成了新的电子壳层结构，从而产生了强烈的共价键合作用。这种共价键合作用使得形成的化合物具有较高的键能，从而提高了合金的力学性能和高温稳定性。
在高强度镍基合金丝中加入W元素，W的熔点较高、质地较硬，可以显著提高合金的高温强度和抗氧化性能，使得合金在高温环境下具有更好的稳定性和性能，还可以增加合金的硬度和耐磨性，使合金更适用于高强度和耐磨的工作环境。
在高强度镍基合金丝中加入Mo元素，Mo是一种常用的强化元素，可以在高强度镍基合金丝中形成固溶体或者析出相，可以有效地增强合金的强度和硬度。
在高强度镍基合金丝中加入Nb和Mo元素，Nb和Mo元素具有与Ti和W形成固溶体的能力。在高强度镍基合金丝中，Nb和Mo的原子尺寸与Ti和W的原子尺寸相近，因此它们可以与Ti和W元素形成固溶体。当Nb和Mo与Ti和W形成固溶体时，它们可以在晶界和晶内扩散，阻碍Ti和W元素的沉淀和影响，从而减少对晶粒生长的影响，使合金的组织更加均匀。
此外Nb和Mo还可以与Ti和W形成化合物，从而减少Ti和W元素在晶界和晶内的沉淀。这些化合物的形成可以改变合金的原子排列方式，从而影响晶粒的生长和分布，有助于提高合金的均匀性和稳定性。因此，Nb和Mo在高强度镍基合金丝中可以起到抑制Ti和W元素沉淀和影响的作用，解决了合金中的Ti和W元素会导致合金的组织和晶粒长大不均匀的问题(Ti和W都是强化元素，它们倾向于在晶界和晶内形成沉淀物，这些沉淀物会影响晶粒的生长和分布，导致合金的组织不均匀，会影响合金的机械性能和稳定性，使合金在使用过程中更容易产生裂纹和变形)。
基于鲁宾斯坦尼克斯规则：如果两种元素的原子半径差异小于15％，并且它们的电负性相近，则它们有较大的可能性形成化合物，该化合物通常是由金属原子网格构成的，并且具有稳定的结构。在高强度镍基合金丝中的Ru与Ti、Nb元素的原子半径差异较小，而且它们的电负性相近，因此Ru与Ti、Nb元素会在高强度镍基合金丝中形成化合物，该化合物在高强度镍基合金丝中会形成强化相，通过限制晶格的滑移和位错的移动，从而提高合金的力学性能和高温稳定性。
在高强度镍基合金丝中加入Cu元素，提高了该高强度镍基合金丝的导电性，但Cu的过多加入，会影响合金的晶粒结构和固溶体的形成，从而降低合金的强度和硬度。本发明同步在高强度镍基合金丝中加入Zr元素，Zr会在高强度镍基合金丝中形成与Cu相互作用的沉淀相，有效地增加合金的强度和硬度。并且Zr可以抑制Cu对合金晶粒结构和固溶体形成的影响，同时提高合金的强度和硬度。控制Cu的含量为15.1～17％，Zr的含量为，2.6～3.2％，能够有效地改善合金的性能，使其既具有良好的强度又具有良好的导电性。
如图1所示，本发明还提供了一种高强度镍基合金丝的制备方法，包括以下步骤：
S1、加入主原料Ni、Ru、Ti、Nb、Fe以及C，进行真空冶炼，并通过碳－氧反应进行脱气处理，净化钢水并降低氧和氢含量；钢水中的氧和氢含量在控制要求之内。
S2、在主料完全熔化5～10min后，加入Cu、Zr、B、W以及Mo等合金化元素，继续冶炼15～25min，出钢、浇注电极，出钢温度为1580～1610℃。
S3、使用电渣重熔冶炼工艺，对步骤S2浇注出的电极进行冶炼得到钢锭，熔速为2.0～4.0kg/min，控制功率为120～160kW；在重熔冶炼之前，首先将感应电极表面研磨干净，将电极头部缩孔往下进行冶炼。
S4、使用锻造工艺将钢锭锻造为所需规格的坯料，开锻温度≥1050℃，终锻温度≥950℃。
S5、将坯料送入轧机中进行轧制，轧制温度控制950～1100℃，使合金丝逐渐达到所需的直径和形状后进行快速冷却。
S6、对合金丝依次进行拉伸矫直和热处理。
步骤S2中，选择在主料完全熔化5～10min后加入剩下的元素成分，此时的主料完全熔化为液态，但并没有进入到充分混合和反应的化清状态，各元素处于活跃状态，此时加入Cu、Zr、B、W以及Mo等合金化元素，有助于加快溶解速度，并促进合金元素在钢水中均匀分布，减少偏析现象的出现。并且此时的Ti和Nb已经进行了部分反应，形成了化合物，减少沉淀物的出现，在此时加入W和Mo，可以使W和剩余的Ti，分别与Nb和Mo进行焚影形成化合物，从而减少Ti和W元素在晶界和晶内的沉淀。这些化合物的形成可以改变合金的原子排列方式，从而影响晶粒的生长和分布，有助于提高合金的均匀性和稳定性。
