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在现代工业机械加工夹具中,利用刀柄(特殊不锈钢)和刀具(硬质合金)的热膨胀系数之差来强力且高精度夹紧刀具的装夹方式,极大地简化了装夹系统的复杂程度,提高了工业生产效率,但是对夹具材料有着很高要求:较高的热膨胀系数(17×10-6·K-1左右)、较高的强度(接近40HRC)。利用价格低廉的工业用吹风机的简单的热风式加热装置,可实现在300℃低温时实现热装操作。高膨胀系数合金并没有特定的合金体系或材料分类,其主要受合金晶体结构、合金化的元素种类决定。而在一般的大规模工业应用当中,钢铁材料占据了绝对优势地位。以304不锈钢为代表的奥氏体不锈钢,凭借其密堆点阵结构有着同类材料中最高的热膨胀系数(大于18×10-6·K-1),并有很好的耐蚀性。但其使用状态下硬度仅为16HRC左右、抗拉强度仅为500MPa左右、屈服强度仅为205MPa左右。本研究力图设计新型合金,在热膨胀系数不降低太多情况下,相比304奥氏体不锈钢,大幅提升强度。首先利用JMat Pro热力学模拟,研究了合金元素对钢热膨胀和力学性能的影响,选出了欲添加的合金元素。而后通过热力学模拟平衡相图,以304不锈钢成分为出发点,精确设计了两种合金成分,通过实验验证选择了其中之一。对该成分开展热处理工艺探究,并选取了四个工艺测试了部分性能。选定合金经过1200℃×0.5h固溶处理后,合金20~300℃平均膨胀系数为18.06×10-6·K-1,硬度21.75HRC。经过时效处理后,基体有转变为马氏体的趋势。650℃时效2h时平均膨胀系数降低最少,为16.66×10-6·K-1,硬度为32.6HRC、抗拉强度达1018.01MPa、屈服强度达355.03MPa;700℃时效6h力学性能最好,硬度为48.3HRC、抗拉强度达1235.92MPa、屈服强度达460.73MPa,平均膨胀系数为14.41×10-6·K-1。相比304不锈钢在力学性能上有极大提升。对合金进行抗氧化实验,结果表明600℃下,650℃2h和6h工艺均为完全抗氧化级别。电化学极化曲线表明,四种时效工艺650℃×2h、650℃×6h、700℃×2h、700℃×6h耐蚀性有差异不明显;化学腐蚀法结果表明,该合金耐蚀性级别属于5级,耐蚀水平。