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高彈性合金、彌散強化合金0Cr17Ni7Al、0Cr15Ni7Mo2Al半奧氏體彌散強化不銹鋼、NiCr15TiAlNb/NiCr47Mo3鎳基合金、恒彈性合金艾林瓦(Elinvar)合金精密合金
發布人:上海艾荔艾金屬材料有限公司
更新時間:2013-08-15
?彈性合金它屬于精密合金的一類,用于制作精密儀器儀表中彈性敏感元件、儲能元件和頻率元件等彈性元件。除了具有良好的彈性性能外,還具有無磁性、微塑性變形抗力高、硬度高、電阻率低、彈性模量溫度系數低和內耗小等性能。
彈性合金一般分為兩類:高彈性合金和恒彈性合金。前者具有高彈性極限、滯彈性效應低、耐熱性好和能在較高溫度下工作的特點;后者在一定溫度范圍內彈性模量幾乎不隨溫度變化,或稱艾林瓦(Elinvar)合金。
??? ?此外,銅基彈性合金應用也很普遍,這類合金的特點是無磁和導電良好。錫磷青銅主要用于導電性能良好的彈簧接觸片或其他彈簧、精密儀表中的耐磨和抗磁彈性元件等。鈹青銅用于制造重要的彈簧和彈性元件,由于其彈性模量低,而彈性極限又相對的高,故在制作膜片、膜盒、波紋管及微型開關方面,得到廣泛應用。彈性合金一般都在真空中冶煉,半成品或成品元件亦多在真空或保護氣氛中進行熱處理。
??? ?此外,銅基彈性合金應用也很普遍,這類合金的特點是無磁和導電良好。錫磷青銅主要用于導電性能良好的彈簧接觸片或其他彈簧、精密儀表中的耐磨和抗磁彈性元件等。鈹青銅用于制造重要的彈簧和彈性元件,由于其彈性模量低,而彈性極限又相對的高,故在制作膜片、膜盒、波紋管及微型開關方面,得到廣泛應用。彈性合金一般都在真空中冶煉,半成品或成品元件亦多在真空或保護氣氛中進行熱處理。
???? (1)恒彈性合金
????? 在一定溫度范圍內彈性模量幾乎不隨溫度變化的彈性合金,又稱為艾林瓦(Elinvar)型合金。表征彈性隨溫度變化的物理量有彈性模量溫度系數、切變模量溫度系數等。
法國吉堯姆(C.E.Guillaume)系統地研究了Fe-Ni合金的熱彈性,于1919年獲得了成分為36Ni-12Cr-Fe的恒彈性合金,命名為Elinvar。以后,為了改善這種合金的力學性能,添加了不同的元素,制成各種牌號的鐵鎳基鐵磁恒彈性合金。有 Fe-Ni、Co-Fe、Fe-Mn、Mn-Cu、Mn-Ni、Nb-Zr、Nb-Ti系等。恒彈性合金主要用作彈性敏感元件(如壓力傳感器膜片、精密彈簧等),頻率元件(如機械濾波器振子、鐘表游絲等)、延遲線等。
????? 在鐵磁性恒彈性合金中,存在很大的自發體積磁致伸縮而使彈性模量減小,這種現象稱ΔE效應。如果一種合金在居里溫度Tc以下,隨著溫度升高,合金的鐵磁性逐漸減弱ΔE效應隨之減小。即可以獲得在某一溫度范圍內接近水平的彈性模量-溫度特性曲線,也就獲得了恒彈性。
????? 目前大量使用的恒彈性合金,屬于沉淀強化的 Fe-Ni系鐵磁性恒彈性合金。這類合金的綜合性能良好,恒彈性和力學性能很容易通過以下方法予以調整:①添加合金元素。在合金中加入非鐵磁性元素,降低合金的磁性,減少合金的ΔE效應及改變ΔE效應與溫度的關系,從而改變合金的彈性模量溫度系數;在合金中加入強化元素促進相變析出過程,提高力學性能。②熱處理。通過高溫固溶和中溫回火,控制合金中析出相的數量和分布,改變合金基體中的鎳鐵濃度比,從而調整恒彈性和力學性能。③冷變形。使合金產生一定的織構和內應力,并促進相變析出過程,從而改變合金的恒彈性和力學性能。
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(2)高彈性合金
