专利名称：铁-镍-合金的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种具有高机械强度的耐蠕变和低膨胀率的铁-镍-合金。
背景技术：
在越来越大的范围内，经碳纤维增强的塑料(CFK)也用于制备与安全相关的产品(如在飞机制造中)的构件。为了生产这种构件，大型的框架基体(Gestellunterlagen)作为模具部件(Werkzeugformteile)是必需的,其中迄今加工低膨胀率的具有约36%镍(Ni36)的铁-镍-合金。迄今所使用的合金虽然具有低于2. OX 10_6/K的热膨胀系数，但是它的机械性能被认为太差。通过US-A 5，688，471获知一种在204°C下具有最高为4.9Xl(T6m/m/°C的膨胀系数的高强度合金，该合金由下列物质(质量％)构成40. 5-48%的Ni、2-3. 7%的Nb、0. 75-2% 的 Ti、最高总含量为 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、总含量为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 和作为余量材料的铁和少量杂质。该合金应可使用制备用于具有低的膨胀系数的复合材料的模具，例如用于碳纤维复合材料的模具，或用来制备电子条带(Elektronikstreifen)、可时效硬化的(aushartbaren )用于显像管的引线框架(Leadframe)或荫罩。JP A 04180542是一种高强度的低膨胀率的合金，得知于以下组成■.( 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。如果必要还可以具有下列元素彡0. 02%的B和/或彡0. 2%的Zr。该合金可用于制备精密平面玻璃的金属模具中。除了低热膨胀系数外特别是在飞机的制造中模具制造者期望一种改进的合金，该合金相对于Ni 36应具有更高的机械强度。
发明内容
因此，本发明的目的在于提供一种新型合金，该合金除了具有小的热膨胀系数还应具有比迄今为止所使用的Ni 36合金更高的机械强度。该目的通过具有更高机械强度的耐蠕变的和低膨胀率的铁-镍-合金而实现，所述合金具有下列组成(质量％)NI40-43%
C最大为0.1%
TI2.0-3.5%
Al0.1-1.5%
Nb0.1-1.0%
Mn0. 005-0. 8 %
Si0. 005-0. 6 %
Co最大为0. 5 %余量为Fe和制备条件下的杂质，所述合金在20-200°C的温度范围内具有<5xIO-6ZK的平均热膨胀系数。所述目的也可替代地通过具有更高机械强度的耐蠕变和低膨胀率的铁-镍-合金而实现，所述合金具有下列组成(质量％ )
Ni 37-41%
C 最大为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 %余量为Fe和制备条件下的杂质，满足下列的条件Ni+V2Co>38至〈43. 5%，其中所述合金在20-200°C的温度范围内具有<4X1(T6/K的平均热膨胀系数。一方面不含钴和另一方面含钴的合金的可替代的有利的进一步构成得知于从属权利要求。本发明的合金对于同类的应用情况可设计为一方面是不含钴和另一方面是添加经定义的钴含量。具有钴的合金的特征在于更低的热膨胀系数，但有缺点，即随之出现相对于不含钴的合金更高的成本因素。相对于迄今为止使用的基于Ni 36的合金，用本发明提供的合金可满足模具制造者，特别是在飞机制造中，在更高的机械强度的同时，对于应用情况下可接受的低的热膨胀系数的期望。如果合金是不含钴的，那么根据本发明的另外的构思，所述合金具有下列组成(质量％)
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最大为0.1 %余量为Fe和制备条件下的杂质，所述合金在20_200°C的温度范围内具有〈4. 5X 10_6/K的热膨胀系数。视应用情况而定所提到合金元素的含量为了达到〈4.0X10_6/K，特别是〈3.5X10—7K的热膨胀系数，可进一步限定其含量。这样的合金的特征在于下列组成(质量％ )
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 最大为0. 05 %余量为Fe和制备条件下的杂质。在下表中给出了以前不期望的伴生元素与它们的最大含量(质量％)Cr最大为0.1%
Mo最大为0.1%
Cu最大为0.1 %
