Прецизионный сплав

 

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 температурно-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

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК с 22 с 38/10

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н А ВТОРСНОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЦТИЯМ

ПРИ ГНКТ СССР (21) 4822652/02 (22) 29.03.90 (46) 15.01 ° 92 ° (71) Центральный научно-исследовательский институт черной металлургии им. И,П.Бардина (72) Л.А.Матюшенно, Е.З.Винтайкин, Б.Н.Мохов и П.Ю.Панин (53) 669.018.472(088.8) (56) Прецизионные сплавы: Справочник, М.: Металлургия, 1983, с. 298.

Авторское свидетельство СССР

И 1201344, кл. С 22 С 38/12, 1984. (54) ПРЕЦИЗИОННОЙ СПЛАВ (57) Изобретение предназначено для повышения качества упругих. мембранных элементов преобразователей давления и силы путем получения температурноИзобретение относится к металлургии сплавов, а именно к сплавам, со- держащим кобальт, железо, ванадий, никеЛь, и может быть использовано в качестве материала упругих чувствительных элементов тензопреобразователей 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. О частности, необходимо их сопряжение по ТКЛР с неорганическими диэлектриками (керамикой, сапфиром).

„„SU„„1705397 A 1

2 стабильного модуля упругости в сойетании с низким уровнем температурного коэффициента линейного расширения, ñîгласующегося с диэлектриками, что позволяет улучшить метрологические параметры приборов, повысить класс точности. Цель - получение температурно-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, мас.Ф:.кобальт

45-52; ванадий 7- 11; никель 6-12; железо 29-36; при этом отношение сум- g марного содержания кобальта и никеля к суммарному содержанию ванадия и железа составляет 1,30-1,50, 1 табл.

Известен материал упругого элемен 3 та - сплав 44НХТЮ, содержащий, мас.Ф:

Никель 43,5-45,5

Хром 5,0-5,6

Титан 2,2-2,7 Ж

Алюминий 0,4-0,8 4

Железо Остальное

Этот сплав удовлетворяет требованиям малого температурного коэффициента модуля упругости (ТКМУ) (30

i10 6 К ) и высоких прочностных харак- 2 теристик. е Ь

Недостатком данного Сплава является высокий ТКЛР (Ь(8 10 К ), не согласующийся с ТКЛР диэлектриков

I (® кремния 20-во с =4,1 10 К 104, 5С сапфира 90 5b -6,0-10- К + 104), 1705397 что является причиной нестабильности характеристик преобразователя во времени иэ-эа релаксационных явлений системы полупроводниковый тензоре5 эистор - связующее - металл.

Известен сплав, который для получения линейной температурной зависимости магнитной индукции содержит следующие элементы: 10

Кобальт 51-53

Ванадий 8-11

Никель 2-12

Железо Остальное

Б предложенных концентрационных интервалах имеются сплавы (К51Ф8Н5, К52Ф9Н12), хорошо согласующиеся по

TI- ÏÐ с полупроводниками.

Недостатками известного сплава являются температурная нестабильность 20 упругих свойств и сравнительно малый интервал рабочих температур.

Цель изобретения - получение температурно-стабильного модуля упругости и расширение рабочего интервала 2д температур при сохранении низкого уровня температурного коэффициента линейного расширения (ТКЛР с 7 10 К ).

-6

Предлагаемый сплав содержит ко= балы, ванадий, никель, железо в следующем соотношении, мас.ь:

Кобальт 45-52

Ванадий 7-11

Никель 6-12

Железо 29-36

Co+Ni при этом --- — 1,30-1,50.

V+Fe

При содержании кобальта меньше

45 мас.Ф (табл. 2, сплав 11), и больше 52 мас.Ф, (сплав 10) не достигает40 ся низкий уровень температурного коэффициента линейного расширения.

При содержании ванадия меньше

7 мас.Ж (сплав 13) не достигается получение температурно-стабильного модуля упругости и низкого уровня

ТКЛР.

При содержании ванадия больше

12 мас.Ф (сплав 14) ТКЛР сплава превышает требуемый уровень.

При содержании никеля меньше

6 мас.ь (сплавы 9, 12) не достигается получение температурно-стабильного модуля упругости.

При содержании никеля больше

12 мас.Ф (сплав 11) не достигается требуемый уровень ТКЛР.

Содержание железа меньше 29 мас. 4 (сплавы 6, 16) и больше 36 мас. (сплавы 11 и 15) не обеспечивает сочетания низкого уровня ТКЛР с температурно-стабильным модулт. и упругости, Предлагаемое изобретение дает не только концентрационные интервалы, но и формирует условие, при выполне1 нии которого сплавы в представленном концентрационном интервале обладают температурно-стабильным модулем упругости в сочетании с низким уровнем

ТКЛР.