步骤S4中，锻造过程，包括以下步骤：
S41、将钢锭在1050～1150℃下进行初步锻造得到粗胚，镦粗比为2～3；确保材料得到充分的塑性变形，优化其内部结构和机械性能。
S42、对粗坯进行下料、氧化皮砂磨和缺陷处理；确保粗坯的表面质量和完整性。
S43、对粗坯进行回火加热处理1～2h，温度控制1100～1150℃；消除材料内部的部分应力，提高其韧性和延展性。
S44、将粗坯在1100～1200℃的温度下进行二次锻造，镦粗比为4～6；实现更深入的塑性变形和合金元素的均匀分布。
S45、将粗坯在950～1050℃的温度下进行最终锻造，镦粗比为1～3，得到合规坯料；进一步细化合金的组织结构，提高其强度和硬度。
经过严格的锻造工艺，该合金展现出优良的塑性和较低的表面裂纹。采用组合式多次锻造方法，精确控制锻造过程，提高成材率并降低表面裂纹。这一改进优化了碳化物分布和组织结构，显著提升锻造件品质。
步骤S6中，拉伸速率优选为1～4mm/s，用以消除其内部的残余应力，提高其直线度和表面质量。
步骤S6中，热处理包括：固溶处理和时效处理；
固溶处理，将合金丝加热至1040℃～1100℃的溶解温度，保持10～30min后冷却，冷却方式为空冷；使合金成分均匀化，同时改善其塑性和韧性。
时效处理，将合金丝加热至580～660℃下，保温3～5h后冷却，再加热至650～710℃下，保温15～25h后冷却，冷却方式为空冷；在强化相析出的温度下加热并保温，使强化相沉淀析出，得以硬化，提高合金丝的强度和其他机械性能。
实施例1
本实施例基于上述一种高强度镍基合金丝的制备方法制备镍基合金丝样品，说明本发明一种高强度镍基合金丝的性能。
1、首先加入主原料Ni、Ru、Ti、Nb、Fe以及C，进行真空冶炼，并通过碳－氧反应进行脱气处理，净化钢水并降低氧和氢含量。
2、在主料完全熔化6min后，加入Cu、Zr、B、W以及Mo等合金化元素，继续冶炼20min，出钢、浇注电极，出钢温度为1600℃。
3、使用电渣重熔冶炼工艺，对步骤S2浇注出的电极进行冶炼得到钢锭，熔速为4kg/min，控制功率为140kW。
4、首先将钢锭在1100℃下进行初步锻造得到粗胚，镦粗比为2，然后对粗坯进行下料、氧化皮砂磨和缺陷处理，再对粗坯进行回火加热处理1.5h，温度控制1100℃，二次锻造温度1150℃，镦粗比为4；最终锻造温度1000℃，镦粗比为1，得到坯料。
5、将坯料送入轧机中进行轧制，轧制温度控制1050℃，使合金丝逐渐达到所需的直径和形状后进行快速冷却。
6、对合金丝进行拉伸矫直，拉伸速率为2mm/s，之后将合金丝加热至1050℃的溶解温度，保持20min后冷却，然后将合金丝加热至620℃下，保温4h后冷却，再加热至650℃下，保温20h后冷却，该步骤中的冷却方式均为空冷；得到直径为4mm的镍基合金丝。
实施例2
基于实施例1，锻造过程中，初步锻造的镦粗比为3，二次锻造温度镦粗比为6；最终锻造镦粗比为3，最终制得直径为4mm的镍基合金丝。
实施例3
基于实施例1，锻造过程中，初步锻造的镦粗比为2，二次锻造温度镦粗比为4；最终锻造镦粗比为1，最终制得直径为4mm的镍基合金丝。
实施例4
基于实施例1，锻造过程中，初步锻造的镦粗比为3，二次锻造温度镦粗比为6；最终锻造镦粗比为3，最终制得直径为4mm的镍基合金丝。
实施例5
基于实施例1，制得直径为4mm的镍基合金丝。
实施例6
基于实施例5，制得直为4mm的镍基合金丝，其成分中Ti的含量为4.2％。
实施例7
基于实施例5，制得直为4mm的镍基合金丝，其成分中Mo的含量为4.5％。
实施例8
基于实施例5，制得直为4mm的镍基合金丝，其成分中Nb的含量为2.9％。
实施例9
基于实施例5，制得直为4mm的镍基合金丝，其成分中W的含量为0.9％。
实施例10
基于实施例5，制得直为4mm的镍基合金丝，其成分中Cu的含量为10.6％。
实施例11
基于实施例5，制得直为4mm的镍基合金丝，其成分中Cu的含量为22.5％。
实施例12
基于实施例5，制得直为4mm的镍基合金丝，其成分中Zr的含量为0.5％。
| 成分 | Ti | Ru | Nb | W | Mo | Cu | Zr | C | Fe | B | Ni |