Mg最大为0.005 %
B最大为0. 005 %
N最大为0.006%
O最大为0.003%
S最大为0. 005 %
P最大为0.008%
Ca最大为0.005 %。如果对于模具制造使用具有钴的合金，那么根据本发明的另外的构思所述的合金
本身可如下组成(质量％)
Ni37. 5-40. 5 % C最大为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 %余量为Fe和制备条件下的杂质，满足下列的条件Ni+V2Co>38至〈43%，所述合金在20_200°C的温度范围内具有〈3. 5X 1(T6/K的平
均热膨胀系数。另外的根据本发明的合金具有下列的组成(质量％)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 %余量为Fe和制备条件下的杂质，满足下列的条件Ni+V2Co>38. 5至〈43%，所述合金在20-200°C的温度范围内具有〈3. 5X10_6/K的平均热膨胀系数。对于特别的应用情况，特别是为了减小热膨胀系数到〈3. 2X10-6/K的范围内，特别是〈3.0X10_6/K，可如下进一步限定各个元素的含量(质量％):
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 %余量为Fe和制备条件下的杂质， 满足下列的条件Ni+V2Co>40 至〈42 %。对于含钴的合金,伴生元素不应超过下列最大含量(质量％):Cr最大为0.1%
Mo最大为0. I %
Cu最大为0.1%
Mg最大为0.005 %
B最大为0. 005 % N最大为0.006 %
O最大为0.003%
S最大为0. 005 %
P最大为0. OOB %
Ca最大为0.005 %不仅不含钴而且含钴的合金应优选在CFK-模具制造中使用，即以板材、带材或管
材的形式使用。同样可考虑的是，所述合金用作线材，特别用作焊接添加料，用来连接形成模具的
半成品。特别有利地本发明的合金用作用于制造CFK飞机构件，例如支承面、机身部件或
控制器的模具构件。也可考虑的是，所述合金只用于这样的模具部件，所述部件承受机械性高负载。而
较小负载的部件用一种合金制作，其具有与本发明的材料相匹配的热膨胀性能。有利地将所述模具作为铣削部件由经热成型(经锻造或经轧制)或经浇铸的实心
材料加工而成，并根据需要随即退火。
具体实施例方式以下将优选的本发明的合金就其机械性能与根据现有技术的合金比较。从下面的表I中得出两个经检测的不含钴的实验室熔体的化学组成与两个归入
现有技术的合金Pernifer 36的比较。
权利要求
1.具有较高机械强度的耐蠕变和低膨胀率的铁-镍-合金的用途，其用于CFK-模具制造，所述合金具有下列组成(质量％ )
2.根据权利要求I的用途，所述合金具有下列组成(质量％)
3.根据权利要求2的用途，所述合金具有下列组成(质量％)
4.根据权利要求2或3的用途，该合金具有下列最大含量的伴生元素(质量％) Cr 最大为0.1 % Mo最大为0.1% Cu最大为0.1 % Mg最大为0. 005 % B最大为0. 005 % N最大为0.006% O最大为0.003% S最大为0. 005 % P最大为0. 008 % Ca最大为0. 005 %。
5.根据权利要求1-4任一项的用途，其中大型的半成品以板材、带材或管材的形式使用。
6.根据权利要求1-4任一项的用途，其中线材特别是以焊接添加料的形式使用。
7.根据权利要求1-4任一项的用途，用作为框架构件用来生产CFK-飞机部件。
8.根据权利要求1-4任一项的用途，其中只是框架的部件由所述合金制备，所述部件的机械性能被高要求。
9.根据权利要求1-4任一项的用途，用作为煅造部件。
10.根据权利要求1-4任一项的用途，用作为浇铸构件。
全文摘要
一种具有提高的机械强度的耐蠕变和低膨胀率的铁-镍-合金，该合金包含(质量％)40-43％的Ni，最大为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，最大为0.5％的Co，余量Fe和制备条件下的杂质，所述合金在20-200℃的温度范围内具有<5×10-6/K的平均热膨胀系数。
文档编号C22C38/14GK102965570SQ20121039554
公开日2013年3月13日 申请日期2007年1月26日 优先权日2006年2月2日
发明者B·格尔曼, B·德伯尔 申请人:蒂森克鲁普德国联合金属制造有限公司