合金元素對熱軋Fe-36Ni因瓦合金組織和性能的影響

傳統(tǒng)因瓦合金的抗拉強度只有500MPa水平，很難作為結(jié)構(gòu)材料使用。隨著復合材料模具、遠距離大容量輸電線纜等產(chǎn)品對因瓦合金強度的要求不斷提高，開展高強度因瓦合金的研制越來越受到各國的重視。

國內(nèi)外已有的研究報道，多以添加碳化物形成元素Mo、V、Nb等，對因瓦合金基體進行強化。但有關(guān)單一的碳化物形成元素對Fe-36Ni因瓦合金組織和性能影響卻很少見于相關(guān)報道?？蒲腥藛T正是基于對這一問題的思考，研究了單獨添加Ti、Nb、Mo、Cr，4種合金元素對Fe-36Ni-0.3C因瓦合金顯微組織、力學性能、熱膨脹性能的影響效果，以期為進一步開發(fā)高強度因瓦合金提供參考。

考慮到合金元素Ti和Nb是強碳化物形成元素，而Mo和Cr是中強碳化物形成元素，且Mo與C形成的碳化物穩(wěn)定性較Cr更高，為了達到近似的強化效果，在進行因瓦合金的成分設(shè)計時，希望將其中Ti和Nb的添加量控制在1.0%左右，Mo含量增加至前兩者的一倍，而Cr含量又提高至Mo含量的一倍。

研究的系列試驗因瓦合金，選用工業(yè)純鐵和電解鎳板為主原料，并分別添加適量的鈦鐵、鈮鐵、鉬鐵和鉻鐵，經(jīng)50kg真空感應(yīng)爐冶煉，鑄錠尺寸為130mm×130mm×350mm。將鑄錠加熱到1150℃，保溫1h，在550mm熱軋試驗機上軋制成5.5mm厚的熱軋板，終軋溫度在950℃以上，空冷至室溫。按國標要求，從熱軋板上截取標準板狀拉伸試樣、熱膨脹試樣和金相分析樣，進行相關(guān)測試分析。

試驗結(jié)果發(fā)現(xiàn)，Nb和Mo更易與因瓦合金中的C結(jié)合形成碳化物顆粒，但Nb-invar中析出的碳化物顆粒傾向于沿軋制方向集中分布，Mo-invar中析出的碳化物顆粒傾向于沿晶界集中分布；含Ti和Mo的因瓦合金更易于析出圓形的碳化物顆粒，而含Nb和Cr的因瓦合金則容易析出短棒狀的碳化物顆粒；碳化物析出數(shù)量越多，尺寸越細小，分布越彌散，越有利于提高因瓦合金的力學性能。其中，Mo-invar的室溫抗拉強度最高，達到689MPa；熱軋態(tài)因瓦合金的熱膨脹系數(shù)與析出相的種類和數(shù)量密切相關(guān)，碳化物析出相的數(shù)量越多，或析出相熱膨脹系數(shù)越大，則因瓦合金的熱膨脹系數(shù)越大。其中，Cr-Invar的熱膨脹系數(shù)最大5.21×10-6K-1。