專利名稱：鐵-鎳-合金的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種具有高機械強度的耐蠕變和低膨脹率的鐵-鎳-合金。
背景技術：
在越來越大的范圍內，經碳纖維增強的塑料(CFK)也用于制備與安全相關的產品(如在飛機制造中)的構件。為了生產這種構件，大型的框架基體(Gestellunterlagen)作為模具部件(Werkzeugformteile)是必需的,其中迄今加工低膨脹率的具有約36%鎳(Ni36)的鐵-鎳-合金。迄今所使用的合金雖然具有低于2. OX 10_6/K的熱膨脹系數，但是它的機械性能被認為太差。通過US-A 5，688，471獲知一種在204°C下具有最高為4.9Xl(T6m/m/°C的膨脹系數的高強度合金，該合金由下列物質(質量％)構成40. 5-48%的Ni、2-3. 7%的Nb、0. 75-2% 的 Ti、最高總含量為 3. 7% 的 Nb+Ta、0-1% 的 Al、0-0. 1% 的 C、0_1 % 的 Mn、0_l %的 Si、0-1% 的 Cu、0-1% 的 Cr,0-5% ^ Co,0-0. 01% 的 B、0_2 % 的 W、0_2 % 的 V、總含量為0-0. 01 的 Mg+Ca+Ce、0-0. 5% 的 Y 和稀土元素、0-0. 1% 的 S、0_0. 1% 的 P、0_0. 1% 的 N 和作為余量材料的鐵和少量雜質。該合金應可使用制備用于具有低的膨脹系數的復合材料的模具，例如用于碳纖維復合材料的模具，或用來制備電子條帶(Elektronikstreifen)、可時效硬化的(aushartbaren )用于顯像管的引線框架(Leadframe)或蔭罩。JP A 04180542是一種高強度的低膨脹率的合金，得知于以下組成■.( 0. 2%的C、(2. 0%的 Si、彡 2. 0% 的Mn、35-50% 的 NK 12% 的 Cr、0. 2-1. 0% 的 A1、0. 5-2. 0% 的 Ti、
2.0-6. 0%的Nb、余量Fe。如果必要還可以具有下列元素彡0. 02%的B和/或彡0. 2%的Zr。該合金可用于制備精密平面玻璃的金屬模具中。除了低熱膨脹系數外特別是在飛機的制造中模具制造者期望一種改進的合金，該合金相對于Ni 36應具有更高的機械強度。

發明內容
因此，本發明的目的在于提供一種新型合金，該合金除了具有小的熱膨脹系數還應具有比迄今為止所使用的Ni 36合金更高的機械強度。該目的通過具有更高機械強度的耐蠕變的和低膨脹率的鐵-鎳-合金而實現，所述合金具有下列組成(質量％)NI40-43%
C最大為0.1%
TI2.0-3.5%
Al0.1-1.5%
Nb0.1-1.0%
Mn0. 005-0. 8 %
Si0. 005-0. 6 %
Co最大為0. 5 %余量為Fe和制備條件下的雜質，所述合金在20-200°C的溫度范圍內具有<5xIO-6ZK的平均熱膨脹系數。所述目的也可替代地通過具有更高機械強度的耐蠕變和低膨脹率的鐵-鎳-合金而實現，所述合金具有下列組成(質量％ )
Ni 37-41%
C 最大為0. I %
Ti 2, 0-3, 5 %
Al 0, 1-1, 5%
Nb 0. 1-1. 0%
Mn 0, 005-0, 8 %
Si 0.005-0.6%
Co 2. 5-5, 5 %余量為Fe和制備條件下的雜質，滿足下列的條件Ni+V2Co>38至〈43. 5%，其中所述合金在20-200°C的溫度范圍內具有<4X1(T6/K的平均熱膨脹系數。一方面不含鈷和另一方面含鈷的合金的可替代的有利的進一步構成得知于從屬權利要求。本發明的合金對于同類的應用情況可設計為一方面是不含鈷和另一方面是添加經定義的鈷含量。具有鈷的合金的特征在于更低的熱膨脹系數，但有缺點，即隨之出現相對于不含鈷的合金更高的成本因素。相對于迄今為止使用的基于Ni 36的合金，用本發明提供的合金可滿足模具制造者，特別是在飛機制造中，在更高的機械強度的同時，對于應用情況下可接受的低的熱膨脹系數的期望。如果合金是不含鈷的，那么根據本發明的另外的構思，所述合金具有下列組成(質量％)
Ni40. 5-42%
C0. 001-0. 05 %
Ti2.0-3.0%
Al0.1-0. 8 %
Nb0.1-0. 6 %
Mn0. 005-0. 1 %
Si0. 005-0. I %
Co最大為0.1 %余量為Fe和制備條件下的雜質，所述合金在20_200°C的溫度范圍內具有〈4. 5X 10_6/K的熱膨脹系數。視應用情況而定所提到合金元素的含量為了達到〈4.0X10_6/K，特別是〈3.5X10—7K的熱膨脹系數，可進一步限定其含量。這樣的合金的特征在于下列組成(質量％ )
Ni 41-42%
C 0. 001-0. 02 %
Ti 2. 0-2. 5 %
Al 0.1-0.45%
Nb 0.1-0.45%
Mn 0. 005-0. 05%
Si 0. 005-0. 05 %
Co 最大為0. 05 %余量為Fe和制備條件下的雜質。在下表中給出了以前不期望的伴生元素與它們的最大含量(質量％)Cr最大為0.1%
