Прецизионный сплав Советский патент 1992 года по МПК C22C38/10 

Изобретение относится к металлургии сплавов, а именно к сплавам, содержащим кобальт, железо, ванадий, никеЛь, и может быть использовано в качестве материала упругих чувствительных элементов тензопреобразовате- лей давления и силы, применяемых в приборостроении.

Для упругих чувствительных элементов датчиков давления от элинваров требуется не только соответствующий уровень прочностных и термоупругих свойств, но и регулируемое сочетание элинварных и инварных свойств. D частности, необходимо их .сопряжение по ТКЛР с неорганическими диэлектриками (керамикой, сапфиром).

Известен материал упругого элемента - сплав МНХТЮ, содержащий, мас.$: Никель/ 3,,5 Хром 5,0-5,6 Титан 2,2-2,7 Алюминий 0,-0,8 Железо Остальное Этот сплав удовлетворяет требованиям малого температурного коэффициента модуля упругости (ТКМУ) (±30 ) и высоких прочностных характеристик.

Недостатком данного с плава является высокий ТКЛР (Ы ) , не согласующийся с ТКЛР диэлектриков ( кремния 2о-50°С /,7-Ю-6 К ±10%, сапфира . 6,0 -1 (Г6 К ± 10%) ,

ел

СО СО

J

что является причиной нестабильности характеристик преобразователя во времени из-за релаксационных явлений системы полупроводниковый тенэоре- зистор - связующее - металл.

Известен сплав, который для получения линейной температурной зави- симости магнитной индукции содержит следующие элементы:

Кобальт51-53

Ванадий8-11

Никель2-12

ЖелезоОстальное

Б предложенных концентрационных интервалах имеются сплавы (К51Ф8Н5, К52Ф9Н12), хорошо согласующиеся по ТКЛР с полупроводниками.

Недостатками известного сплава являются температурная нестабильност упругих свойств и сравнительно малый интервал рабочих температур.

Цель изобретения - получение тем- пературно-стабильного модуля упругости и расширение рабочего интервала температур при сохранении низкого уровня температурного коэффициента

линейного расширения (ТКЛР Ј

Предлагаемый сплав содержит кот бальт, ванадий, никель, железо в следующем соотношении, масД:

Кобальт1 5-52

Ванадий7-11

Никель6-12

Железо29-36

Co+Ni , ,п 1 ел при этом «1,30-1,50.

При содержании кобальта меньше мас.$ (табл. 2, сплав 11), и больше 52 мае., (сплав 10) не достигается низкий уровень температурного коэффициента линейного расширения.

При содержании ванадия меньше 7 мас.% (сплав 13) не достигается получение температурно-стабильного модуля упругости и низкого уровня ТКЛР.

При содержании ванадия больше 12 масД (сплав И) ТКЛР сплава превышает требуемый уровень.

При содержании никеля меньше 6 мас.% (сплавы 9, 12) не достигаетс получение температурно-стабильного модуля упругости.

При содержании никеля больше 12 мае. (сплав 11) не достигается требуемый уровень ТКЛР.

Содержание железа меньше 29 масД (сплавы 6, 16) и больше 36 масД

(сплавы 11 и 15) не обеспечивает сочетания низкого уровня ТКЛР с темпе- атурно-стабильным модулем упругости.

Предлагаемое изобретение дает не только концентрационные интервалы, но и формирует условие, при выполнении которого сплавы в представленном концентрационном интервале обладают

температурно-стабильным модулем упругости в сочетании с низким уровнем ТКЛР.

В случае, если отношение суммы ко- бальт+никель к сумме железо+ванадий

5 больше 1,50 (сплавы 6, 7, 10, 13), не достигается получение низкого ТКЛР (сплав 10), температурно-стабильного модуля упругости (сплав 6) или того и другого (сплавы 7, 13).

оВ случае, если отношение суммы

кобальт+никель к сумме железо+ванадий меньше 1,30, не удается получить тем- пературно-стабильный модуль упругости (сплавы 8, 9, 12) или низкий уро5 вень ТКЛР (сплав И).

