CN102517503A - 可塑性好且长寿命的铁铬铝合金 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种可塑性好且长寿命的铁铬铝合金，其包括(以重量百分比计)：铬：13.5-14.5％，铝：3.5-4.5％，碳：≤0.03，硅：＜0.24％，钛：0.3-0.5％，钒：0.25-0.35％，铁：余量。本发明控制合金中的碳含量：碳对铁铬铝合金的抗氧化性起着有害的作用，降低碳含量可避免有害碳化物和氮化物的形成，从而改善合金的塑性。合理的铝铬含量配比：铁铬铝系合金的氧化速度随铝铬含量的增加而下降，但塑性随铝铬含量的增加而恶化。钛的掺杂：提高合金的抗渗氮能力和抗腐蚀能力。钒的添加：能细化合金的组织品粒，提高晶粒粗化温度，降低合金的过热敏感性，与硅形成的硅化物具有较高的硬度及化学稳定性。
Description
技术领域
本发明涉及合金及其制作工艺，具体是一种可塑性好且长寿命的铁铬铝合金。
背景技术
标准电热合金的化学成分(GB/T1234-1995)
铁铬铝合金是一种重要的电热合金，由于成分中存在大量的Cr、Al，在高温时，合金表面会形成致密的氧化膜，延长合金材料的使用寿命。高的铝含量使合金具有高的电阻率，可有效地将电能转换为热能，节省电热材料。另外，其优良的高温抗氧化性能及便宜的价格，更是为大量使用创造了条件。缺点是铁索体合金存在低温脆性、475℃脆性及高温脆性。475℃脆性是由调幅分解产物富铬α′相的析出引起的，与合金含铬量密切相关。
选用1Cr13Al4合金为研究本体，通过铬含量及热处理条件的严格控制，可以避免475℃脆性和常温脆性，其最大的缺点是具有明显的高温脆化倾向。究其原因，焊接时的高温使焊缝和热影响区晶粒粗化，致使合金脆化，最终导致电热元件使用寿命缩短。因此，如何改善铁铬铝合金的可塑性、增加其使用寿命，一直是该研究领域的技术难题。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种成本较低廉的可塑性好且长寿命的铁铬铝合金。
为了解决上述技术问题，在标准1Cr13Al4化学成分的基础上加以调整元素含量，并联合添加了少量的Ti和V，现包括(以重量百分比计)：
铬：13.5-14.5％，
铝：3.5-4.5％，
碳：≤0.03％，
硅：＜0.24％，
钛：0.3-0.5％，
钒：0.25-0.35％，
铁：余量。
作为优化的方案，所述碳的重量百分比含量≤0.01％。
本发明的上述技术方案相比现有技术具有以下优点：
(1)本发明控制合金中的碳含量：FeCrAl合金的平均晶粒尺寸随温度升高而增长，晶粒长大后通过损害晶粒间的协调变形能力降低合金的均匀应变，高温加热后的碳原子在冷却过程的偏聚和析出使晶粒丧失变形能力。因此，合金的碳含量在很大程度上影响高温脆化，对铁铬铝合金的抗氧化性也起到有害的作用。研究表明：降低合金中碳含量使C≤0.01％，可基本上避免有害碳化物和氮化物的形成，从而显著地改善合金的塑性。在经济上可行的情况下，含碳量越低越好。技术上可采用真空精炼方法可以实现这个目标。
(2)本发明的铝铬含量配比合理：铁铬铝系合金在高温时，表面形成致密的氧化铝氧化膜，可减少合金的氧化。合金的氧化速度随铝铬含量的增加而下降，但塑性随铝铬含量的增加而恶化。由于提高合金的抗氧化性能同提高合金的最高使用温度的一致性，铝的作用更显得更为重要。所以合理的铝铬含量配比显得尤为重要。
(3)本发明的硅含量的限度：硅不仅能提高抗氧化性能，也具有良好的抗渗碳能力，但含硅量必须限制在0.5％以下，因为过量的硅能显著降低合金的塑性。
(4)掺杂Ti元素的优势：铁铬铝合金在高温高纯氮低露点的气氛下会发生氮化反应，使其不能发挥它使用温度高的优势。而向合金中加入元素钛可以显著改善其抗渗氮能力。添加的钛扩散至合金丝表面形成致密的氧化钛层，保护合金不被氮继续渗入，从而增加了合金的抗渗氮能力。另外，有研究表明：适量的钛有利于细化合金的晶粒，对室温抗拉强度也有一定的提高作用。
(5)添加钒元素的优势：钒元素是合金中的“维生素”，加入0.25-0.35％的钒可细化合金的组织品粒，提高晶粒粗化温度，从而降低合金的过热敏感性。钒属于高熔点金属，高熔点金属的添加可以大大提高电热合金的工作温度，而且与硅形成的硅化物具有较高的硬度及化学稳定性。值得注意的是，高熔点金属在大气中极易氧化，必须在保护气氛中、真空中才可以正常使用。
具体实施方式
实施例1
本实施例的可塑性好且长寿命的铁铬铝合金包括(以重量百分比计)：
铬：13.6％，
铝：4.0％，
碳：0.01％，
硅：0.23％，
钛：0.45％，
钒：0.30％，
铁：余量。
所述铁铬铝合金的冶炼工艺：真空感应炉冶炼----电渣重熔---热轧开坯---冷轧---退火处理。
实施例2
本实施例的可塑性好且长寿命的铁铬铝合金包括(以重量百分比计)：铬：14％，铝：4.5％，碳：≤0.02％，硅：＜0.2％，钛：0.30％，钒：0.25％，铁：余量。
实施例3
本实施例的可塑性好且长寿命的铁铬铝合金包括的各主要成分的重量百分比含量为：铬：14.5％，铝：3.5％，碳：≤0.02％，硅：0.2％，钛：0.50％，钒：0.35％，铁：余量。
显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而这些属于本发明的精神所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之中。
Claims (2)
1.一种铁铬铝合金，其特征在于包括(以重量百分比计)：
铬：13.5-14.5％，
铝：3.5-4.5％，
碳：≤0.03％，
硅：＜0.24％，
钛：0.3-0.5％，
钒：0.25-0.35％，
铁：余量。
2.根据权利要求1所述的铁铬铝合金，其特征在于：所述碳的重量百分比含量≤0.01％。
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