【CN109609860A】一种高机械品质因数弹性合金及其制造方法【专利】
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(74)专利代理机构 北京华谊知识产权代理有限 公司 11207
代理人 王普玉
(51)Int .Cl . C22C 38/08(2006 .01) C22C 38/10(2006 .01) C22C 38/12(2006 .01) C22C 38/14(2006 .01)
( 54 )发明 名称 一 种高 机械品 质因数弹性合金 及其 制造方
发明内容 [0004] 本发明的目的在于提供一种高机械品质因数弹性合金及其制造方法，解决现有弹 性合金不能兼具高 机械品 质因数 和低频率温 度系数 ，以 及均匀性 和温 度稳定性不佳的问 题。本发明提供一种机械品 质因数Q≥38000、频率温度系数∣βf (-40～+80℃)∣≤20×10-6/ ℃、且具有良好均匀性和温度稳定性的弹性合金及其棒材的制造方法。 [0005] 一种高机械品质因数弹性合金，成分按重量百分含量为：C≤0 .005％，Ni：19 .10～ 21 .50％，Co：9 .00～12 .00％，Mo：3 .00～6 .00％，Ti：0 .40～1 .20％，余量为Fe及不可避免的 杂质，所述不可避免的杂质中包括以下组分，其重量百分含量为：Si≤0 .05％，Mn≤0 .05％， P≤0 .0050％，S≤0 .0020％，N≤0 .0050％，O≤0 .0020％，Al≤0 .15％。 [0006] 优选的，在所述成分含量中，Ni：19 .20～20 .20％，Co：9 .60～11 .50％。 [0007] 在所述合金成分中：Ni是使合金具有板条状马氏体基体组织的基础，这种马氏体 组织具有高 密度位错 ，而且 ，随Ni含量 增加 ，还可适当 增加合金中奥氏 体的 含量 ，改善合金 韧性的同时 ，还能 调节合金的频率温度系数。Mo和Ti主要形成金属间化合物析出相 ，主要有 Ni3Mo、Ni3Ti和Fe2(Mo ,Ti) ，析出相与马氏体中的位错相互缠绕交错，阻碍了位错的运动，使
2
CN 109609860 A
说 明 书
一种高机械品质因数弹性合金及其制造方法
1/4 页
技术领域 [0001] 本发明属于弹性合金技术领域，特别涉及一种高机械品质因数弹性合金及其制造 方法。
背景技术 [0002] 现代航空航天、船舶、汽车等工业飞速发展，使惯性导航构件、机械滤波器谐振子、 谐振腔振子、陀螺谐振子等精密元器件日益实现小型化、轻量化、高精度和高灵敏度，这对 精密元器件 用弹性合金的 机械品 质因数 和均匀稳定性提出了更高的 要求。机械品 质因数 ， 即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，器件的Q值越 高 ，其可维持的振幅就越大 ，越有利于提高器件的灵敏度 ，降 低噪声水平。此外 ，精密元器件 需要在不同的 环境温度下工作 ，当弹性合金的频率温度系数βf很大时 ，器件的中心谐振频 率随着温度的变化将会有很大的漂移，导致器件不能正常的工作。因此，弹性合金必须同时 具有高Q值和低βf值才能确保器件的可靠性和稳定性。 [0003] 在现行的行业标准或军用标准中，弹性合金的Q值普遍偏低，难以满足高精度器件 的 使 用要求。大部分FeNi系恒弹性合金的Q值一般在10000～25000之间 ，3J1、3J2、3J3高弹 性合金的Q值一般低于10000 ，具有马氏 体基体的3J33高弹性合金的Q值一般在25000～ 30000之间 ，但频率温度系数为10-4数量级 ，温度稳定性差。虽然冷变形+时效处理可显著提 高弹性合金的Q值，但合金纵向和径向的均匀稳定性差，不适于制造具有对称结构或薄壁厚 的 谐振子器件 ，这是因为合金材料的 径向 和 周向的非 均匀性会 引起频率裂解 ，形成干扰信 号 ，导致器件性能下降 。因此 ，亟需开发出具有更高机械品 质因数兼具有低频率温 度系数 、 均匀性和温度稳定性良好的弹性合金，以满足高精密元器件的使用要求。
( 19 )中华人民 共和国国家知识产权局
( 12 )发明专利申请
Βιβλιοθήκη Baidu
(21)申请号 201910030843 .9
(22)申请日 2019 .01 .11
(71)申请人 北京北冶功能材料有限公司 地址 100192 北京市海淀区清河小营东路1 号院
(72)发明人 谢东辉 蔡凯洪 张静 张荣 于敏 彭伟锋
法 ( 57 )摘要
一 种高 机械品 质因数弹性合金 及其 制造方 法 ，属于弹性合金技术领域。合金的 成分按重量 百分含量为：C≤0 .005％，Ni：19 .10～21 .50％， Co：9 .00～12 .00％，Mo：3 .00～6 .00％，Ti：0 .40 ～1 .20％，余量为Fe及不可避免的杂质。合金采 用真空感应炉熔炼，锻造成60～90mm×60～90mm 的方坯 ，然后热轧成棒材 ；成品棒材经1050～ 1150℃和810～860℃两步固溶处理后，再在480 ～620℃时效2～8h，空冷至室温。优点在于，具有 高机械品 质因数 ，而且具有低频率温 度系数 ，应 用于惯性导航构件、谐振子等高精密元器件。
