Cr合金化对Fe-36Ni因瓦合金性能的影响

Fe-36Ni因瓦合金目前存在强度低、加工性能差、耐蚀性差等问题而难以满足客户要求。而且，因瓦合金热膨胀性易受到合金元素的影响，传统的因瓦合金强化元素虽然能够提高因瓦合金基体的强度，但合金的热膨胀系数也会随之增高。所以，兼顾低热膨胀系数与强韧性，且具有良好耐蚀性及加工性能的因瓦合金越来越受到研究者的关注。Cr作为一种固溶合金元素能够提高钢的强度和韧性，提高钢的耐磨性，易获得较高的表面光洁度，且能提高钢的耐蚀性与抗氧化性，其作为微量合金元素加入因瓦合金时对合金性能的影响有待研究。本试验以此为出发点测定了加入不同含量Cr的因瓦合金热膨胀系数，以期确定Cr对因瓦合金热膨胀性的影响，以及对晶粒度、基体硬度的影响。

首先利用Thermo-Calc热力学计算软件计算Cr元素合金化对Fe-36Ni合金相关系的影响，特别是奥氏体相(γ)的析出情况，并研究不同含量Cr对其热膨胀系数、晶粒度及硬度的影响。Cr元素配入量(质量分数，%)分别为：0、0.1、0.3、0.5和0.7。

试验原料采用电子分析天平称量(精确度0.001g)，将纯度分别为99.99%电解铁、99.99%电解镍以及适量的目标元素单质，按照目标成分含量百分比配料，总质量为70g。将配好的原料置入WK-Ⅱ型非自耗真空电弧炉熔炼室中，在氩气保护下反复熔炼6次，使各成分互熔均匀。试样经快速冷却后形成纽扣锭。第7次熔炼采用内径15mm×15mm铜模吸铸成15mm×15mm×40mm小方锭。随后使用C41-75B型空气锤进行锻打，开锻温度控制在1050℃，终锻温度控制在850～950℃，锻造成尺寸约为Φ12mm的小圆棒。参照GB/T4339-2008《金属材料热膨胀特征参数的测定》，将铸锭加热至(840±10)℃，保温30min，水淬以达到均匀化，再将试样加工成Φ6mm×25mm的热膨胀性测试试样，在310℃保温回火1h，空冷。

结果表明：添加Cr元素后，合金基体仍为单一奥氏体组织，Cr的加入未破坏因瓦合金的稳定性。随Cr元素含量增加，合金的热膨胀系数提高，平均晶粒尺寸由65.4μm逐渐下降至34.4μm，硬度由150.7HV2逐渐升高至169.9HV2，合金化效果明显。