轴尖用Ni-40Cr-3.5Al-1.0Nb-B合金的性能和组织

介绍了高硬度轴尖用Ni-40Cr-3.5Al-1.0Nb-B合金的性能，研究了该合金加工工艺、热处理工艺对硬度的影响，分析了合金的相组织和时效强化机理。关键词：轴尖；高硬度；Ni-40Cr-3.5Al-1.0Nb-B合金；相组织；时效强化在一些高速或长期运行的仪表中，常有一些转动部件，这些转动部件一般由两端的轴尖来支承，可加工无磁超硬合金就是制造转动仪表轴尖不可或缺的材料，由于这类仪表的运行精度要求非常高，因此，对仪表转动部件两端的轴尖材料就提出了严格的要求。制造轴尖的材料至少应具备如下几方面的性能：（1）高的硬度，HV≥800;(2)高的抗弯强度σbb≥1000MPa;（3）无磁、不锈，磁导率一般小于1.001;（4）较少的夹杂物，夹杂物等级≤1.0级。目前，典型的无磁轴尖材料有钴基合金（Co40系列合金及Co75W25系列合金）和铬基合金（如Cr40系列），只要工艺得当，这些材料基本都能满足上述技术性能。特别是Cr40系列合金，前苏联在20世纪70年代初曾报道过40хню-ви合金φ0.5mm丝材的最高实验室硬度可达HRC67，但大于0.5mm的丝材则远低于这个硬度。国内，陕西精密合金研究所于20世纪80年代初仿制了该合金，取名为3J40，φ2.5mm以下丝材的最高硬度为HV880。然而，在一些特殊情况下，这些性能指标则不能满足某些仪表（如陀螺仪）的需要，如直径＞φ2.5mm的大轴尖，要求硬度HV≥900，抗弯强度σbb≥1300MPa，磁导率μ≤1.001，夹杂物≤1级等等。为此，我们在铬基合金40хню-ви的基础上，进一步合金化，加入Nb≤1.5%、B≤0.5%，这些元素与基体金属形成金属间化合物，使合金形成大量、弥散的硬质相，并优化制备工艺，获得了直径φ2.8mm，时效后硬度908HV，抗弯强度≥1500MPa的轴尖材料。2  试  验采用电解镍、金属铬、电解铝、电解锰、金属铌、硼铁为原材料，在ZG-25A真空感应炉内熔炼，本实验所熔炼的轴尖合金化学成份（质量分数%）为：Cr≤41%、Al≤3.7%、Mn≤1.0%、Nb≤1.5%、B≤0.5%、0.002C、0.005S、0.008P、其余为Ni。铸锭在柴油炉内加热到1150℃，保温1h，热锻成φ38mm自耗电极棒，经砂磨外皮后，在ZH-5-15真空自耗炉内自耗成φ100mm合金锭，又于1150℃热锻成30mm×30mm方坯，于1150℃进行热轧，热轧条尺寸为φ12mm~φ16mm，然后在1200℃保温40min、水淬，进行固溶处理，最终冷拉成φ2.8mm丝材，其间，截取不同变形量的样品，并与成品丝材一起进行各种热处理试验。试样首先在AKASHI-703硬度计上测试其硬度，力学性能在DL-500拉伸试验机上进行，并在OLYMPUS-PM3光学显微镜下观察和分析金相组织，同时对非金属夹杂物进行统计分析和评级。差热分析是在德国产NETZSCH-STA-449C仪器上进行的。最后在JCXA-733电子探针上进行第二相的形貌观察和分析。