專(zhuān)利名稱(chēng)：鐵鋁基高電阻電熱合金的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是一項(xiàng)新型的高電阻電熱合金材料。
目前工業(yè)上用于1300℃以下的電熱元件主要采用鎳鉻合金(如Cr20Ni80，Cr15Ni60)和鐵鉻鋁合金(如OCr25Al和OCr13Al6Mo2)。鎳鉻合金不僅價(jià)格昂貴，而且當(dāng)溫度大于1000℃時(shí)，其抗氧化性能顯著下降。鐵鉻鋁合金雖然成本低于鎳鉻合金，但是在高溫下使用時(shí)，由于內(nèi)部晶粒長(zhǎng)大，很容易發(fā)生脆斷。因此當(dāng)使用溫度超過(guò)1000℃時(shí)，用上述兩種電熱合金加工成的電熱元件使用壽命不能很好地滿足工業(yè)產(chǎn)品的需要。
本項(xiàng)發(fā)明之目的在于給出一種既具有良好抗氧化性能、同時(shí)也具有高電阻率的、適于用作溫度在1300℃以下電熱元件的、低成本的電熱合金材料。
本項(xiàng)發(fā)明的電熱合金的化學(xué)成分以Fe和Al為基本元素，添加了微量的稀土元素Ce和少量的Cr，Mn或W，Mo，Nb等，發(fā)明的具體內(nèi)容是Fe-(24-32)Al-(0.01-0.2)Ce-(1-6)a其中a為Cr和Mn中的一種元素或兩種。
上述合金配方中各合金元素的作用分別為AlAl是本項(xiàng)發(fā)明中的主要合金元素，它和Fe形成Fe3Al金屬間化合物。和一般鐵基電熱合金相比，這種Fe3Al金屬間化合物具有優(yōu)異的抗高溫氧化性能和很高的電阻率。
Ce微量Ce的合金化，它可以提高合金的綜合力學(xué)性能(室溫屈服強(qiáng)度和塑性、高溫強(qiáng)度和抗蠕變能力)。Ce的加入還可以細(xì)化晶粒，從而改善合金的加工性能。
CrCr在Fe3Al金屬間化合物中是固溶的。它對(duì)改善合金性能的作用表現(xiàn)在兩方面一是提高合金的電阻率；二是提高合金的室溫塑性。
MnMn的作用和Cr相似，但它能顯著改善合金的抗蠕變性能。由于Mn的價(jià)格遠(yuǎn)低于Cr，因而對(duì)使用要求不高的電熱元件，可以多加Mn而少加Cr。
和目前工業(yè)上常用的電熱合金相比，本項(xiàng)發(fā)明的主要優(yōu)點(diǎn)是1)本項(xiàng)發(fā)明的電熱合金的電阻率高于鎳鉻電熱合金和鐵鉻鋁電熱合金。2)本項(xiàng)發(fā)明的電熱合金的抗高溫氧化性能優(yōu)于其它電熱合金。3)本項(xiàng)發(fā)明的電熱合金中所加入的鉻、鉬、鈮等合金元素量很少，因此成本低于其它的電熱合金。
為了說(shuō)明本項(xiàng)發(fā)明合金的性能特點(diǎn)，下面的各表中列出了一些合金的性能指標(biāo)。
表1中列出了3種合金的成分，這三種合金成分分別在本項(xiàng)發(fā)明規(guī)定的三種成分范圍之內(nèi)。
表2中列出了三種合金的室溫電阻率。為了便于比較表中還列出了OCr25Al5和Cr20Ni80的室溫電阻率。
表3列出了三種合金在700℃，850℃，1100℃，1200℃的氧化性能。從表可見(jiàn)，700℃到1200℃溫度范圍內(nèi)，本項(xiàng)發(fā)明的電熱合金均具有優(yōu)良的抗氧化性能。對(duì)比表中所列的OCr25Al5電熱合金在等同條件下的氧化試驗(yàn)結(jié)果可見(jiàn)，本項(xiàng)發(fā)明合金的抗氧化性能優(yōu)于OCr25Al5電熱合金。
為了進(jìn)一步提高合金的電阻率，改善合金的抗蠕變性能，便適于在1100～1300℃下使用，本發(fā)明可按下述配方進(jìn)一步實(shí)施(1)Fe-(24-32)Al-(0.01-0.2)Ce-(0.01-0.3)Zr-(1-6)a-(0.1-2)b(2)Fe-(24-32)Al-(0.01-0.2)B-(0.01-0.3)Zr-(1-6)a-(0.1-2)bb為W，Mo，Nb中的一種或幾種元素。
WW在本項(xiàng)發(fā)明的合金中部分固溶。W有強(qiáng)烈的細(xì)化晶粒的作用。W的加入大幅度地提高了合金的高溫強(qiáng)度和抗蠕變性能，同時(shí)提高了合金的電阻率。
