一种高Q值低频温度系数恒弹性合金及其制备方法技术

一种高Q值低频温度系数恒弹性合金及其制备方法，属于弹性合金技术领域。合金的成份及重量百分比为：C≤0.030，Si≤0.50，Mn≤0.50，Ni44.00～45.00，Cr1.50～4.00，Cr+Mo＝4.90～8.00，Ti2.50～3.50，Al0.40～1.20，Cu0.10～0.30，余量为Fe及不可避免杂质等。合金的制备方法步骤包括：配料后真空冶炼合金铸锭，均匀化退火后锻造成合金方坯；再热轧成合金棒材；棒材在650℃～750℃时效处理2～4小时，随炉冷却至室温得到成品，成品Q≥27000。优点在于，成品具有高Q值低频率温度系数的，适用于惯性导航构件、谐振腔谐振子等高精度频率元器件，具良好的组织均匀性和温度稳定性。

【技术实现步骤摘要】
一种高Q值低频温度系数恒弹性合金及其制备方法
本专利技术属于弹性合金
，特别涉及一种高Q值低频温度系数恒弹性合金及其制备方法。
技术介绍
现代科技飞速发展，对应用于航空航天、舰船、精密仪器仪表等领域的高精度频率元器件提出了小型化、轻量化、高精度和高灵敏度的要求，这就要求频率元器件用恒弹性合金具有高的机械品质因数Q值和温度稳定性。Q值表示谐振子在一个振动周期内能量的衰减程度。在相同的参数条件下，元器件的Q值越高，其可维持的振幅就越大，越有利于提高元器件的灵敏度，降低噪声水平。此外，元器件需要在不同的环境温度下工作，当恒弹性合金的频率温度系数很大时，元器件的中心谐振频率随着温度的变化将会有很大的漂移，导致元器件不能正常的工作。因此，恒弹性合金必须同时具有高Q值和低频率温度系数才能确保器件的可靠性和稳定性。在现行的行业标准或军用标准中，恒弹性合金的Q值普遍偏低，已难以满足高精度频率元器件的使用要求。例如：3J53、3J58的Q值仅为10000左右，3J59的Q值也仅能达到20000～25000的水平。虽然冷变形+时效处理可以明显提高恒弹性合金的Q值，但存在纵向和径向的组织均匀性差的问题，不适于制造具有对称结构或薄壁厚的谐振子器件。如果通过调整恒弹性合金成份配比，并采用热轧成型+固溶处理+时效处理的生产工艺实现高Q值和低频率温度系数的结合，不仅能简化生产工艺，而且对提高产品的均匀性和一致性也是有利的。因此，亟需开发出具有更高Q值兼具有低频率温度系数、良好均匀性和温度稳定性的恒弹性合金，以满足高精度频率元器件的使用要求。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种高Q值低频温度系数恒弹性合金及其制备方法，解决了制备恒弹性合金的Q值偏低，难以满足高精度频率元器件使用要求的问题。一种高Q值低频温度系数恒弹性合金，其中，化学成份重量百分比为：C≤0.030，Si≤0.50，Mn≤0.50，P≤0.0050，S≤0.0050，Ni44.00～45.00，Cr1.50～4.00，Mo0.90～6.50，Cr+Mo＝4.90～8.00，Ti2.50～3.50，Al0.40～1.20，Cu0.10～0.30，余量为Fe及不可避免的杂质。一种高Q值低频温度系数恒弹性合金的制备方法，采用热轧+固溶处理+时效处理的工艺，具体步骤及参数如下：1、按上述化学成份重量百分比配料，采用真空感应炉冶炼合金铸锭，将得到的合金铸锭在高温炉中进行均匀化退火，加热温度1050℃～1150℃，保温时间8～12小时；2、将合金铸锭经1150℃～1250℃加热后，锻造成合金方坯；3、合金方坯经1100℃～1180℃加热后，热轧成合金棒材；4、合金棒材在950℃～1000℃进行固溶处理，保温时间1～1.5小时，水淬至室温；5、之后将合金棒材在650℃～750℃时效处理2～4小时，随炉冷却至室温，即得到具有高Q值低频温度系数的恒弹性合金，成品Q≥27000、频率温度系数∣βf(-40～+80℃)∣≤5×10-6/℃，具有良好均匀性和温度稳定性。一种高Q值低频温度系数恒弹性合金元素的作用及配比依据如下：Ni：使合金获得弹性反常的基础，它对合金的恒弹特性有很大影响；随着Ni含量增加，合金的居里温度提高，恒弹性的温度范围也增加。Cr：降低热弹性系数的成份敏感性，此外Cr为非铁磁性元素，它的加入可以减少磁内耗，从而提高Q值，而适当降低Cr含量，又有利于居里温度的提高，Ti、Al：[Ni3(Al、Ti)]型γ′相是合金的主要强化相，Al、Ti是γ′相的主要形成元素，通过γ′相在基体中弥散分布能够强化合金并提高Q值。