2 .根据权利要求1所述的合金，其特征在于，所述不可避免的杂质中包括以下组分，其 重量百分含量为：Si≤0 .05％，Mn≤0 .05％，P≤0 .0050％，S≤0 .0020％，N≤0 .0050％，O≤ 0 .0020％，Al≤0 .15％。
3 .根据权利要求1所述的合金，其特征在于，所述成分含量中，Ni：19 .20～20 .20％，Co： 9 .60～11 .50％。
4 .一种权利要求1所述合金的制造方法，其特征在于，具体步骤及参数如下： 1) 采 用真空感应炉冶炼合金 ，将得到的 合金铸锭在1150～1200℃均匀化退火 ，保温时 间10～15h； 2)将步骤1)得到的铸锭经1150～1200℃加热后，锻造成60～90mm×60～90mm方坯； 3)将步骤2)得到方坯经1120～1180℃加热后，热轧成Φ25mm～40mm棒材； 4)将步骤3)得到的棒材在1050～1150℃进行固溶处理，保温时间0 .5～1h，水淬至室 温，然后在810～860℃再次进行固溶处理，保温时间1～1 .5h，空冷至室温； 5)将步骤4)得到的棒材在480～620℃时效处理2～8h，空冷至室温，即得到具有高机械 品质因数的弹性合金。 5 .根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述方法制备的弹性合金棒材的机械品质 因数Q≥38000，频率温度系数∣βf(-40～+80℃)∣≤20×10-6/℃。
(10)申请公布号 CN 109609860 A (43)申请公布日 2019.04.12 C21D 8/06(2006 .01)
权利要求书1页 说明书4页
CN 109609860 A
CN 109609860 A
权 利 要 求 书
1/1 页
1 .一种高机械品质因数弹性合金，其特征在于，成分按重量百分含量为：C≤0 .005％， Ni：19 .10～21 .50％，Co：9 .00～12 .00％，Mo：3 .00～6 .00％，Ti：0 .40～1 .20％，余量为Fe及 不可避免的杂质。
代理人 王普玉
(51)Int .Cl . C22C 38/08(2006 .01) C22C 38/10(2006 .01) C22C 38/12(2006 .01) C22C 38/14(2006 .01)
( 54 )发明 名称 一 种高 机械品 质因数弹性合金 及其 制造方
发明内容 [0004] 本发明的目的在于提供一种高机械品质因数弹性合金及其制造方法，解决现有弹 性合金不能兼具高 机械品 质因数 和低频率温 度系数 ，以 及均匀性 和温 度稳定性不佳的问 题。本发明提供一种机械品 质因数Q≥38000、频率温度系数∣βf (-40～+80℃)∣≤20×10-6/ ℃、且具有良好均匀性和温度稳定性的弹性合金及其棒材的制造方法。 [0005] 一种高机械品质因数弹性合金，成分按重量百分含量为：C≤0 .005％，Ni：19 .10～ 21 .50％，Co：9 .00～12 .00％，Mo：3 .00～6 .00％，Ti：0 .40～1 .20％，余量为Fe及不可避免的 杂质，所述不可避免的杂质中包括以下组分，其重量百分含量为：Si≤0 .05％，Mn≤0 .05％， P≤0 .0050％，S≤0 .0020％，N≤0 .0050％，O≤0 .0020％，Al≤0 .15％。 [0006] 优选的，在所述成分含量中，Ni：19 .20～20 .20％，Co：9 .60～11 .50％。 [0007] 在所述合金成分中：Ni是使合金具有板条状马氏体基体组织的基础，这种马氏体 组织具有高 密度位错 ，而且 ，随Ni含量 增加 ，还可适当 增加合金中奥氏 体的 含量 ，改善合金 韧性的同时 ，还能 调节合金的频率温度系数。Mo和Ti主要形成金属间化合物析出相 ，主要有 Ni3Mo、Ni3Ti和Fe2(Mo ,Ti) ，析出相与马氏体中的位错相互缠绕交错，阻碍了位错的运动，使
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CN 109609860 A
说 明 书
一种高机械品质因数弹性合金及其制造方法
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技术领域 [0001] 本发明属于弹性合金技术领域，特别涉及一种高机械品质因数弹性合金及其制造 方法。
