Высокопрочный инварный сплав

 

Изобретение относится к металлургии, в частности к разработке инварного сплава с низким температурным коэффициентом линейного расширения. Инварный сплав содержит, мас.%: C 0,001 - 0,1; Ni 34 - 50; Ti 0,5 - 3,0; Mo 0,001 - 2,2; Nb 0,001 - 3; Al 0,3 - 3; Fe остальное. Введение алюминия позволяет снизить ТКЛР и увеличить интервал стабильности свойств. 2 табл.

Изобретение относится к металлургии, конкретнее к сплавам инварного класса.

Известен инварный сплав 36Н [1], содержащий, мас.%: Никель 35-37 Марганец 0,3-0,6 Железо Остальное.

Недостатком этого сплава является низкая прочность (₀₂ 280 МПа).

Наиболее близким по составу к предлагаемому является сплав следующего химического состава, мас.%: Углерод 0,05 Никель 35-50 Тантал и/или ниобий 1,5-5 Кремний, марганец и/или хром 1 Молибден и/или титан, и/или ванадий, и/или цирконий, и/или вольфрам 5 Железо Остальное [2].

Недостатком этого сплава является сравнительно высокое значение температурного коэффициента линейного расширения ТКЛР 7 ^.10^-6 К^-1 в интервале 30-300^оС.

Целью изобретения является создание инварного сплава с меньшим ТКЛР и большим температурным интервалом стабильности свойств, чем у сплава-прототипа.

Цель достигается при химическом составе, мас.%: Углерод 0,001-0,1 Никель 34-50 Титан 0,5-3 Молибден 0,001-2,2 Ниобий 0,001-3 Алюминий 0,3-3 Железо Остальное Пределы содержания легирующих элементов определяются их влиянием на структуру, фазовый состав и свойства сплава.

Углерод не участвует в процессе упрочнения сплава, его влияние сказывается в образовании по границам зерен карбидов титана, что приводит к понижению ударной вязкости, поэтому содержание углерода должно быть минимальным.

Никель определяет инварность сплава, следовательно, даже после упрочняющей обработки, при которой часть никеля выходит из твердого раствора, его содержание в нем не должно быть меньше 34-38 мас.%. Поскольку при старении выходит из твердого раствора максимально 12 мас.% никеля, интервал его концентрации должен быть 34-50 мас.%, в зависимости от количества упрочняющей фазы.

Титан - упрочнитель. Необходимый комплекс свойств возникает после старения, при котором выделяются частицы упрочняющей фазы Ni₃Ti. Для увеличения пластических свойств сплава и интервала стабильности при минимальном ТКЛР необходимо, чтобы частицы упрочняющей фазы имели сферическую форму и ТКЛР меньше, чем соответствующее значение для матрицы. В этом случае при нагреве состаренного сплава в нем будут возникать сжимающие напряжения, что уменьшит рост ТКЛР с ростом температуры и таким образом расширит интервал стабильности. Этого можно достичь, легировав сплав дополнительно алюминием, при этом образуются в процессе старения сферические частицы Ni₃(Al, Ti) [3] . Нижний предел концентрации титана и алюминия определяется их растворимостью в аустените, верхний - возможным охрупчиванием сплава.

Ниобий вводится как дополнительный упрочнитель, поскольку при нагреве железо-никелевого аустенита с ниобием образуются дисперсные частицы фазы Ni₃Nb, которые дополнительно упрочняют материал. Более 3 мас.% ниобия вводить не следует из-за возможного охрупчивания.

Молибден вводится для уменьшения преимущественного выделения частиц упрочняющих фаз по границам зерен, что приводит к увеличению ударной вязкости. Максимальное количество молибдена, необходимого для этой цели, не более 2,2 мас.% [4].

В табл. 1 приведены составы испытанных сплавов, в табл. 2 - их свойства. Сплавы выплавляли в 10-кг индукционной печи из свежих шихтовых материалов. Слитки ковали на квадрат 14 мм, из него изготавливали образцы. ТКЛР определяли на дилатометре "Линцейс" при увеличении 1000 и скорости нагрева 3-10 град/мин на образцах длиной 45 мм. Точность определения ТКЛР 5 ^. 10^-8 К^-1.

Анализируя приведенные данные видно, что разработанный сплав, имея ТКЛР 0,3-3,0 ^. 10^-6 К^-1 в интервале 20-600^оС при прочности 1220 МПа значительно превосходит сплав-прототип.

Формула изобретения

ВЫСОКОПРОЧНЫЙ ИНВАРНЫЙ СПЛАВ, содержащий углерод, никель, титан, молибден, ниобий и железо, отличающийся тем, что он дополнительно содержит алюминий при следующем соотношении компонентов, мас.%: Углерод 0,001 - 0,1 Никель 34 - 50 Титан 0,5 - 3 Молибден 0,001 - 2,2 Ниобий 0,001 - 3
Алюминий 0,3 - 3
Железо Остальное

РИСУНКИ

Рисунок 1