Сплав на основе железа Советский патент 1980 года по МПК C22C38/14 

Изобретение относится к области металлургии, в частности к изысканию сплавов на основе железа, предна значенньк для изготовления датчиков всестороннего давления. К материалам для датчиков всестороннего давления предъявляются следующие требования: высокая величина относительного изменения регистрируемого физического свойства при изменении давления, линейный и обратимый характер изменения физического свойства при изменении давле ния, высокие механические-свойства, а для материалов, работающих в агрессивных средах - также коррозионная стойкость. В настоящее время в качестве датчиков всестороннего давления обычно используются проволочные резистйвные датчики. Их действие основано на том, что при изменении давления среды изменяется их электросопротивление. Эти датчики обычно изготовляются из манганина. Недостатками резистивных датчиков являются необходимость изготовления ТОНКОЙ проволоки посредством сложной и трудоемкой технологии, а также рлонс- ность и длительность процесса измерения электросопротивления такргх датчиков потендиометрическим методом. .Действие индуктивных датчиков давл&нйя оснбвано на изменении величины индуктивности катущки с сердечником пропорционально магнитной проницаемости материала сердечника при изменении величины всестороннего давления. Использование индуктивных датчиков более предпочтительно по сравнению с резистивHbiNffi, так как при этом упрощается технологический процесс изготовления и испытания датчиков; отпадает необходимость изготовления иэ сплава тонкой проволоки, измерение индуктивности образца на переменном токе выполняется гораздо проще, быстрее и для него требуется более дешевая и доступная аппаратура. Известен сплав на основе железа следующего . химического состава, вес.%:

Никель 3O-50

Титан0,05-О,5

один или более элементов, выбранньк,из группы, содержащей, вес.%: Цирконий0,03-0,3

ВанадийО,О5-0,5

Бор 0,001-0,1

ЖелезоОстальное ,

Сплав обладает следующими свойствами:

Предел прочности при 20®С, кгс/мм 42,2-57 .

Относительное удлинение при 2CfC,% 27,5-31,2 Предел прочности при 600Х,кгс/мм 25,1-27,9 Относительное удлинение при ,% 42,4-51,2. Недостатками известного сплава являются низкие значения предела прочности и относительного удлинения при комнатной температуре, - Наиболее близким .к описываемому изобретению по технической сущности и достигаемому результату является сплав на основе железа следующего химического состава, вес. %:

Никель 34-36

Марганец0,О2-1

Кобальт .О,01-3

Гадолиний0,1-0,4

ЖелезоОстальное |2

Недостатком данного сплава являются невысокие прочность, пластичность, невысокая чувствительность сплава к относительному изменению магнитной проницаемости при изменении всесторой- него давления. Данный сплав не обеспечивает линейной и обратимой зависимости магнитной проницаемости от давления

Он имеет следующие физические характеристики:

Удельное электросопротивление при комнатной температуре 7О-8О Предел прочности, кгс/мм 42-5б

Относительное изменение электросопротивления под действием всестороннего давления, ,2-7,6

Относительное изменение магнитной проницаемости с изменением давления, 10 ,9-3,1,

Низкое значение величины относительного изменения магнитной проницаемости при

изменении давления препятствует использованию этого сплава в индуктивных датчиках всестороннего давления.

Целью изобретения является повыше- g ниа электросопротивления, прочности и чувствительности сплава к относительному изменению магнитной проницаемости при изменении всестороннего давления, обеспечение линейной и обратимой зави- 0 симости магнитной проницаемости от давления.

Цель достигается тем, что сплав на основе железа, содержащий никель и марганец, дополнительно содержит кремний 5 и цирконий при следующем соотношении компонентов, вес.%:

Никель33,0-36,0

МфганецО,1-О,2

КремнийО,1-О,2

0 Цирконий3,0-6,0

ЖелезоОстальное .

При этом изобретение основано на образовании в сплаве обогащенной цирконием фазы с более низкой температурой 5 С, что достигается соотношением iM-lf-el 95,5: (3-6).

Три состава предлагаемого сплава были выплавлены в вакуумной индукционной печи. Полученные слитки были проко- 0 ваны до диаметра 8 мм при 1150-

118О°С, протравлены и протянуты до .. диаметра 3 мм с промежуточным отжигом в среде водорода в колпаковой печи при 950С в течение трах. часов. Образ- 5 цы сплавов перед измерением и.х свойств проходили термообработку по режиму: 11ОО°С, 4 ч в вакууме, ахлаждЬние до .

Образцы сплавов в виде прутков были 0 испытаны по стандартным (измерение электросопротивления и механических свойств) и нестандартным (измерение зависимости магнитной проницаемости от гидростатического давления) методи. кам Физико-механические свойства испытанных образцов приведены в табл, 1.

Как видно из примеров составов табл.1, соотнощение количеств железа (63,8- 0 57,6%) и никеля (33-36%) в предложенном сплаве соответствует области составов, где изменение магнитных свойств при изменении давления максимально. Это связано с наличием в указанных сплавах антиферромагнитных взаимодействий (наряду с ферромагнитными), 6 силу чего действие всесторонне.го давления приводит не только к изме- нению величины магнитных моментов атомов, как в простых фэрромагнетиках,х где оно невелико, но и к изменению ориентации магнитных моментов. Количество циркония в предлагаемом сплаве составляет 3-6%, так как при меньшем его количестве сплав имеет низкую величину и нелинейный характер относительного изменения магнитной проницаемости при изменении давления. При большем, чем 6% количестве циркония, ухудшаются пластические свойства сплава, и он разрушается, при горячей деформации, В присутствии 3-6% циркония в этом непвзоникелевом сплаве вьщвгшется новая фаза, содержащая весь цирконий, находящийся в сплаве. Эта фаза обогащена никелем и обеднена жалезоК и имеет более низкую температуру Кюри ( 80 С Сплав с такой двухфазной структурой обладает повышенной чувствительностью к изменению всестороннего давления. Величина относительного изменения магнитной проницаемости при изменении всестороннего давления составляет 750910-10 бар-I . 7 26 Характер изменения магнитной проницаемости от давления представлен В табл, 2, , Марганец и кремний раскисляют жидкий металл цри выплавке и стабилизируют аустенитную jj - фазу. Количество углерода в сплаве не превышает О,008% так как в противном случае весь цирконий идет на образование карбидов, а фаза с цирконием, обуславливающая маг. нитные свойства в предлагаемом сплаве, не образуется,, Присущие предлагаемому сплаву высокая величина относительного изменения магнитной проницаемости при изменении всестороннего давления, линейный и обратимый характер этого изменения в области 5-8 кбар ( 0,5%), высокие прочностные свойства обеспечивают возможность . использования сплава в качестве материала для индуктивных датчиков давления, В современном приборостроении рабочая область для датчиков всестороннего давления не превышает потока 2 к бар ( 20ООат), так что использование предлагаемого сплава создает широкую перспективу развития этой области приборостроения.

8

Формула и

Сплав на oci шкепь и Maprai с я тем, что, с проводыоств пр ти сплава к отвосвтельному изменению магнитной проницаемости при изменении всестороннего давления, обеспечения линейной и обратимой зависимости магнит ной проницаемости от давления, он дополнительно содержит кремний и цирконий при следующем соотношении компонентов, вес,%:

35

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1,Авторское свидетельство СССР № 467139, кл. С 22 С 38/12Д973,

2,Авторское свидетельство СССР № 406944, кл. С 22 С 38/14, 1972.