一种高机械性能及高磁性能的1J22合金及其制作工艺制造技术

本发明专利技术公开了一种高机械性能及高磁性能的1J22合金及其制作工艺，属于精密合金材料加工技术领域，该发明专利技术中的新型1J22合金引入了稀土和合金化元素、并调整现有原料配比。同时，利用钢液净化技术及二次快冷成型技术，改进了传统制作工艺，解决了现有1J22材料磁性能和机械性能无法兼顾的技术问题。本发明专利技术中的1J22合金材料磁性能在高于国家标准要求的前提下同时具有优异的机械性能，其屈服强度为350

【技术实现步骤摘要】
一种高机械性能及高磁性能的1J22合金及其制作工艺


[0001]本专利技术属于精密合金材料加工
，尤其涉及一种高机械性能及高磁性能的1J22合金及其制作工艺。

技术介绍

[0002]1J22是高饱和磁感应强度铁钴钒软磁合金，在现有软磁材料中该合金的饱和磁感应强度最高，可以达到2.4T。同时，具有较高的磁导率和较低的矫顽力。其居里点也很高，可以达到980℃，饱和磁致伸缩系数最大，可以达到60～100
×
10
‑6。由于饱和磁感应强度高，在制作同等功率的电机时，可以显著降低重量、减少体积，在航空、航天等领域具有其它材料不可替代的应用地位，其中最主要的应用就是制作航空电机核心部件——转子和定子。
[0003]现有1J22合金存在的主要问题是无法同时提高机械性能和磁性能。在实际应用中，用户既希望提高该材料的机械性能，避免因材料的强度低、脆性大而造成材料利用率低的问题，更重要是解决航空电机转子齿片因高速转动的离心力而碎裂的问题，确保航空电机的安全可靠性；同时也要求不断提升该材料的核心性能，即磁性能。具体的，在航空航天高端应用场景下，长期期望1J22能达到：矫顽力Hc≤100A/m、饱和磁感应强度B400≥1.95T、饱和磁感应强度B800≥2.10T、饱和磁感应强度B1600≥2.15T、饱和磁感应强度B2400≥2.20T、饱和磁感应强度B4000≥2.25T、饱和磁感应强度B8000≥2.30T、屈服强度：[350~430] Mpa，抗拉强度：[500~1200]Mpa，断后延伸率≥ 10%，上述性能均高于国标要求，难度极大，且现有的材料均无法满足。
[0004]造成上述技术问题的主要原因是1J22材料在得到高的磁性能时，晶粒一般较为粗大，且必然会存在一种叫有序化转变的过程，而这种有序化转变必然会使得材料的强度降低，脆性增大；现有解决方案和技术手段是加入Ni、Nb等元素并降低热处理温度，将热处理温度控制在730~760℃，以达到细化晶粒，提高机械性能的目的，但晶粒的细化会导致矫顽力升高，饱和磁感应强度降低，降低了磁性能，无法达到国标GB/T14986
‑
2018的要求。因此，需要从材料成分、制造技术上综合创新，同时提高磁性能和机械性能，解决该领域内重要的技术难题，以打破国外技术垄断，为国防军工、航天航空等工业提供可靠的精密合金材料保障。

