[发明专利]耐热合金丝

说明书

技术领域

本发明是关于Ni基或Ni-Co基的耐热合金丝，它具有γ相(奥氏体)金属组织，主要用于要求必须具有耐热性质的各种部件用的弹簧材料，例如发动机部件、核电站部件、和内燃机部件。

背景技术

作为用在汽车发动机排气系统中的弹簧材料，通常将奥氏体不锈钢用作耐热钢，如，SUS 304，SUS 316，或SUS 631J1，已被用于常温到350℃的运行温度范围内。Ni基耐热合金，如Inconel×750或Inconel 718(商标名称)已被用作超过400℃高温的部件材料。

最近，作为对环境保护的方法，要求更严格控制汽车尾气的排放。这种要求促进了一种趋势，为了提高发动机和催化剂的效率，要提高排气系统的温度。结果，至今，通常在约600℃使用的弹簧的运行温度已提高到约650℃，在这种情况下，甚至Ni基耐热合金，如Inconel×750或Inconel 718，在耐热性质上都是不够的，特别是高温下的抗弹力减弱性，该性质是耐热弹簧所必要。

在这种情况下，考虑到Ni-Co基耐热合金，如Waspaloy和Udimet 700(商标名称)，到目前为止，作为合金，它可用于最高温下。然而，在高温下，仍不能满足优良的抗弹力减弱性的要求。

上面提到的Ni基合金和Ni-Co基合金是增强合金，其中γ′相(具有Ni₃Al为基本形式的沉淀相)密集地沉淀在γ相(奥氏体相)中，起到基质的作用。必须控制基质中的组织和γ′相以改进耐热性质。

公开的日本专利申请特公昭48-7173，为了获得600℃以上的高温强度，限定添加元素，如Mo、W、Al、Ti、Nb、Ta和V的量及比率。

另一公开的日本专利申请特公昭54-6968，为了获得高温强度，抗腐蚀和抗脆裂性，限定Mo和W的加入量及加入比，并限定Ti和Al的加入量及加入比。

然而，这些发明的焦点主要是利用控制沉淀相以改进耐热性质(主要是高温强度)，而不是改进超过600℃的耐热弹簧所要求的抗弹力减弱性。耐热弹簧的合金丝是通过以下步骤生产的，即，熔融、淬火、轧制、锻造、溶液热处理、拉丝、制成弹簧，和老化热处理。在进行上述过程时基质(γ相)中形成晶体组织和改变晶粒直径，对于产品的耐热性质有明显的影响。

鉴于以上情况，本发明的主要目的是提供一种耐热合金丝，在600-700℃的高温下具有极好的抗弹力减弱性，这种特性是弹簧材料所强烈要求的。通过控制Ni基或Ni-Co基耐热合金的基质，即γ相的晶粒直径，和通过控制γ′相[Ni₃(Al，Ti，Nb，Ta)]的沉淀，可获得极好的抗弹力减弱性。

发明公开

本发明的耐热合金丝具有以下特征：

(a)含有0.01-0.40％重量C，5.0-25.0％重量Cr和0.2-8.0％重量Al。

(b)至少含有选自以下的一种成分：1.0-18.0％重量Mo、0.5-15.0％重量W、0.5-5.0％重量Nb、1.0-10.0％重量Ta、0.1-5.0％重量Ti、和0.001-0.05％重量B、

(c)至少含有选自以下的一种成分：3.0-20.0％重量Fe，和1.0-30.0％重量Co。

(d)剩余部分主要包括Ni和不可避免的杂质。

(e)抗拉伸强度为1400N/mm²以上1800N/mm²以下。

(f)平均晶粒直径以横截面计为5μm以上50μm以下。

(g)晶粒的纵横比(长轴/短轴比)以纵截面计为1.2-10。

本发明的合金丝主要用作弹簧材料，因此，在经过拉丝工序后，通过盘绕工序形成弹簧。考虑到盘绕工序所要求的抗拉伸强度和加工时断裂的可能性，要求合金丝必须具有1400～1800N/mm²的抗拉伸强度。

如果以纵截面计晶粒的纵横比，为低于1.2或高于10，则不可能在高温下获得足够的抗弹力减弱性。

为了进一步改进耐热性质，要求合金丝在经受盘绕工序前，以其横截面计必须具有不小于10μm的平均晶粒直径。这个下限是为了减少晶粒间界数，以使在晶粒间界产生滑动时，能减少总的位移。如果以截面计，平均晶粒直径为50μm或更大时，则在室温下，形成弹簧工序所要求的抗拉伸强度达不到。因此，直径必须小于50μm。以截面计平均晶粒直径相当上述γ相中的粒径。