В случае, если отношение суммы кобальт+никель к сумме железо+ванадий 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) °

В случае, если отношение суммы кобальт+никель к сумме железо+ванадий меньше 1,30, не удается получить температурно-стабильный модуль упругости (сплавы 8, 9, 12) или низкий уровень ТКЛР (сплав 14).

Правильность выбранных пределов содержания ингредиентов проверяется по формуле 100-ЕНП 0„, -Н„Ре а7ПВ-100, Так как разность между верхним („Р) и нижним (Н в ) пределами содержания ингредиента должна быть меньше или равна разности 100- ПН и

2 ПВ- 100, то при определении правильности выбранных пределов достаточно выбрать наименьшую из них:, Со 45-52

Ч 7-11

Ni 6-12

Fe 29-36

НП=87 ВП=111

100-87--13 111-100 11

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

Для Со 7 сll, V 4 с11, Ni 6 с11, Fe 7C l l.

Конкретизация интервала значений содержания компонентов в предлагаемом изобретении (а также введение зависиCo+Ni мости — — — 1,30-1,50) обуславливаV+Fe ет появление качественно новых свойств у известного сплава (понижение температурного коэффициента модуля упругости, повышение стабильности упругих свойств, расширение рабочего интервала температур), позволяющих расширить область применения известно1705397

Рабочий

Температурный коэффициент модулл упругости, 10 /К

Химический состав сплава, мас Л

Температурным коэффициент линейного расаиренил, 10 /Х

Co+N i

Ге+7

При мер интервал температур, С

Со Fe V Ni

6,0 1,38

6,25 1,50

6,6 1,30

5,6 1,33

7,0 1,50

5,6 1,8

9 3 2 0

50 117

6,0 l,27

11,0 1,9

11,l 1,27

6,25 1>,27

11,36 l,8

9,8 1,22

3,65 1,04

6,5 1,56

20-285

20-322

20-410

20-407

20-350

20-200

50-220

100-40

50-230

20-270

20-625

20-197

20-624

20-230

20-530

20-350

33,0 9,0, 6

29,0 11,0 8

35,5 9,5 10

36,0 7,0 12

330 79 8

27,0 9,0 12

24,0 11,0 12

35,0 11,0 2

360 80 5

24,0 10,0 12

37,0 7,0 14

33 ° 0 11,0

3 l,0 5,0 12

32,0 13,0 10

38 0 11 0 6

28,0 11,0 9

+2,6

-22,7

+5,4

+8,1

-27,3

+108

+179

-5l.8

-43,9

-8,4

-6,0

-108,0

-82,4

-4,0

179,3

-48,0

1 52,0

2 52,0

3 48,5

4 45,0

5 52,0

6 52,0

7 53,0

8 52,0

9 510

10 54 0

11 42,0

12 52,0

13 52,0

14 45,0

15 45,0

16 52,0 го сплава (использование предложенного сплава в качестве материала упругих чувствительных элементов тенэопреобраэователей давления и силы), Пример. Сплавы выплавляли открытой индукционной плавкой, проводили гомогеннзацию 30 ч при 1250 С, а затем проковывали в горячую на пруток диаметром 8 мм. Окончательные 1О свойства формируются после термической обработки по режиму: нагрев

10000С, выдержка 1 ч, закалка в воде.

Измерения температурной зависимости модуля упругости проводились на установке нЭластомат 1.024н фирмы

Доктор Фестер с использованием резонансного метода. Точность поддержания температуры образца составляла

+1оС и точность определения резонанс- 20 ной частоты + 1 Гц на уровне 20000 Гц.

Температурный коэффициент линейного расширения измеряли на дилатометре ДЛ-1500 фирмы Юинку Рику (Япония), Метод измерения кварцевый, относительный с погрешностью определения TKJlP «+ 4 10 К град .

Температуру Кюри определяли на установке динамической восприимчивости на частоте 3 кГц в интервале тем- 30 ператур 77-1000 С.

В таблице приведены химический состав и свойства сплавов по предлагаемому составу (1-5), по прототипу (6-9) и сплавов с запредельной кон- 35 центрацкей компонентов (10-16).

Предлагаемые материалы по сравнению с прототипом обладают низким уровнем 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.

Ф о р м у л а и э о б р е т ения

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

Кобальт 4S-52

Ванадий 7-11

Никель 6-12

Железо 29-36 при этом отношение суммарного содержания кобальта и никеля к суммарному содержанию ванадия и железа составляет 1,30-1,503.