技术实现思路

[0005]为了克服现有技术的不足，本专利技术的目的在于提供一种高机械性能及高磁性能的1J22合金及其制作工艺，该1J22合金材料磁性能在高于国家标准要求的前提下同时具有优异的机械性能，其屈服强度为350
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430Mpa、抗拉强度为500
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1200Mpa、断后延伸率≥ 10%。
[0006]为了实现上述系统，本专利技术采取的技术方案是：一种高机械性能及高磁性能的1J22合金，其特征在于，其化学组成以重量计包括：47.00%≤钴≤51.00%；47.20%≤铁≤50.20%；
1.60%≤钒≤2.10%；0.01%≤铌≤0.80%；0.01%≤合金化元素≤3.00%；0.01%≤稀土元素≤0.60%；0%≤碳≤0.03%；0%≤氧≤0.015%；0%≤硅≤0.30%；0%≤磷≤0.01%；0%≤硫≤0.01%；其余由炼制中不可避免的杂质组成；所述合金化元素包括锰、镍、铬、或铜中的一种或多种；所述稀土元素包括镧、铈、镨、钕、钷、钐、铕、钆、铽、镝、钬、铒、铥、镱、镥、钪、或钇中的一种或多种。
[0007]优选的，其化学组成以重量计包括：50.10%≤钴≤51.00%；47.20%≤铁≤50.20%；1.60%≤钒≤2.10%；0.01%≤铌≤0.80%；0.04%≤合金化元素≤2.50%；0.11%≤稀土元素≤0.60%；0%≤碳≤0.03%；0%≤氧≤0.015%；0%≤硅≤0.30%；0%≤磷≤0.01%；0%≤硫≤0.01%；其余由炼制中不可避免的杂质组成；所述合金化元素包括锰、镍、铬和铜；所述稀土元素包括镧、铈、镨、钕、钷、钐、铕、钆、铽、镝、钬、铒、铥、镱或镥中的一种或多种。
[0008]优选的，其化学组成以重量计包括：47.50%≤钴≤51.00%；47.20%≤铁≤50.20%；1.80%≤钒≤2.10%；0.1.0%≤铌≤0.80%；0.04%≤合金化元素≤2.50%；0.12%≤稀土元素≤0.60%；0%≤碳≤0.03%；0%≤氧≤0.015%；0%≤硅≤0.30%；
0%≤磷≤0.01%；0%≤硫≤0.01%；其余由炼制中不可避免的杂质组成；所述合金化元素包括锰、镍、铬和铜其中：0.01%≤锰≤0.20%、0.01%≤镍≤0.30%、0.01%≤铬≤0.90%、0.01%≤铜≤1.10%；所述稀土元素包括镧、铈、镨、钕、钷、钐、铕、钆、铽、镝、钬、铒、铥、镱或镥中的一种或多种。
[0009]优选的，其化学组成以重量计包括：47.50%≤钴≤51.00%；47.20%≤铁≤50.20%；1.80%≤钒≤2.10%；0.1.0%≤铌≤0.80%；0.04%≤合金化元素≤2.20%；0.12%≤稀土元素≤0.60%；0%≤碳≤0.03%；0%≤氧≤0.015%；0%≤硅≤0.30%；0%≤磷≤0.01%；0%≤硫≤0.01%；其余由炼制中不可避免的杂质组成；所述合金化元素包括锰、镍、铬和铜其中：0.01%≤锰≤0.10%、0.01%≤镍≤0.30%、0.01%≤铬≤0.80%、0.01%≤铜≤1.00%；所述稀土元素包括镧、铈、镨、钕、钷、钐、铕、钆、铽、或镝中的一种或多种。
[0010]一种高机械性能及高磁性能的1J22合金的制作工艺，其特征在于，包括如下加工工序：（1）真空熔炼：根据权利要1至4任意一项所述的化学组成配置成1J22合金原材料，将1J22合金原材料装入真空感应炉中进行真空熔炼，使用真空感应炉对钢液进行真空脱氧、脱碳，并持续净化钢液；（2）浇注：将真空熔炼后的钢液进行真空浇铸，得到1J22铸锭；（3）扒皮：扒去1J22铸锭的氧化皮并清理表面残渣；（4）锻造：将扒皮清理后的铸锭送入加热炉加热至1100
‑
1200℃、保温3
‑
5h，保温结束后将铸锭锻成扁坯；（5）初成型：修磨扁坯表面，除去氧化皮，并将修磨后的方坯送入加热炉加热至1100
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1200℃、保温3
‑
5h，保温结束后将扁坯热轧成带坯；（6）低温淬火：将热轧后的带坯加热至850
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950℃后进行淬火，淬火介质为冰盐水；（7）冷轧：将低温淬火后的带坯修磨后进行冷轧，得到厚度0.10
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0.60mm、宽度100.00mm
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350.00mm的冷轧带材；（8）热处理：将冷轧后的带材装入真空热处理炉或氢气保护热处理炉中加热至750
‑
850℃、保温3
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6h；
（9）二次快冷：保温结束后以200