?????? 彈性極限高、滯彈性效應低(如低彈性后效和低內耗等)的合金,用于制作各類彈性敏感元件和儲能元件。它和恒彈性合金是彈性合金中的兩個主要種類。在不同使用場合,它還可具有耐腐蝕、耐高溫、無磁和導電等性能。主要用于制作各類膜盒、膜片等敏感元件,各類彈簧和發條等儲能元件,以及軸尖、儀表軸承等小尺寸彈性元件和結構件等。
???? 工程材料的應力和應變關系,在彈性極限范圍內,實際上不完全符合經典虎克定律即不呈線性關系,這就降低了一些彈性元件的工作性能。通常,在高彈性合金中,滯彈性效應應降低到最小程度,以提高儀器和儀表的精度。要求這類合金對彈性應變的響應較為敏感,負荷過程中對微塑性變形抗力較大(相應于小的回線面積)。為了獲得較大的微塑性變形抗力,經常采用形變熱處理,以提高合金的性能,合金的這種性能一般用儲能比(K)來衡量。 (σe為彈性極限,E為彈性模量)。通常要求K愈大愈好。高彈性合金一般有下述數種。
???? 工程材料的應力和應變關系,在彈性極限范圍內,實際上不完全符合經典虎克定律即不呈線性關系,這就降低了一些彈性元件的工作性能。通常,在高彈性合金中,滯彈性效應應降低到最小程度,以提高儀器和儀表的精度。要求這類合金對彈性應變的響應較為敏感,負荷過程中對微塑性變形抗力較大(相應于小的回線面積)。為了獲得較大的微塑性變形抗力,經常采用形變熱處理,以提高合金的性能,合金的這種性能一般用儲能比(K)來衡量。 (σe為彈性極限,E為彈性模量)。通常要求K愈大愈好。高彈性合金一般有下述數種。
???? 彌散強化合金? 在淬火后,形成奧氏體或半奧氏體組織。隨后經冷加工和時效處理,析出彌散相,從而使基體強化,獲得良好的力學性能。在這類合金中,廣泛使用的是36Ni-Cr-Ti-Al合金,它在濕熱氣氛下,在含硫介質內或短時間在硝酸溶液中,有良好的耐蝕性,使用溫度可達250℃;加5%或8%Mo以后,使用溫度可分別提高到350℃或400℃。半奧氏體彌散強化不銹鋼,也是常用的高彈性合金,如 0Cr17Ni7Al、0Cr15Ni7Mo2Al。這種合金具有良好的力學性能、耐蝕性能和熱穩定性。在高、低溫或腐蝕介質中工作良好,工作溫度可達 400℃或更高。在高溫惡劣環境中使用時,多采用鎳基合金。主要牌號是 NiCr15TiAlNb和NiCr47Mo3。前者工作溫度為500℃,具有很高弛豫穩定性;后者在硝酸介質中具有比36Ni-Cr-Ti-Al合金還高得多的耐蝕性能。
???? ?在要求高導電性能時,用Ni-Be合金最為合適。順磁性的鈮基合金(如55Nb-Ti-Al)具有良好的耐蝕性和熱穩定性。它由于彈性模量低,而彈性極限又相對地高,在一般應力情況下,是良好彈性敏感元件材料。它由于同時具有無磁、耐腐蝕、耐高溫、恒彈性和高儲能比,綜合性能優越,適宜制作要求嚴格的彈性敏感元件。
???? ?在要求高導電性能時,用Ni-Be合金最為合適。順磁性的鈮基合金(如55Nb-Ti-Al)具有良好的耐蝕性和熱穩定性。它由于彈性模量低,而彈性極限又相對地高,在一般應力情況下,是良好彈性敏感元件材料。它由于同時具有無磁、耐腐蝕、耐高溫、恒彈性和高儲能比,綜合性能優越,適宜制作要求嚴格的彈性敏感元件。
????? 變形強化合金 主要為40Co-Ni-Cr-Mo和加鎢的40Co-Ni-Cr-Mo-W 合金。這類合金有良好的彈性、高的疲勞強度、高的硬度和良好的耐蝕性等,適于制作發條和軸尖。這類合金一般經冷加工和回火處理。作軸尖材料時,冷加工率應大于83%,以獲得最高強度。在合金中加錸可提高硬度和耐磨性;加鈦和鋁,可增強抗疲勞性能。
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