| 实施例1 | 5.1％ | 0.9％ | 3.8％ | 2.1％ | 5.8％ | 13.8％ | 1.9％ | 0.8％ | 9.8％ | 0.015％ | 余量 |
| 实施例2 | 9.6％ | 2.8％ | 4.6％ | 2.5％ | 8.6％ | 19.3％ | 3.7％ | 0.8％ | 9.8％ | 0.015％ | 余量 |
| 实施例3 | 6.3％ | 1.5％ | 4.2％ | 2.3％ | 6.6％ | 15.1％ | 2.6％ | 0.8％ | 9.8％ | 0.015％ | 余量 |
| 实施例4 | 7.4％ | 1.5％ | 4.2％ | 2.3％ | 7.9％ | 17％ | 3.2％ | 0.8％ | 9.8％ | 0.015％ | 余量 |
| 实施例5 | 6.9％ | 1.5％ | 4.2％ | 2.3％ | 7.2％ | 16.2％ | 2.9％ | 0.8％ | 9.8％ | 0.015％ | 余量 |
| 实施例6 | 4.2％ | 1.5％ | 4.2％ | 2.3％ | 7.2％ | 16.2％ | 2.9％ | 0.8％ | 9.8％ | 0.015％ | 余量 |
| 实施例7 | 6.9％ | 1.5％ | 4.2％ | 2.3％ | 4.5％ | 16.2％ | 2.9％ | 0.8％ | 9.8％ | 0.015％ | 余量 |
| 实施例8 | 6.9％ | 1.5％ | 2.9％ | 2.3％ | 7.2％ | 16.2％ | 2.9％ | 0.8％ | 9.8％ | 0.015％ | 余量 |
| 实施例9 | 6.9％ | 1.5％ | 4.2％ | 0.9％ | 7.2％ | 16.2％ | 2.9％ | 0.8％ | 9.8％ | 0.015％ | 余量 |
| 实施例10 | 6.9％ | 1.5％ | 4.2％ | 2.3％ | 7.2％ | 10.6％ | 2.9％ | 0.8％ | 9.8％ | 0.015％ | 余量 |
| 实施例11 | 6.9％ | 1.5％ | 4.2％ | 2.3％ | 7.2％ | 22.5％ | 2.9％ | 0.8％ | 9.8％ | 0.015％ | 余量 |
| 实施例12 | 6.9％ | 1.5％ | 4.2％ | 2.3％ | 7.2％ | 16.2％ | 0.5％ | 0.8％ | 9.8％ | 0.015％ | 余量 |
表1.每个实施例制备的镍基合金丝成分汇总对上述实施例1至12制备镍基合金丝进行机械性能和电导率进行测试：
采用高温拉伸观察***(CATY-T3H***，永村有限公司)测量了室内和高温拉伸强度。通过在镍基合金丝表面绘制25mm的标记，并在骨折后使用数字卡尺以最小0.01mm的分辨率测量标记之间的距离，结果如表2所示。
电导率测试：将试样镍基合金丝的两端连接到电导率测试设备的电机上，确保连接稳定且接触良好，在样品上施加恒定的电流，并记录通过样品的电压降，根据施加的电流和测得的电压降，利用电导率的计算公式S＝I/V，计算出样品的电导率，结果如表2所示。
表2.性能测试汇总
由实施例1、2、3、4和5成分含量及性能参数，可以得出本发明镍基合金丝的成分为Ti为6.3～7.4％、Ru为0.9～2.8％、Nb为3.8～4.6％、W为2.1～2.5％、Mo为6.6～7.9％、Cu为15.1～17％、Zr为2.6～3.2％、C为0.5～1％、Fe为8.9～11.2％、B为0.008～0.021％，Ni为余量时，其室温拉伸强度≥1600MPa，延伸率≥13％，电导率≥47％IACS，具备较高的机械强度和导电性，在电子元器件的导线和电阻器的应用较为广泛。
实施例6制备的镍基合金丝中Ti元素含量为4.2％，低于实施例5中Ti含量6.9％，致使制备的镍基合金丝中没有足够的Ti元素与Ni元素形成强化相，无法较好地限制金属间化合物的滑移，进而导致实施例6制备的镍基合金丝的强度和蠕变性能下降。
实施例7制备的镍基合金丝中Mo元素含量为4.5％，低于实施例5中Mo含量7.2％，致使制备的镍基合金丝中形成的固溶体或者析出相较少，对镍基合金丝的强度和硬度增强效果不佳。