背景技术 [0002] 现代航空航天、船舶、汽车等工业飞速发展，使惯性导航构件、机械滤波器谐振子、 谐振腔振子、陀螺谐振子等精密元器件日益实现小型化、轻量化、高精度和高灵敏度，这对 精密元器件 用弹性合金的 机械品 质因数 和均匀稳定性提出了更高的 要求。机械品 质因数 ， 即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，器件的Q值越 高 ，其可维持的振幅就越大 ，越有利于提高器件的灵敏度 ，降 低噪声水平。此外 ，精密元器件 需要在不同的 环境温度下工作 ，当弹性合金的频率温度系数βf很大时 ，器件的中心谐振频 率随着温度的变化将会有很大的漂移，导致器件不能正常的工作。因此，弹性合金必须同时 具有高Q值和低βf值才能确保器件的可靠性和稳定性。 [0003] 在现行的行业标准或军用标准中，弹性合金的Q值普遍偏低，难以满足高精度器件 的 使 用要求。大部分FeNi系恒弹性合金的Q值一般在10000～25000之间 ，3J1、3J2、3J3高弹 性合金的Q值一般低于10000 ，具有马氏 体基体的3J33高弹性合金的Q值一般在25000～ 30000之间 ，但频率温度系数为10-4数量级 ，温度稳定性差。虽然冷变形+时效处理可显著提 高弹性合金的Q值，但合金纵向和径向的均匀稳定性差，不适于制造具有对称结构或薄壁厚 的 谐振子器件 ，这是因为合金材料的 径向 和 周向的非 均匀性会 引起频率裂解 ，形成干扰信 号 ，导致器件性能下降 。因此 ，亟需开发出具有更高机械品 质因数兼具有低频率温 度系数 、 均匀性和温度稳定性良好的弹性合金，以满足高精密元器件的使用要求。
( 19 )中华人民 共和国国家知识产权局
( 12 )发明专利申请
Βιβλιοθήκη Baidu
(21)申请号 201910030843 .9
(22)申请日 2019 .01 .11
(71)申请人 北京北冶功能材料有限公司 地址 100192 北京市海淀区清河小营东路1 号院
(72)发明人 谢东辉 蔡凯洪 张静 张荣 于敏 彭伟锋
法 ( 57 )摘要
一 种高 机械品 质因数弹性合金 及其 制造方 法 ，属于弹性合金技术领域。合金的 成分按重量 百分含量为：C≤0 .005％，Ni：19 .10～21 .50％， Co：9 .00～12 .00％，Mo：3 .00～6 .00％，Ti：0 .40 ～1 .20％，余量为Fe及不可避免的杂质。合金采 用真空感应炉熔炼，锻造成60～90mm×60～90mm 的方坯 ，然后热轧成棒材 ；成品棒材经1050～ 1150℃和810～860℃两步固溶处理后，再在480 ～620℃时效2～8h，空冷至室温。优点在于，具有 高机械品 质因数 ，而且具有低频率温 度系数 ，应 用于惯性导航构件、谐振子等高精密元器件。
2 .根据权利要求1所述的合金，其特征在于，所述不可避免的杂质中包括以下组分，其 重量百分含量为：Si≤0 .05％，Mn≤0 .05％，P≤0 .0050％，S≤0 .0020％，N≤0 .0050％，O≤ 0 .0020％，Al≤0 .15％。
3 .根据权利要求1所述的合金，其特征在于，所述成分含量中，Ni：19 .20～20 .20％，Co： 9 .60～11 .50％。
4 .一种权利要求1所述合金的制造方法，其特征在于，具体步骤及参数如下： 1) 采 用真空感应炉冶炼合金 ，将得到的 合金铸锭在1150～1200℃均匀化退火 ，保温时 间10～15h； 2)将步骤1)得到的铸锭经1150～1200℃加热后，锻造成60～90mm×60～90mm方坯； 3)将步骤2)得到方坯经1120～1180℃加热后，热轧成Φ25mm～40mm棒材； 4)将步骤3)得到的棒材在1050～1150℃进行固溶处理，保温时间0 .5～1h，水淬至室 温，然后在810～860℃再次进行固溶处理，保温时间1～1 .5h，空冷至室温； 5)将步骤4)得到的棒材在480～620℃时效处理2～8h，空冷至室温，即得到具有高机械 品质因数的弹性合金。 5 .根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述方法制备的弹性合金棒材的机械品质 因数Q≥38000，频率温度系数∣βf(-40～+80℃)∣≤20×10-6/℃。
(10)申请公布号 CN 109609860 A (43)申请公布日 2019.04.12 C21D 8/06(2006 .01)
权利要求书1页 说明书4页
CN 109609860 A
CN 109609860 A
权 利 要 求 书
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1 .一种高机械品质因数弹性合金，其特征在于，成分按重量百分含量为：C≤0 .005％， Ni：19 .10～21 .50％，Co：9 .00～12 .00％，Mo：3 .00～6 .00％，Ti：0 .40～1 .20％，余量为Fe及 不可避免的杂质。