Правильность выбранных пределов содержания ингредиентов проверяется по формуле 100-2НП ВЯр -НПреа ПВ-100. Так как разность между верхним

0 (ввр)) и нижним ОЦ«) пределами содержания ингредиента должна быть меньше или равна разности 100-2.ПН и 2.ПВ-100, то при определении правильности выбранных пределов достаточно выбрать наименьшую из них:

V7-11

Ni6-12

Fe29-36

НП 87ВП-111

100-87 13111-100 11

Пределы количественного содержания ингредиентов выбраны правильно, так как разность между верхним и нижним пределами меньше 11.

Для Со , V , Ni , Fe 7 И.

Конкретизация интервала значений содержания компонентов в предлагаемом изобретении (а также введение зависи- 0Co+Ni мости у+гГ ет появление качественно новых свойств у известного сплава (понижение температурного коэффициента модуля уп- 5 ругости, повышение стабильности упругих свойств, расширение рабочего интервала температур), позволяющих.расширить область применения известно5

0

5

1,30-1,50) обуславлива

го сплава (использование предложенного сплава в качестве материала упругих чувствительных элементов тензо- преобразователей давления и силы). Пример. Сплавы выплавляли открытой индукционной плавкой, проводили гомогенизацию 30 ч при 1250°С, а затем проковывали в горячую на пруток диаметром 8 мм. Окончательные свойства формируются после термической обработки по режиму: нагрев 1000°С, выдержка 1 ч, закалка в воде.

Измерения температурной зависимости модуля упругости проводились на установке Эластомат 1.02V фирмы Доктор Фестер с использованием резонансного метода. Точность поддержания температуры образца составляла +1°С и точность определения резонанс- 1ной частоты ±1 Гц на уровне 20.000 Гц

Температурный коэффициент линейного расширения измеряли на дилатометре ДЛ-1500 фирмы Шинку Рику (Япония). Метод измерения кварцевый, относительный с погрешностью определения TKflPi Mir6 .

Температуру Кюри определяли на установке динамической восприимчивости на частоте Ъ кГц в интервале тем- ператур 77-ЮОО°С.

В таблице приведены химический состав и свойства сплавов по предлагаемому составу (1-5), по прототипу (6-9) и сплавов с запредельной кон- центрацией компонентов (10-16).

Предлагаемые материалы по сравнению с прототипом обладают низким уров

5

0

0

0

5

5

нем ТКЛР в сочетании с малым температурным коэффициентом модуля упругости в широком интервале рабочих температур.

Предлагаемые сплавы можно использовать в приборостроении для изготовления упругих чувствительных элементов, для деталей конструкций с повышенными требованиями к стабильности размеров.

Расширение концентрационного интервала по кобальту за пределы прототипа в сторону более низких концентраций приводит к повышению экономичности материала.

Формула изобретения

Прецизионный сплав, содержащий кобальт, ванадий, никель и железо, отличающийся тем, что, с целью получения температурно-стабиль- ного модуля упругости и расширения рабочего интервала температур при сохранении низкого уровня температурного коэффициента линейного расширения, он содержит компоненты в следующем соотношении,мас.%:

Кобальт 5-52

Ванадий, 7-11 Никель 6-12

Железо29-36 при этом отношение суммарного содержания кобальта и никеля к суммарному содержанию ванадия и железа составляет 1,30-1,50%.

Изобретение предназначено для повышения качества упругих мембранных элементов преобразователей давления и силы путем получения температурностабильного модуля упругости в сочетании с низким уровнем температурного коэффициента линейного расширения, согласующегося с диэлектриками, что позволяет улучшить метрологические параметры приборов, повысить класс точности. Цель - получение температур- но-стабильного модуля упругости и расширение рабочего интервала температур при сохранении низкого уровня температурного коэффициента линейного расширения. Разработанный сплав содержит кобальт, ванадий, никель и железо в следующем соотношении, маеД: кобальт 1 5-52; ванадий 7-11; никель 6-12; железо при этом отношение суммарного содержания кобальта и никеля к суммарному содержанию ванадия и железа составляет 1,30-1,50. 1 табл. (Л