实施例8制备的镍基合金丝中Nb元素含量2.9％，低于实施例5中Nb含量4.2％，致使制备的镍基合金丝中，没有足够的Nb元素与Ru和Ti形成化合物，对合金丝的力学性能和高温稳定性提升较少。并且，少量的Nb元素只能与Ti形成较少的固溶体，导致剩余的Ti元素沉淀较多，沉淀物会影响晶粒的生长和分布，导致合金的组织不均匀，会影响合金的机械性能和稳定性。
实施例9制备的镍基合金丝中W元素含量0.9％，低于实施例5中W含量2.3％，致使制备的镍基合金丝硬度和耐磨性偏低。
实施例10制备的镍基合金丝中Cu元素含量为10.6％，低于实施例5中Cu含量16.2％，致使制备的镍基合金丝强度较好，但电导率较差。
实施例11制备的镍基合金丝中Cu元素含量为22.5％，高于实施例5中Cu含量16.2％，致使制备的镍基合金丝电导率较高，但因为含有较高的Cu元素，又没有足够的Zr元素来与Cu形成相互作用的沉淀相，影响了合金的晶粒结构和固溶体的形成，从而降低合金的强度和硬度。
实施例12制备的镍基合金丝中Zr元素含量为0.5％，低于实施例5中Zr元素含量为2.9％，制备的镍基合金丝电导率较好，但强度较差，是因为没有足够的Zr元素来与Cu形成相互作用的沉淀相，影响了合金的晶粒结构和固溶体的形成，从而降低合金的强度和硬度。
以上依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定技术性范围。
Claims (10)
1.一种高强度镍基合金丝，其特征在于，该合金丝的成分及其质量百分比如下：Ti为5.1～9.6％、Ru为0.9～2.8％、Nb为3.8～4.6％、W为2.1～2.5％、Mo为5.8～8.6％、Cu为13.8～19.3％、Zr为1.9～3.7％、C为0.5～1％、Fe为8.9～11.2％、B为0.008～0.021％，Ni为余量。
2.根据权利要求1所述的一种高强度镍基合金丝，其特征在于：所述合金丝的成分及其质量百分比为：Ti为6.3～7.4％、Ru为0.9～2.8％、Nb为3.8～4.6％、W为2.1～2.5％、Mo为6.6～7.9％、Cu为15.1～17％、Zr为2.6～3.2％、C为0.5～1％、Fe为8.9～11.2％、B为0.008～0.021％，Ni为余量。
3.基于权利要求1所述的一种高强度镍基合金丝的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、加入主原料Ni、Ru、Ti、Nb、Fe以及C，进行真空冶炼；
S2、加入Cu、Zr、B、W以及Mo等合金化元素，继续冶炼15～25min，出钢、浇注电极，出钢温度为1580～1610℃；
S3、使用电渣重熔冶炼工艺，对步骤S2浇注出的电极进行冶炼得到钢锭，熔速为2.0～4.0kg/min，控制功率为120～160kW；
S4、使用锻造工艺将钢锭锻造为所需规格的坯料；
S5、将坯料送入轧机中进行轧制，轧制温度控制950～1100℃，使合金丝逐渐达到所需的直径和形状后进行快速冷却；
S6、对合金丝依次进行拉伸矫直和热处理。
4.根据权利要求3所述的一种高强度镍基合金丝的制备方法，其特征在于：在所述S1中，真空冶炼过程中通过碳－氧反应进行脱气处理，净化钢水并降低氧和氢含量。
5.根据权利要求3所述的一种高强度镍基合金丝的制备方法，其特征在于：在所述S2中，在主料完全熔化5～10min后加入Cu、Zr、B、W以及Mo等合金化元素。
6.根据权利要求3所述的一种高强度镍基合金丝的制备方法，其特征在于：在所述S4中，开锻温度≥1050℃，终锻温度≥950℃。
7.根据权利要求3所述的一种高强度镍基合金丝的制备方法，其特征在于：在所述S4中，锻造过程，包括以下步骤：
S41、将钢锭在1050～1150℃下进行初步锻造得到粗胚，镦粗比为2～3；
S42、对粗坯进行下料、氧化皮砂磨和缺陷处理；
S43、对粗坯进行回火加热处理1～2h，温度控制1100～1150℃；
S44、将粗坯在1100～1200℃的温度下进行二次锻造，镦粗比为4～6；
S45、将粗坯在950～1050℃的温度下进行最终锻造，镦粗比为1～3，得到合规坯料。
8.根据权利要求3所述的一种高强度镍基合金丝的制备方法，其特征在于：在所述S6中，拉伸速率优选为1～4mm/s。