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高机械性能及高磁性能的1J22合金，其特征在于，其化学组成以重量计包括：47.00%≤钴（Co）≤51.00%；47.20%≤铁（Fe）≤50.20%；1.60%≤钒（V）≤2.10%；0.01%≤铌（Nb）≤0.80%；0.01%≤合金化元素（R）≤3.00%；0.01%≤稀土元素≤0.60%；0%≤碳（C）≤0.03%；0%≤氧（O）≤0.015%；0%≤硅（Si）≤0.30%；0%≤磷（P）≤0.01%；0%≤硫（S）≤0.01%；其余由炼制中不可避免的杂质组成；所述合金化元素（R）包括锰（Mn）、镍（Ni）、铬（Cr ）、或铜（Cu）中的一种或多种；所述稀土元素包括镧（La）、铈（Ce）、镨（Pr）、钕（Nd）、钷（Pm）、钐（Sm）、铕（Eu）、钆（Gd）、铽（Tb）、镝（Dy）、钬（Ho）、铒（Er）、铥（Tm）、镱（Yb）、镥（Lu）、钪（Sc）、或钇（Y） 中的一种或多种。2.根据权利要求1所述的高机械性能及高磁性能的1J22合金，其特征在于，其化学组成以重量计包括：50.10%≤钴（Co）≤51.00%；47.20%≤铁（Fe）≤50.20%；1.60%≤钒（V）≤2.10%；0.01%≤铌（Nb）≤0.80%；0.04%≤合金化元素（R）≤2.50%；0.11%≤稀土元素≤0.60%；0%≤碳（C）≤0.03%；0%≤氧（O）≤0.015%；0%≤硅（Si）≤0.30%；0%≤磷（P）≤0.01%；0%≤硫（S）≤0.01%；其余由炼制中不可避免的杂质组成；所述合金化元素（R）包括锰（Mn）、镍（Ni）、铬（Cr ）和铜（Cu）；所述稀土元素包括镧（La）、铈（Ce）、镨（Pr）、钕（Nd）、钷（Pm）、钐（Sm）、铕（Eu）、钆（Gd）、铽（Tb）、镝（Dy）、钬（Ho）、铒（Er）、铥（Tm）、镱（Yb）或镥（Lu）中的一种或多种。3.根据权利要求1所述的高机械性能及高磁性能的1J22合金，其特征在于，其化学组成以重量计包括：47.50%≤钴（Co）≤51.00%；47.20%≤铁（Fe）≤50.20%；1.80%≤钒（V）≤2.10%；
0.1.0%≤铌（Nb）≤0.80%；0.04%≤合金化元素（R）≤2.50%；0.12%≤稀土元素≤0.60%；0%≤碳（C）≤0.03%；0%≤氧（O）≤0.015%；0%≤硅（Si）≤0.30%；0%≤磷（P）≤0.01%；0%≤硫（S）≤0.01%；其余由炼制中不可避免的杂质组成；所述合金化元素（R）包括锰（Mn）、镍（Ni）、铬（Cr ）和铜（Cu）其中：0.01%≤锰（Mn）≤0.20%、0.01%≤镍（Ni）≤0.30%、0.01%≤铬（Cr ）≤0.90%、0.01%≤铜（Cu）≤1.10%；所述稀土元素包括镧（La）、铈（Ce）、镨（Pr）、钕（Nd）、钷（Pm）、钐（Sm）、铕（Eu）、钆（Gd）、铽（Tb）、镝（Dy）、钬（Ho）、铒（Er）、铥（Tm）、镱（Yb）或镥（Lu）中的一种或多种。4.根据权利要求1所述的高机械性能及高磁性能的1J22合金，其特征在于，其化学组成以重量计包括：47.50%≤钴（Co）≤51.00%；47.20%≤铁（Fe）≤50.20%；1.80%≤钒（V）≤2.10%；0.1.0%≤铌（Nb）≤0.80%；0.04%≤合金化元素（R）≤2.20%；0.12%≤稀土元素≤0.60%；0%≤碳（C）≤0.03%；0%≤氧（O）≤0.015%；0%≤硅（Si）≤0.30%；0%≤磷（P）≤0.01%；0%≤硫（S）≤0.01%；其余由炼制中不可避免的杂质组成；所述合金化元素（R）包括锰（Mn）、镍（Ni）、铬（Cr ）和铜（Cu）其中：0.01%≤锰（Mn）≤0.10%、0.01%≤镍（Ni）≤0.30%、0.01%≤铬（Cr ）≤0.80%、0.01%≤铜（Cu）≤1.00%；所述稀土元素包括镧（La）、铈（Ce）、镨（Pr）、钕（Nd）、钷（Pm）、钐（Sm）、铕（Eu）、钆（Gd）、铽（Tb）、或镝（Dy）中的一种或多种。5.一种高机械性能及高磁性能的1J22合金的制作工艺，其特征在于，包括如下加工工序：（1）真空熔炼：根据权利要1至4任意一项所述的化学组成配置成1J22合金原材料，将1J22合金原材料装入真空感应炉中进行真空熔炼，使用真空感应炉对钢液进行真空脱氧、脱碳，并持续净化钢液；（2）浇注：将真空熔炼后的钢液进行真空浇铸，得到1J22铸锭；（3）扒皮：扒去1J22铸锭的氧化皮并清理表面残渣；（4）锻造：将扒皮清理后的铸锭送入加热炉加热至1100
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1200℃、保温3
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5h，保温结束后
将铸锭锻成扁坯；（5）初成型：修磨扁坯表面，除去氧化皮，并将修磨后的方坯送入加热炉加热至1100
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【专利技术属性】
技术研发人员：王凯，
申请(专利权)人：陕西新精特钢研精密合金有限公司，
类型：发明
国别省市：