[发明专利]一种高强度低膨胀系数合金线材及其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种合金及其制造方法，尤其涉及一种合金线材及其制造方法。

背景技术

因瓦合金Fe-36Ni，化学成分为：C≤0.05％，Si≤0.20％，P≤0.020％，S≤0.020％，Ni：35.7～37.0％，Mn：0.20～0.60％，其余为Fe和不可避免的杂质，是一种低膨胀系数合金，其在20～100℃和20～300℃温度范围内，膨胀系数分别为≤1.5×10^-6/℃和≤5.1×10^-6/℃。由于非常低的膨胀系数，因瓦合金得到了广泛的应用。例如，可用于制造标准尺、液化天然气船船舱内壁、碳纤维复合材料模具等。但是普通因瓦合金的强度很低，约为400～500MPa，这限制了其在低膨胀结构件中的使用。

目前提高因瓦合金强度的主要方法是以Fe-36Ni合金为基体，通过添加碳和碳化物形成元素实现提高合金强度的目的。例如，添加C和V使合金中析出碳化钒，依靠这种析出强化来提高合金的强度。但是在只添加V的情况下，因瓦合金的强度一般小于1100MPa，而且塑性和扭转特性均较差。

公开号为CN1114366，公开日为1996年1月3日，名称为“高强度超因瓦合金及其生产方法”的中国专利文献，通过添加C和Nb，使FeNi因瓦合金的抗拉强度≥1150MPa。

公开号为JP2003082439，公开日为2003年3月19日，名称为“具有良好强度和扭转特性的低膨胀合金线材及其制造方法”(INVAR ALLOY WIRE HAVING EXCELLENT STRENGTH AND TWISTING PROPERTY，ANDPRODUCTION METHOD THEREFOR)的日本专利文献公开了一种低膨胀合金线材，其化学成分为：C：0.20～0.40％，Si≤0.8％，Mn≤1.0％，P≤0.050％，Mo：1.5～6.0％，V：0.05～1.0％，Mo/V≥1.0且(0.3Mo+V)≥4C，其余为Fe和不可避免的杂质)，该技术方案采用C、Mo、V联合添加，形成弥散型碳化物。该合金在20～230℃内的平均线热膨胀系数≤3.7×10^-6/℃；在230～290℃内平均线热膨胀系数≤10.8×10^-6/℃，抗拉强度≥1300MPa。

公开号为CN1743490，公开日为2006年3月8日，名称为“一种高强度因瓦合金及其合金线材的生产方法”的中国专利文献，采用复合碳化物强化的方法，在保持了常规Fe-36Ni因瓦合金的低膨胀特性(在20～240℃内，α≤2.5×10^-6/℃；在20～290℃内，α≤4.5×10^-6/℃)和扭转特性(扭转值≥40)，同时使得合金线材的强度达到了1300MPa。

综上所述，现有高强度因瓦合金线材的强度一般在1300MPa左右。

发明内容

本发明的目的是提供一种高强度低膨胀系数合金线材以及其制造方法，旨在在保持较低的膨胀系数的同时，较之现有同类合金线材，提高本发明所述的合金线材的强度，从而提高合金线材的使用性能，扩大其使用范围。

本发明所述的合金线材采用金属间化合物强化和冷变形强化的强化方式，在Fe-36Ni因瓦合金化学成分基础上，通过有效的利用Ti、Al，并将其限制在适当的成分范围内，采用合理的加工工艺，形成弥散分布的Ni₃(Ti，Al)强化相，在确保合金线材具有低的热膨胀系数的前提下，使得合金线材的抗拉强度达到1500MPa以上，有效地解决了因瓦合金线材强度低的问题。

根据上述发明目的和发明构思，本发明提供了一种高强度低膨胀系数合金线材，其基体为奥氏体，所述奥氏体基体上弥散分布着Ni₃(Ti，Al)，所述高强度低膨胀系数合金线材的各化学元素质量百分配比为：C≤0.05％；Si≤0.50％；Mn≤0.60％；Ni：36.0～42.0％；Ti：1.5～3.0％；Al：0.3～1.0％；余量为Fe和其他不可避免的杂质。

优选地，所述的高强度低膨胀系数合金线材还包括Co：≤4.5wt％，且满足Ni+Co为39.0～44.0wt％。

优选地，所述的高强度低膨胀系数合金线材还包括质量百分配比为≤0.1％的稀土元素、质量百分配比为≤0.02％的B以及质量百分配比为≤0.02％的Ca中的一种或两种。

本技术方案的化学成分设计原理如下：