9.根据权利要求3所述的一种高强度镍基合金丝的制备方法，其特征在于：在所述S6中，热处理包括：固溶处理和时效处理；
所述固溶处理：将合金丝加热至1040℃～1100℃的溶解温度，保持10～30min后冷却；
所述时效处理：将合金丝加热至580～660℃下，保温3～5h后冷却，再加热至650～710℃下，保温15～25h后冷却。
10.根据权利要求9所述的一种高强度镍基合金丝的制备方法，其特征在于：所述固溶处理和所述时效处理的冷却方式均为空冷。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202311829624.XA CN117778811A (zh) | 2023-12-28 | 2023-12-28 | 一种高强度镍基合金丝及制备方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202311829624.XA CN117778811A (zh) | 2023-12-28 | 2023-12-28 | 一种高强度镍基合金丝及制备方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN117778811A true CN117778811A (zh) | 2024-03-29 |
Family
ID=90394178
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202311829624.XA Pending CN117778811A (zh) | 2023-12-28 | 2023-12-28 | 一种高强度镍基合金丝及制备方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN117778811A (zh) |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| BE802408R (en) * | 1973-07-16 | 1974-01-16 | Int Nickel Ltd | Nickel base alloy contg yttrium - having good ductility at high temp |
| JPS61160807A (ja) * | 1985-10-05 | 1986-07-21 | Res Inst Electric Magnetic Alloys | Ｎｉ−Ｆｅ−Ｎｂ系耐摩耗性高透磁率合金よりなる磁気記録再生ヘツド |
| CN106636848A (zh) * | 2017-01-18 | 2017-05-10 | 东南大学 | 一种耐磨抗蚀镍基合金丝材的制备方法 |
| CN107034388A (zh) * | 2017-03-17 | 2017-08-11 | 泰州市金鹰精密铸造有限公司 | 镍基单晶高温合金涡轮叶片的制备工艺 |
| CN107709586A (zh) * | 2015-08-12 | 2018-02-16 | 山阳特殊制钢株式会社 | 层叠造型用Ni基超合金粉末 |
| CN110484916A (zh) * | 2019-09-24 | 2019-11-22 | 烟台奥德新材料有限公司 | 一种高速及超高速激光熔覆用镍基合金粉末 |
-
2023
- 2023-12-28 CN CN202311829624.XA patent/CN117778811A/zh active Pending
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| BE802408R (en) * | 1973-07-16 | 1974-01-16 | Int Nickel Ltd | Nickel base alloy contg yttrium - having good ductility at high temp |
| JPS61160807A (ja) * | 1985-10-05 | 1986-07-21 | Res Inst Electric Magnetic Alloys | Ｎｉ−Ｆｅ−Ｎｂ系耐摩耗性高透磁率合金よりなる磁気記録再生ヘツド |
