專利名稱：適合于含氟環(huán)境下使用的時效硬化Ni-Cu-Al合金的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于時效鋼技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種適合于含氟環(huán)境下使用的時效硬化Ni-Cu-Al合金，適合于含氟環(huán)境下使用。
背景技術(shù)：
傳統(tǒng)Ni-Cu-Al (MonelK-500)合金是一種奧氏體型鎳基耐蝕合金,合金化學(xué)成分的重量百分含量為:C:0 O. 03，Si :0 I. O, Al :2· 3 3. 1，Cu :28. O 34. 0，Ti :0· 3 1.0，余量為Ni。目前主要在海洋環(huán)境下的軸系、緊固件及石油化工特殊腐蝕環(huán)境下使用。Ni-Cu-Al合金主要通過合金中的Al、Ti元素在時效過程中產(chǎn)生細小的金屬間化合物強化以及和Si元素的相互作用，具有較高的強度和一定的抗腐蝕性能，適合在其時效溫度下的溫度范圍內(nèi)使用。 但是由于傳統(tǒng)合金中含有Si元素，若在含氟環(huán)境中使用時，合金中的Si元素與氫氟酸容易發(fā)生化學(xué)反應(yīng)SiO2(s)+4 HF(aq) — SiF4(g) + 2 H2O,加速合金材料的腐蝕速度，因此合金的抗腐蝕性能限制了合金的使用范圍。同時，在一些特殊的使用環(huán)境下，由于Ti元素會污染物料，因此對使用材料中的Ti元素也進行了嚴格限制。在合金研制過程中，通過大量的試驗發(fā)現(xiàn)，在其他成分不變的情況下，若僅僅降低Ti含量，合金的時效強化效果顯著下降，強度大幅降低；而對于Si元素而言，若減低合金中的Si含量，即便Al、Ti含量不變，合金在后續(xù)的時效過程中，亦幾乎無時效強化，強度顯著下降，無法做為高強度的合金進行使用。因此，如何保證合金在不添加Si、Ti元素的情況下，顯著提高合金在含氟環(huán)境中的抗腐蝕性能，并保證具有相同的強度水平，作為高強度合金使用成為此類終端用戶和材料研發(fā)人員的主要問題，亦是本專利的技術(shù)關(guān)鍵。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種適合于含氟環(huán)境下使用的時效硬化Ni-Cu-Al合金，作為高強度材料在含氟環(huán)境中使用，既可以保證合金在一定溫度范圍內(nèi)具有高的強度和耐磨性能，同時有較高的抗腐蝕性能，而且不需要添加貴重的合金元素，成本更低，適合氟化工業(yè)設(shè)備中的使用。本發(fā)明合金化學(xué)成分的重量百分含量為C :0 O. 01，Si 0 O. 01，Al 3. 8 4. 0，Cu 28. O 32. O, Ti 0 O. 05，余量
為Ni。本發(fā)明成分的合金在400 700°C保溫時效過程中，有細小的金屬間化合物析出，產(chǎn)生彌散強化，適合用于強度要求高、耐氟腐蝕的苛刻使用環(huán)境。能通過不同溫度的時效提高其硬度，并且具有較高的抗腐蝕性能。本發(fā)明技術(shù)方案的原理如何在保證合金強度基本不變的基礎(chǔ)上，大幅提高合金在含氟環(huán)境中的抗腐蝕性能，使合金適用于含氟環(huán)境，是本發(fā)明的技術(shù)關(guān)鍵。通過大量試驗發(fā)現(xiàn)，Si元素在合金時效過程中起促進金屬間化合物的析出的作用，同時，通過改變合金中的Al元素含量，依靠合金在時效過程中產(chǎn)生Al3Ni析出，時效強化，補充強化效果。Al和Si含量對合金臨界析出硬化的影響見圖2。同時發(fā)現(xiàn)如果增加Al含量至3. 8%，合金中不添加Si，也能夠產(chǎn)生時效強化。在不添加Si，其它成分不變的情況下，正常處理后材料的微觀組織圖見圖3，可以看出無第二相析出。當(dāng)合金中的Al含量大于3. 8%時，微觀組織中出現(xiàn)了大量的彌散析出，能產(chǎn)生強化，見圖4及圖I。另外，試驗表明，降低合金中Si含量后，發(fā)明合金的抗氟性能顯著提高，本發(fā)明合金與原合金在10%HF溶液中的腐蝕率的比較見圖5?？梢园l(fā)現(xiàn)本發(fā)明在含氟環(huán)境中，合金的抗腐蝕性能得到提高。 因此，在合金設(shè)計中通過降低Si含量、Ti含量，并提高Al含量，尤其是在Al ^ 3. 8%的含量范圍內(nèi)，發(fā)明合金可以達到與原合金相同的強度級別，而且合金在含氟環(huán)境中的抗腐蝕性能顯著提高。本發(fā)明合金的設(shè)計特點如下在含氟環(huán)境下使用的傳統(tǒng)MonelK-500合金，由于成分中含有一定的Si元素，Si會與F優(yōu)先反應(yīng)，合金的耐腐蝕性能顯著降低。因此在新合金設(shè)計時，不再添加Si元素。由于Si元素的取消，合金在原成分將不會產(chǎn)生時效強化，因此將Al含量提高到3. 8%以上。發(fā)明合金的強度高，在含氟環(huán)境中的抗腐蝕性能更優(yōu)且成本更低。本發(fā)明在成分上特點為不含Si、Ti元素，Al含量范圍為3. 8 4. 0%。適合于含氟環(huán)境下使用的高強度合金?？梢栽诤h(huán)境下使用的特殊合金，在不降低其強度的前提下，顯著提高其在含氟環(huán)境中的耐蝕性能。