Mo：Mo的原子半径大于Cr的原子半径它能在时效过程中析出的新的金属间化合物Fe2Mo、FeMo等，在基体中造成更大的晶格畸变，从而提高合金的Q值。Mo是表面活性元素，主要集中于晶界，能够抑制晶界的迁移，所以γ′相在合金中主要以连续机制析出；此外，Mo还具有稳定γ′相的作用，使γ′相聚集和γ′→η转变速度大大降低。因此，Mo可以提高恒弹性合金的组织均匀性和稳定性，有利于性能的稳定和提高。利用一定比例的Mo替代Cr，不仅能进一步提高Q值，而且对降低频率温度系数也是有利的。Cu：在恒弹性合金中作为微量元素添加，可以调整析出相的形态和数量，增加对析出相生长速度的控制作用，有利于降低频率温度系数和提高Q值。C、Si、Mn、P、S：C、P、S属于杂质元素，对恒弹性能不利，含量越低越好，Si、Mn有利于改善合金的加工性，在保证加工性的前提下，应尽量降低其含量。本专利技术的优点在于：成品具有高Q值低频率温度系数的优点，且具有良好的组织均匀性和温度稳定性，Q≥27000，频率温度系数∣βf(-40～+80℃)∣≤5×10-6/℃，适合应用于惯性导航构件、谐振腔谐振子、陀螺仪谐振子等高精度频率元器件，有利于提高频率元器件的精度、灵敏度、一致性和稳定性。附图说明图1为本专利技术恒弹性合金的固有频率与温度之间的曲线关系示意图。具体实施方式一种高Q值低频率温度系数恒弹性合金，包括C、Si、Mn、P、S、Ni、Cr、Mo、Ti、Al、Cu、余量为Fe及不可避免的杂质。实施例高Q值低频率温度系数恒弹性合金和比较例合金各元素化学成份重量百分比见表1。上述高Q值低频率温度系数恒弹性合金的制备方法，实施例及对比例钢锭均采用真空感应炉冶炼，锻造成方坯后，再热轧成品棒材，最后进行时效处理。实施例具体步骤及参数如下：表1实施例1～5和比较例1～2恒弹性合金的实测化学成份质量百分比，余量为Fe及不可避免杂质：实施例1按本专利技术方法制备高Q值低频率温度系数恒弹性合金。合金铸锭在1050℃均匀化退火10小时后，经1200℃加热后锻造成方坯，再经1150℃加热后热轧成棒材。在950℃加热保温1小时，水淬至室温；再在650℃时效处理4小时，随炉冷却至室温。实施例2按本专利技术方法制备高Q值低频率温度系数恒弹性合金。合金铸锭在1100℃均匀化退火8小时后，经1150℃加热后锻造成方坯，再经1100℃热轧成棒材。在950℃加热保温1小时，水淬至室温；再在700℃时效处理2小时，随炉冷却至室温。实施例3按本专利技术方法制备高Q值低频率温度系数恒弹性合金。合金铸锭在1050℃均匀化退火12小时后，经1180℃加热后锻造成方坯，再经1120℃加热后热轧成棒材。在1000℃加热保温1小时，水淬至室温；再在680℃时效处理3小时，随炉冷却至室温。实施例4按本专利技术方法制备高Q值低频率温度系数恒弹性合金。合金铸锭在1150℃均匀化退火8小时后，经1250℃加热后锻造成方坯，再经1180℃加热后热轧成棒材。在980℃加热保温1小时，水淬至室温；再在720℃时效处理3小时，随炉冷却至室温。实施例5按本专利技术方法制备高Q值低频率温度系数恒弹性合金。合金铸锭在1150本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种高Q值低频温度系数恒弹性合金，其特征在于，合金的成份及重量百分比为：C≤0.030，Si≤0.50，Mn≤0.50，P≤0.0050，S≤0.0050，Ni44.00～45.00，Cr1.50～4.00，Mo0.90～6.50，Cr+Mo＝4.90～8.00，Ti2.50～3.50，Al0.40～1.20，Cu 0.10～0.30，余量为Fe及不可避免的杂质。/n

【技术特征摘要】
1.一种高Q值低频温度系数恒弹性合金，其特征在于，合金的成份及重量百分比为：C≤0.030，Si≤0.50，Mn≤0.50，P≤0.0050，S≤0.0050，Ni44.00～45.00，Cr1.50～4.00，Mo0.90～6.50，Cr+Mo＝4.90～8.00，Ti2.50～3.50，Al0.40～1.20，Cu0.10～0.30，余量为Fe及不可避免的杂质。


2.一种权利要求1所述高Q值低频温度系数恒弹性合金的制备方法，其特征在于，工艺步骤及及控制的技术参数如下：
1)按上述化学成份重量百分比配料，采用真空感应炉冶炼合金铸锭，将得到的合金铸锭在高温炉中...

【专利技术属性】
技术研发人员：谢东辉，蔡凯洪，张静，柳海波，刘海稳，张荣，于敏，彭伟锋，
申请(专利权)人：北京北冶功能材料有限公司，
类型：发明
国别省市：北京;11