[发明专利]一种高硬度无磁镍铬合金及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种镍基合金，特别涉及一种具有高硬度无磁性的镍铬合金。

背景技术

本发明的合金属于精密合金领域中的弹性合金范畴中的高弹性合金。该合金可以用于仪器仪表等精密机械领域，如轴尖、张丝、游丝、发条、弹簧、膜片及轴承、滚珠、冲压模具、刀具等，具有广泛的应用背景。

高硬度无磁高弹性合金包括Co基和Ni基合金，目前形成的产品牌号主要有：3J21（Co40Cr20Ni16Fe15Mo7）、3J22（Co40Cr20Ni16Fe15Mo4W4）、3J23（Co40Cr20Ni16Fe15Mo4W4Ce）、3YC11（Co42Ni25Cr18Mo4W10Ce）、3YC15（Co26Ni16Cr40W17AlCe）等Co基合金及3J40（Ni55Cr40Al3.5Ce）Ni基合金。3J21、3J22、3J23、3YC11、3YC15属于形变强化型Co基合金，必须通过很大的冷变形以后再经时效才会表现出良好的弹性性能，其HRc硬度均在65以下，其χv体积磁化率均在400×10-6以上。3J40属于沉淀强化型合金，在固溶状态下具有良好的塑性，时效处理后可获得很大程度的强化，单纯的时效热处理可以使3J40的HRc硬度提高20以上，3J40的固溶+时效和冷变形+时效状态，其HRc硬度值最高分别可达59和64，其χv体积磁化率均在40×10-6以上。以上高强度无磁高弹性合金经过30几年的发展，凭借其良好的综合性能，目前获得了广泛的应用。随着科技的发展，在某些特殊行业中，对该类高强度无磁性弹性合金提出了更高的要求以满足目前的使用要求。

发明内容

本发明的目的是提出一种具有高硬度低磁性的镍铬合金材料，通过对合金成分的设计和优化完成。

本发明的另一个目的是提供了上述合金的制备方法，通过调整该成分合金的制备工艺来实现高硬度和无磁性的目的。

为实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：

一种高硬度无磁镍铬合金，该合金的成分按重量百分比为：Cr：37～38，Al：3.3～3.5，W：1.6～2.3，Y：0.005～0.03，C≤0.015，S≤0.010，P≤0.010，Si≤0.10，Mn≤0.015，其余为Ni；

该合金通过冶炼、均匀化处理、开坯和热轧、固溶处理、冷拉和时效处理步骤制备。

该合金在使用状态金相组织为：晶粒细小的奥氏体基体和析出的γ′强化相Ni₃Al、α-Cr相和微量的WC。

固溶处理过程得到晶粒细小的单相奥氏体组织。

所述固溶处理过程中析出球状α-Cr相，时效处理过程中Al与基体的Ni产生γ′强化析出相Ni₃Al。

一种高硬度无磁性的镍铬合金的制备方法，包括如下步骤：

1）配料并熔炼，该合金的成分按重量百分比为：Cr：37～38，Al：3.3～3.5，W：1.6～2.3，Y：0.005～0.03，C≤0.015，S≤0.010，P≤0.010，Si≤0.10，Mn≤0.015，其余为Ni；采用真空感应和真空自耗双联真空熔炼，真空度≤1×10-1Pa；

2）均匀化退火处理：将合金锭置于高温炉中于1100-1200℃下保温0.5-2小时；

3）开坯、热扎：扒皮锭开坯时低于600℃装炉，经1190～1210℃保温0.5-1小时后锻造成方坯，然后在1190～1210℃保温0.5-1后热轧成盘圆；

4）固溶处理：在1180～1200℃下保温20～60分钟，迅速淬水，获得晶粒细小的单相奥氏体组织；

5）冷拉：盘圆经冷变形得到所需尺寸的表面无划痕产品；

6）时效处理：冷拉后的棒材在500-625℃下保温4-5小时。

所述固溶处理过程得到晶粒细小的单相奥氏体组织。

所述固溶处理过程中析出球状α-Cr相，时效处理过程中Al与基体的Ni产生γ′强化析出相Ni₃Al。

所述冷拉步骤的变形量为75%-90%。