圖I為Ni-Cu-Al合金時效時間與硬度的關(guān)系圖。其中，All為Al含量2. 50%，A12為 Al 含量 3. 28%，A13 為 Al 含量 3. 86%, A14 為 Al 含量 4. 07%。圖2為Al和Si含量對Ni-Cu-Al合金臨界析出硬化的影響圖。圖3為不含Si元素的合金正常處理后的微觀組織圖。圖4為Al含量> 3. 8%的合金微觀組織中出現(xiàn)的大量彌散強化析出。圖5為本發(fā)明合金與傳統(tǒng)合金的沖擊性能的對比。圖6為本發(fā)明合金與傳統(tǒng)合金在10%HF溶液中的抗腐蝕性能的對比。圖7為本發(fā)明合金與傳統(tǒng)合金的晶間腐蝕性能對比。圖8為本發(fā)明合金與傳統(tǒng)合金的點蝕電位對比
具體實施例方式采用真空感應(yīng)加電渣重熔冶煉工藝，分別冶煉I爐發(fā)明合金和I爐傳統(tǒng)MonelK500合金。本發(fā)明合金的化學(xué)成分重量百分含量為C :0. 002，Si :0. 012，Al :3. 86，Cu :29. 95，Ti <0.01,S 0. ΟΟΙ,Ρ < 0. 005，Mn :0. 91，余量為Ni ;傳統(tǒng)合金的化學(xué)成分重量百分比含量為C 0. 006，Si 0. 46，Al :2. 62，Cu :29. 27，Ti :0. 48，S :0. 001, P < O. 005, Mn :1. 00，余量為Ni。經(jīng)鍛造軋制后，進行固溶+時效工藝熱處理，進行沖擊韌性試驗、10%HF溶液腐蝕試驗、EPR法耐晶間腐蝕試驗和點蝕電位測量。圖5為本發(fā)明合金與傳統(tǒng)合金的沖擊性能的對比，本發(fā)明合金的沖擊韌性為209KJ，比傳統(tǒng)合金174KJ沖擊韌性值提高了約20%。圖6為本發(fā)明合金與傳統(tǒng)合金在10%HF溶液中的抗腐蝕性能的對比，本發(fā)明合金的年腐蝕率為O. 545mm，而傳統(tǒng)合金的年腐蝕率為 O.595，年腐蝕率降低了約8%。圖7為兩種合金在IM H2S04+0. OlM KSCN溶液中的EPR法測量晶間腐蝕性能試驗結(jié)果對比，其中Ra值越大表征合金的耐晶間腐蝕敏感性越高?？梢钥闯?，本發(fā)明合金的晶間腐蝕敏感性比傳統(tǒng)合金顯著降低。圖8為兩種合金在O. 42M NaF溶液中(pH=7)中的點蝕電位對比，相對于傳統(tǒng)合金，本發(fā)明合金的Eb和EblOO值分別從169mV和 267mV 提高到 184mV 和 274mV。綜合以上試驗可以看出，本發(fā)明合金的沖擊韌性和含氟環(huán)境中的耐腐蝕性能相比傳統(tǒng)合金有顯著的提高。
權(quán)利要求
1.一種適合于含氟環(huán)境下使用的時效硬化Ni-Cu-Al合金，其特征在于，合金化學(xué)成分的重量百分含量為C :0 0. 01,Si 0 0. 01,A1 :3. 8 4. 0，Cu :28. 0 32. 0，Ti 0 0. 05，余量為 Ni。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的時效硬化Ni-Cu-Al合金，其特征在于，該合金在400 700°C保溫時效過程中，有細小的金屬間化合物析出，產(chǎn)生彌散強化。
全文摘要
一種適合于含氟環(huán)境下使用的時效硬化Ni-Cu-Al合金，屬于時效鋼技術(shù)領(lǐng)域。合金化學(xué)成分的重量百分含量為C0～0.01，Si0～0.01，Al3.8～4.0，Cu28.0～32.0，Ti0～0.05，余量為Ni；在400～700℃保溫時效過程中，有細小的金屬間化合物析出，產(chǎn)生彌散強化。優(yōu)點在于，可以使用到含氟環(huán)境下的特殊合金，在不降低其強度的前提下，提高其在含氟環(huán)境中的耐蝕性能。
文檔編號C22C19/03GK102758103SQ20121024663
公開日2012年10月31日 申請日期2012年7月16日 優(yōu)先權(quán)日2012年7月16日
發(fā)明者豐涵, 宋志剛, 鄭文杰 申請人:鋼鐵研究總院