MoMo在本項(xiàng)發(fā)明中的作用和W相似。單獨(dú)加Mo對(duì)改善合金性能的效果不很顯著，但Mo和Nb或W同時(shí)使用，對(duì)改善合金的高溫性能十分有效。
NbNb在本發(fā)明的合金中是不固溶的。它和Fe形成化合物的形式分布于Fe3Al基體內(nèi)。Nb能有效地提高合金的的抗蠕變性能和使用溫度超過(guò)1000℃時(shí)合金的抗氧化性能。
ZrZr也具有強(qiáng)烈地細(xì)化晶粒作用。Zr和Mo或Nb同時(shí)使用時(shí)可以進(jìn)一步提高合金的高溫力學(xué)性能。
B微量B的加入有助于改善合金的塑性和加工性能。
本項(xiàng)發(fā)明的電熱合金可以采用如下工藝制備1)用真空感應(yīng)電爐或一般大氣氣氛中的感應(yīng)電爐熔煉本發(fā)明成分范圍的合金，隨后澆注成圓形或矩形截面的鑄錠。
2)鑄錠在1000℃均勻化退火8-10小時(shí)，熱鍛成截面為φ40mm(圓形截面)或40×40mm(正方形截面)的長(zhǎng)棒。
3)采用熱軋工藝方法可將鍛錠加工成棒材或帶材。起軋溫度為1000℃-1100℃，終軋溫度為700℃，道次形變量少于25％。
4)對(duì)于熱軋加工成的棒材，可以用冷拉工藝?yán)纬山z或線材。每道次形變量少于15％，每拉兩道次后，需加熱退火，退火溫度為800℃-850℃，退火時(shí)間為1小時(shí)。
表1幾種典型合金的化學(xué)成分(at％)合金 Al Cr Mn W Mo Nb Zr B Ce Fe 雜質(zhì)1 26 3 20.15 余量 ＜0.052 28 5 0.5 0.5 0.1 0.05 余量 ＜0.053 26 3 2 0.5 0.5 0.1 0.05 余量 ＜0.05表2幾種合金的室溫電阻率(Ωmm2/m)合金123OCr25Al5Cr20Ni80電阻率 1.82 2.06 1.991.4 1.10表3大氣環(huán)境中氧化試驗(yàn)結(jié)果試驗(yàn)溫度氧化時(shí)間氧化增重合金 ℃ 小時(shí) mg/cm21 700℃100 0.082 700℃100 0.123 700℃100 0.121 850 100 0.102 850 100 0.143 850 100 0.151 1100 200 0.782 1100 200 0.783 1100 200 0.80OCr25Al5 1100 200 1.371 1200 500 3.72 1200 500 4.03 1200 500 3.9OCr25Al5 1200 500 4.8
權(quán)利要求
1.一種具有良好抗氧化性能和高電阻率的、適于用作溫度在1300℃以下電熱元件的鐵鋁基高電阻電熱合金，以Fe和Al為基本元素，添加了微量的稀土元素Ce和少量的Cr、Mn或W、Mo、Nb等，合金的配方為Fe-(24-32)Al-(0.01-0.2)Ce-(1-6)a其中a為Cr和Mn中的一種或兩種。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鐵鋁基高電阻電熱合金，為進(jìn)一步改善合金高溫性能，合金配方如下Fe-(24-32)Al-(0.01-0.2)Ce-(0.01-0.3)Zr-(1-6)a-(0.1-2)b其中a為Cr和Mn中的一種或兩種。b為W、Mo、Nb中的一種或幾種。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的鐵鋁基高溫合金，通?？梢訠換取Ce，合金配方如下Fe-(24-32)Al-(0.01-0.2)B-(0.01-0.3)Zr-(1-6)a-(0.1-2)b其中a為Cr和Mn中的一種或兩種。b為W、Mo、Nb中的一種或幾種。
全文摘要
鐵鋁基高電阻電熱合金是一種抗氧化性能好、電阻率高、綜合力學(xué)性能優(yōu)良、成本低廉的電熱材料。它以Fe
文檔編號(hào)C22C38/28GK1155590SQ9611682
公開(kāi)日1997年7月30日 申請(qǐng)日期1996年1月22日 優(yōu)先權(quán)日1996年1月22日
發(fā)明者孫揚(yáng)善, 梅建平, 余興泉, 黃海波 申請(qǐng)人:東南大學(xué)