Mo最大為0.1%
Cu最大為0.1 %
Mg最大為0.005 %
B最大為0. 005 %
N最大為0.006%
O最大為0.003%
S最大為0. 005 %
P最大為0.008%
Ca最大為0.005 %。如果對于模具制造使用具有鈷的合金，那么根據本發明的另外的構思所述的合金
本身可如下組成(質量％)
Ni37. 5-40. 5 % C最大為0. I %
Ti2. 0-3. 0%
Al0.1-0 8%
Nb0, 1-0, 6 %
Mn0. 005-0. 1 %
Si0, 005-0, I %
Co>3. 5 至<5. 5 %余量為Fe和制備條件下的雜質，滿足下列的條件Ni+V2Co>38至〈43%，所述合金在20_200°C的溫度范圍內具有〈3. 5X 1(T6/K的平
均熱膨脹系數。另外的根據本發明的合金具有下列的組成(質量％)NI38. 0-39. 5 %
C0. 001-0. 05 %
Ti2.0-3.0%
Al0. 1-0. 8 %
Nb0.1-0. 6 %
Mn0. 005-0. I %
Si0. 005-0. I %
Co>4 至<5. 5 %余量為Fe和制備條件下的雜質，滿足下列的條件Ni+V2Co>38. 5至〈43%，所述合金在20-200°C的溫度范圍內具有〈3. 5X10_6/K的平均熱膨脹系數。對于特別的應用情況，特別是為了減小熱膨脹系數到〈3. 2X10-6/K的范圍內，特別是〈3.0X10_6/K，可如下進一步限定各個元素的含量(質量％):
Ni 38. 0-39.0%
C 0. 001-0. 02 %
Ti 2. 0-2. 5 %
Al 0.1-0.45%
Nb 0. 1-0.45%
Mn 0. 005-0. 05%
Si 0. 005-0. 5 %
Co >4 至<5. 5 %余量為Fe和制備條件下的雜質， 滿足下列的條件Ni+V2Co>40 至〈42 %。對于含鈷的合金,伴生元素不應超過下列最大含量(質量％):Cr最大為0.1%
Mo最大為0. I %
Cu最大為0.1%
Mg最大為0.005 %
B最大為0. 005 % N最大為0.006 %
O最大為0.003%
S最大為0. 005 %
P最大為0. OOB %
Ca最大為0.005 %不僅不含鈷而且含鈷的合金應優選在CFK-模具制造中使用，即以板材、帶材或管
材的形式使用。同樣可考慮的是，所述合金用作線材，特別用作焊接添加料，用來連接形成模具的
半成品。特別有利地本發明的合金用作用于制造CFK飛機構件，例如支承面、機身部件或
控制器的模具構件。也可考慮的是，所述合金只用于這樣的模具部件，所述部件承受機械性高負載。而
較小負載的部件用一種合金制作，其具有與本發明的材料相匹配的熱膨脹性能。有利地將所述模具作為銑削部件由經熱成型(經鍛造或經軋制)或經澆鑄的實心
材料加工而成，并根據需要隨即退火。
具體實施例方式以下將優選的本發明的合金就其機械性能與根據現有技術的合金比較。從下面的表I中得出兩個經檢測的不含鈷的實驗室熔體的化學組成與兩個歸入
現有技術的合金Pernifer 36的比較。
權利要求
1.具有較高機械強度的耐蠕變和低膨脹率的鐵-鎳-合金的用途，其用于CFK-模具制造，所述合金具有下列組成(質量％ )
2.根據權利要求I的用途，所述合金具有下列組成(質量％)
3.根據權利要求2的用途，所述合金具有下列組成(質量％)
4.根據權利要求2或3的用途，該合金具有下列最大含量的伴生元素(質量％) Cr 最大為0.1 % Mo最大為0.1% Cu最大為0.1 % Mg最大為0. 005 % B最大為0. 005 % N最大為0.006% O最大為0.003% S最大為0. 005 % P最大為0. 008 % Ca最大為0. 005 %。
5.根據權利要求1-4任一項的用途，其中大型的半成品以板材、帶材或管材的形式使用。
6.根據權利要求1-4任一項的用途，其中線材特別是以焊接添加料的形式使用。
7.根據權利要求1-4任一項的用途，用作為框架構件用來生產CFK-飛機部件。
8.根據權利要求1-4任一項的用途，其中只是框架的部件由所述合金制備，所述部件的機械性能被高要求。
9.根據權利要求1-4任一項的用途，用作為煅造部件。
10.根據權利要求1-4任一項的用途，用作為澆鑄構件。
全文摘要
一種具有提高的機械強度的耐蠕變和低膨脹率的鐵-鎳-合金，該合金包含(質量％)40-43％的Ni，最大為0.1％的C，2.0-3.5％的Ti，0.1-1.5％的Al，0.1-1.0％的Nb，0.005-0.8％的Mn，0.005-0.6％的Si，最大為0.5％的Co，余量Fe和制備條件下的雜質，所述合金在20-200℃的溫度范圍內具有<5×10-6/K的平均熱膨脹系數。
文檔編號C22C38/14GK102965570SQ20121039554
公開日2013年3月13日 申請日期2007年1月26日 優先權日2006年2月2日
發明者B·格爾曼, B·德伯爾 申請人:蒂森克魯普德國聯合金屬制造有限公司