| CN107709586A (zh) * | 2015-08-12 | 2018-02-16 | 山阳特殊制钢株式会社 | 层叠造型用Ni基超合金粉末 |
| CN106636848A (zh) * | 2017-01-18 | 2017-05-10 | 东南大学 | 一种耐磨抗蚀镍基合金丝材的制备方法 |
| CN107034388A (zh) * | 2017-03-17 | 2017-08-11 | 泰州市金鹰精密铸造有限公司 | 镍基单晶高温合金涡轮叶片的制备工艺 |
| CN110484916A (zh) * | 2019-09-24 | 2019-11-22 | 烟台奥德新材料有限公司 | 一种高速及超高速激光熔覆用镍基合金粉末 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| WO2022062335A1 (zh) | 一种铜铬合金带材及其制备方法 | |
| EP2781611B1 (en) | Copper alloy and forming material made of this alloy | |
| EP2480695B1 (de) | Verfahren zur herstellung einer eisen-chrom-legierung | |
| CN113165032B (zh) | 钛合金板、钛合金板的制造方法、铜箔制造滚筒以及铜箔制造滚筒的制造方法 | |
| KR101793854B1 (ko) | 전자 부품용 티탄구리 | |
| EP3327158B1 (en) | Method for producing ni-based superalloy material | |
| WO2009119222A1 (ja) | 高強度高導電銅合金管・棒・線材 | |
| TWI658145B (zh) | 滲碳用鋼板及滲碳用鋼板的製造方法 | |
| CN111826550B (zh) | 一种中等强度耐硝酸腐蚀钛合金 | |
| CN101311285B (zh) | 钴基高弹性合金及其制造方法,由该合金制成的超薄带材及其制造方法 | |
| TWI789871B (zh) | 沃斯田鐵系不鏽鋼帶的製造方法 | |
| EP2851446A1 (en) | Resource-saving titanium alloy member having excellent strength and toughness, and method for manufacturing same | |
| CN114622145B (zh) | 一种具有双相结构的无钴马氏体时效钢及其制备方法 | |
| EP3578678A1 (en) | Maraging steel and method for manufacturing same | |
| JP5636532B2 (ja) | 酸化物分散強化型鋼およびその製造方法 | |
| CN113215459A (zh) | Al-Cu-Mn纳米结构耐热变形铝合金及制备方法 | |
| CN109913758B (zh) | 高温强度和成形性能良好的铁素体不锈钢板及其制备方法 | |
| JP2012136746A (ja) | 電気・電子部品用銅合金およびその製造方法 | |
| CN115747654B (zh) | 一种抗高温氧化铁素体不锈钢及其制造方法和应用 | |
| CN115198138B (zh) | 一种铜合金带材及其制备方法 | |
| CN117778811A (zh) | 一种高强度镍基合金丝及制备方法 | |
| WO2023137842A1 (zh) | 一种具有高热扩散系数模具钢及其制备方法 | |
| CN115121993A (zh) | 一种高性能镍基合金焊丝的制备方法 | |
| CN114107777A (zh) | 一种高强度耐热高熵合金及锻/轧成型方法 | |
| JP5929251B2 (ja) | 鉄合金 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination |