專(zhuān)利名稱(chēng)：一種鐵鈮硅合金的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及鐵合金中鐵鈮硅合金。
背景技術(shù)：
鈮鐵、硅鐵均是鋼鐵工業(yè)中重要的鐵合金。鈮在鋼中是通過(guò)在軋制過(guò)程中生成的NbC而具有阻止晶粒長(zhǎng)大、抑制形變奧氏體再結(jié)晶及產(chǎn)生顯著的沉淀強(qiáng)化效果等作用，特別是在奧氏體的非再結(jié)晶區(qū)內(nèi)軋制可以有效的細(xì)化晶粒。因此，鈮是鋼鐵生產(chǎn)中重要的甚至是不可替代的合金添加元素。硅是電工鋼(硅鋼)的最重要的合金化元素。硅在鋼中具有縮小奧氏體相區(qū)的作用，根據(jù)Fe-Si相圖，硅含量大于3.8at.％而小于10at.％的鐵硅合金將不發(fā)生α-Fe到γ-Fe的多型性轉(zhuǎn)變，而保持單一的α相，具有優(yōu)異的軟磁性能。但是，較高的硅含量會(huì)使得材料脆性增大，甚至導(dǎo)致硅脆的發(fā)生。
由于Fe、Si、Nb之間都可形成很脆的金屬間化合物，如Fe2Nb、Nb5Si3、FeSi等，因此，在探索具有優(yōu)良性能的材料的過(guò)程中，F(xiàn)eNbSi合金并沒(méi)有被認(rèn)為是一個(gè)好的選擇，只被用作熔煉用中間合金。
目前，市場(chǎng)上供貨的煉鋼用鈮鐵的主要種類(lèi)為含鈮量63wt.％(約50at.％)標(biāo)準(zhǔn)鈮鐵，熔點(diǎn)約1560℃。在鋼鐵生產(chǎn)中，一般于鋼水鋼包精煉時(shí)添加而進(jìn)行合金化的。鈮鐵投入鋼水后，需要一定的時(shí)間去熔化，鈮鐵的粒度越大，熔化所需要的時(shí)間越長(zhǎng)。因此，為了保證鈮鐵充分熔化，一般要求在澆鑄之前，鋼液的停留時(shí)間足夠長(zhǎng)，鈮鐵的粒度則小于40mm。
在鈮鐵合金構(gòu)件的澆鑄生產(chǎn)過(guò)程中，鋼液的過(guò)熱度要受到一些限制。為了便于成分調(diào)整，以及保證所添加的鈮鐵能夠充分熔化，則要考慮選用低熔點(diǎn)的鈮鐵合金。根據(jù)FeNb二元合金平衡相圖，鈮含量15％的合金處于相圖的共晶點(diǎn)上(L→ε+α-Fe)，相組成為拉氏相ε-Fe2Nb以及體心立方的α-Fe。根據(jù)相圖，該成分的鈮鐵熔點(diǎn)最低，為1358℃。據(jù)此，人們開(kāi)發(fā)了商用低熔點(diǎn)鈮鐵合金，其成分(重量百分比，wt.％)Nb 15.0，Si 7.5，Mn 0.72，Al 0.15，C 0.24，P 0.02，S 0.01，F(xiàn)e余量。其中添加的7.5％的硅主要固溶于α-Fe中而致使該鐵合金很脆；一般而言，鋼中出現(xiàn)拉氏相都被視為有害相，其特點(diǎn)是硬而脆。這些特點(diǎn)決定了這種鐵合金較易于粉碎至小的粒度。但是，合金的脆性致使這種低鈮含量的鈮鐵合金除了用作構(gòu)件的合金元素的添加劑之外，難以有其它用途。

發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的在于提供一種鐵鈮硅合金，該鐵鈮硅合金具有強(qiáng)韌性和良好的軟磁性能，不僅可以作為澆鑄合金構(gòu)件的中間合金，也可以直接澆鑄成耐磨的刀具材料。
本發(fā)明是這樣實(shí)現(xiàn)的一種鐵鈮硅合金，其特征是按如下成分以重量百分比配比的合金熔煉、充分?jǐn)嚢韬?，澆鑄成構(gòu)件，其合金成分(wt.％)Nb 7.0-15.0，Si 1.0-8.0，Mn＜0.15，P＜0.05，S＜0.05，F(xiàn)e余量。
上述的一種鐵鈮硅合金，所述合金成分(wt.％)Nb 10.0-15.0，Si3.0-5.0，Mn＜0.15，P＜0.05，S＜0.05，F(xiàn)e余量。
本發(fā)明是基于含鈮量在15wt.％附近的低熔點(diǎn)的FeNb合金，通過(guò)添加一定量的硅對(duì)材料的相組成進(jìn)行改性。特定含量的硅將達(dá)到對(duì)ε相改性，和提高基體的強(qiáng)韌性，避免升溫過(guò)程的多型性相變，同時(shí)使材料具有良好的軟磁性能。在正常的凝固過(guò)程中，由于Fe、Si、Nb三種元素的原子量與半徑差異很大而易于偏析，因此可以采取澆鑄于水冷銅模的方法以保證高的冷卻速度，一定程度的減輕偏析對(duì)材料宏觀(guān)成分均勻性的影響。這種材料不僅可以用作煉鋼用的合金元素的添加劑，同時(shí)具有較好的力學(xué)性能，可以用作刀具材料，也是一種具有潛在應(yīng)用價(jià)值的軟磁材料。
(四)


下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式
對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明。
圖l為本發(fā)明鐵鈮硅合金的典型組織特征圖；圖2為鈮含量與硬度的關(guān)系圖；圖3為硅含量與硬度的關(guān)系圖；圖4為實(shí)施例1組織特征圖；圖5為實(shí)施例2組織特征圖；圖6為實(shí)施例3組織特征圖；圖7為實(shí)施例4組織特征圖；圖8為實(shí)施例5組織特征圖。
具體實(shí)施方式
以在水冷銅模中澆鑄的合金成分1為例，見(jiàn)表1，硬度平均值為HRC40，為具有優(yōu)良的綜合機(jī)械性能的調(diào)質(zhì)鋼的硬度。材料的相組成為α-Fe和ε-Fe2Nb相，合金的典型的組織特征為直徑小于10μm的白色的ε相顆粒均勻分布在(α-Fe+ε-Fe2Nb)共晶體上，參見(jiàn)圖1，這種組織特征決定了這種合金材料具有良好的耐磨性能；同時(shí)，由于α-Fe基體固溶了較高含量的Si，因而又具有優(yōu)良的軟磁性能。在10000℃之前，合金無(wú)相變發(fā)生，避免了因相變而導(dǎo)致的體積收縮、熱效應(yīng)等不適于在某些場(chǎng)合應(yīng)用的情況。該合金組成相的成分特點(diǎn)見(jiàn)表2，可以看出，在ε相的晶格點(diǎn)陣上，Si代位Nb，占據(jù)了1/3的Nb的位置，即ε相的組成為Fe6(Nb2Si1)，Si的加入達(dá)到了對(duì)該組成相進(jìn)行改性的目的。
當(dāng)合金中Nb和Si的含量大于技術(shù)方案中給定的范圍時(shí)，如表1中的成份2。合金硬度為HRC55，合金中鈮、硅含量的增加而導(dǎo)致硬度的提高是非常明顯的，合金的脆性也很高，材料性能變壞。
表1 熔煉的合金成分(wt.％)

表2 合金相的成分(at.％)

參見(jiàn)圖2，當(dāng)Nb的含量較低時(shí)，合金呈亞共晶組織，其硬度隨鈮含量的降低而減小，但合金的韌性和塑性較好。然而，由于沒(méi)有硬的ε相顆粒，合金的耐磨性較差。
參見(jiàn)圖3，當(dāng)硅的含量較低時(shí)，合金組織特征變化不大，但是，硬度也隨硅含量的降低而呈降低的趨勢(shì)。由于Si含量是合金磁性能的重要的特征之一，因此材料的軟磁性能也會(huì)隨著硅含量的變化而有所變化。
實(shí)施例以下實(shí)施例均采用水冷銅模澆鑄的方法實(shí)現(xiàn)?？墒褂眉兊腘b、Si、Fe配料熔煉；為降低成本，也可使用的原料為鈮含量為63wt.％的鈮鐵和硅含量為75wt.％硅鐵，與99.9wt.％的純鐵配料熔煉，再使用X熒光分析或進(jìn)行直讀光譜分析，確定熔煉后合金的準(zhǔn)確成分，如表3實(shí)施例使用的都是后一種原料，表4為實(shí)施例的合金相的成分(at.％)。
表3 實(shí)施例-合金成分(wt.％)

表4 實(shí)施例-合金相的成分(at.％)

實(shí)施例1組織為ε顆粒均勻分布在α-Fe+ε-Fe2Nb共晶體上，參見(jiàn)圖4。ε相中，Si占據(jù)了1/3的Nb的位置。
實(shí)施例2組織為ε顆粒均勻分布在α-Fe+ε-Fe2Nb共晶體上，參見(jiàn)圖5。ε相中，Si占據(jù)了約1/3的Nb的位置。
實(shí)施例3組織為ε顆粒均勻分布在α-Fe+ε-Fe2Nb共晶體上，參見(jiàn)圖6。ε相中，Si占據(jù)了1/3的Nb的位置。
實(shí)施例4組織為α-Fe和α-Fe+ε-Fe2Nb共晶體，參見(jiàn)圖7。
實(shí)施例5組織為ε顆粒均勻分布在α-Fe+ε-Fe2Nb共晶體上，參見(jiàn)圖8。
權(quán)利要求
1.一種鐵鈮硅合金，其特征是按如下成分以重量百分比配比的合金熔煉、充分?jǐn)嚢韬?，澆鑄成構(gòu)件，其合金成分(wt.％)Nb 7.0-15.0，Si 1.0-8.0，Mn＜0.15，P＜0.05，S＜0.05，F(xiàn)e余量。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種鐵鈮硅合金，其特征是其合金成分(wt.％)Nb 10.0-15.0，Si 3.0-5.0，Mn＜0.15，P＜0.05，S＜0.05，F(xiàn)e余量。
全文摘要
本發(fā)明涉及鐵合金中鐵鈮硅合金。一種鐵鈮硅合金，其特征是按如下成分以重量百分比配比的合金熔煉、充分?jǐn)嚢韬?，澆鑄成構(gòu)件，其合金成分(wt.％)Nb 7.0－15.0，Si1.0－8.0，Mn＜0.15，P＜0.05，S＜0.05，F(xiàn)e余量。本發(fā)明具有強(qiáng)韌性和良好的軟磁性能，不僅可以用作煉鋼用的添加合金元素的中間合金，同時(shí)具有較好的力學(xué)性能，可以用作刀具材料，也是一種具有潛在應(yīng)用價(jià)值的軟磁材料。
文檔編號(hào)C22C38/12GK1958825SQ20051003091
公開(kāi)日2007年5月9日 申請(qǐng)日期2005年10月31日 優(yōu)先權(quán)日2005年10月31日
發(fā)明者田青超, 陳家光 申請(qǐng)人:寶山鋼鐵股份有限公司