本發(fā)明專利技術(shù)公開一種調(diào)幅分解型高強(qiáng)銅鎳錫合金及其制備方法，合金中含有Cu和以下添加元素，各添加元素及其質(zhì)量百分比具體如下：14.0～16.0％Ni，7.0～9.0％Sn，0.1～0.3％Si，0.02～0.10％Ti。其制備方法是：先配料，然后采用非真空電爐進(jìn)行熔煉，再進(jìn)行熱擠壓，最后進(jìn)行熱處理成型。本調(diào)幅分解型高強(qiáng)銅鎳錫合金具有優(yōu)異的力學(xué)性能，且其制備方法簡單易行，與三元Cu?15Ni?8Sn合金相比，本發(fā)明專利技術(shù)的合金材料具有更優(yōu)異的強(qiáng)韌性，可應(yīng)用于制造在苛刻工況下工作的零件，如在易腐蝕環(huán)境下承受高速和重載的軸承等。
【技術(shù)實現(xiàn)步驟摘要】
本專利技術(shù)涉及金屬新材料
，特別涉及一種調(diào)幅分解型高強(qiáng)銅鎳錫合金及其制備方法。
技術(shù)介紹
Cu-Ni-Sn合金因具有很好的強(qiáng)韌性、優(yōu)異的耐蝕性、良好的耐磨性、優(yōu)良的彈性導(dǎo)電穩(wěn)定性及熱應(yīng)力松弛性能等，被認(rèn)為是具有廣闊發(fā)展前景的新一代高性能銅合金。作為一種調(diào)幅分解(Spinodal分解)強(qiáng)化型合金，Cu-Ni-Sn合金的強(qiáng)韌性主要由合金成分、制備工藝和熱處理工藝決定。其中，進(jìn)行成分優(yōu)化設(shè)計是改善這類合金性能的一個重要途徑。已有研究表明，Cu-Ni-Sn合金的強(qiáng)度隨著Ni和Sn元素含量的增加而提高，且在Ni含量為15wt％和Sn含量8wt％時達(dá)到峰值。因此，在主成分Cu-15Ni-8Sn的基礎(chǔ)上添加微量合金元素來提升合金性能是該類合金研究的一個重要方向。例如，U.S.PatentNo.426043和U.S.PatentNo.405220在Cu-Ni-Sn合金中加入第四組元，如加入15％Fe、10％Zn或15％Mn，替換部Cu而降低成本；加入0.05-0.2％Zr防止鑄錠熱加工中表面開裂；0.1-0.3％Nb或0.5-1.0％Cr能夠提高合金變形后的塑性；添加0.195％Nb，經(jīng)過適當(dāng)熱處理工藝后，合金抗拉強(qiáng)度及延伸率均有效提高；添加Mo、Ta、V等元素后，合金不需要預(yù)冷變形就能達(dá)到高強(qiáng)度和高延性以及各向同性的成形性；0.5-1.0％Mg或0.5-1.5％Al可替代部分Sn，節(jié)省成本。U.S.PatentNo.4130421中提到，在Cu-Ni-Sn合金中加入少量Se、Te、Pb或MnS可提高合金切削性能。WO2014/176357A1專利中公開了在Cu-15Ni-8Sn合金中加入B、Zr、Fe、Nb可促進(jìn)等軸晶形成，減小Sn的偏析，從而提升材料性能。中國專利CN03151047認(rèn)為，在Cu-15Ni-8Sn合金中加入少量Ti，獲得均勻細(xì)小等軸晶，使合金強(qiáng)度提高，并保持良好的延性。CN200410053071在Cu-15Ni-8Sn合金加入少量Y，減小Sn的偏析，提高合金導(dǎo)電性及強(qiáng)度。目前，關(guān)于Cu-15Ni-8Sn合金的先進(jìn)制備技術(shù)以及微量元素對其性能影響的研究還未完全成熟，通過微合金化提升這種材料性能還有很大的空間，例如作為在銅合金中常用的合金元素Si和Ti，對改善銅合金性能有重要作用。因此，同時添加Si和Ti的Cu-15Ni-8Sn合金值得深入研究。
技術(shù)實現(xiàn)思路
本專利技術(shù)的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種調(diào)幅分解型高強(qiáng)銅鎳錫合金，該合金材料具有更優(yōu)異的強(qiáng)韌性，可應(yīng)用于制造在苛刻工況下(如易腐蝕、高速或重載)工作的零件。本專利技術(shù)的另一目的在于提供一種上述調(diào)幅分解型高強(qiáng)銅鎳錫合金的制備方法。本專利技術(shù)的技術(shù)方案為：一種調(diào)幅分解型高強(qiáng)銅鎳錫合金，其特征在于，合金材料中含有Cu和以下添加元素，各添加元素及其質(zhì)量百分比具體如下：Ni：14.0～16.0％，Sn：7.0～9.0％，Si：0.1～0.3％，Ti：0.02～0.1％。上述合金材料中，除了各添加元素外，其余量為Cu和不可避免的微量雜質(zhì)元素。加入Si和Ti的目的是為了在合金中形成彌散分布的難溶第二相顆粒，阻礙晶粒的長大，抑制時效過程中不連續(xù)沉淀相的產(chǎn)生；同時晶內(nèi)析出的細(xì)小顆粒能夠阻礙位錯運(yùn)動，起到彌散強(qiáng)化作用，提高合金的強(qiáng)度。但Si和Ti的含量需嚴(yán)格控制。當(dāng)Si、Ti含量過低時，合金強(qiáng)度提高不明顯，當(dāng)Si、Ti含量過高時，第二相易發(fā)生聚集、粗化，使合金塑性急劇降低。作為一種優(yōu)選方案，所述合金材料中所用各原料的質(zhì)量百分比如下：Ni為15.00％，Sn為8.0％，Si為0.10％，Ti為0.02％，余量為Cu。作為一種優(yōu)選方案，所述合金材料中所用各原料的質(zhì)量百分比如下：Ni為15.00％，Sn為8.0％，Si為0.20％，Ti為0.10％，余量為Cu。作為一種優(yōu)選方案，所述合金材料中所用各原料的質(zhì)量百分比如下：Ni為15.00％，Sn為8.0％，Si為0.30％，Ti為0.10％，余量為Cu。要使上述調(diào)幅分解型高強(qiáng)銅鎳錫合金具備優(yōu)異的力學(xué)性能，其材料制備方法也非常關(guān)鍵。上述調(diào)幅分解型高強(qiáng)銅鎳錫合金的制備方法具體包括以下步驟：(1)配料：按各原料的質(zhì)量百分比稱取相應(yīng)的原料；(2)熔煉：采用非真空電爐進(jìn)行熔煉，先加入Cu和Ni；待Cu熔化后，加入覆蓋劑；待Cu和Ni全部熔化后，加入Sn和Si，并通入氬氣精煉除氣；扒渣后加入Ti并攪拌均勻，在1250～1265℃出爐澆鑄；(3)熱擠壓：在820～840℃均勻退火后進(jìn)行熱擠壓成型，此時擠壓錠溫度為870～920℃，擠壓筒的溫度為400～450℃；(4)熱處理：擠壓材經(jīng)800～820℃固溶處理1小時后，進(jìn)行水淬，然后在380～420℃時效4小時。其中，所述步驟(2)中，覆蓋劑中的各成分及其質(zhì)量百分比為：50％的玻璃、25％的Na2CO3和25％的CaF2。所述步驟(3)中，熱擠壓時的擠壓比為17。本專利技術(shù)相對于現(xiàn)有技術(shù)，具有以下有益效果：本調(diào)幅分解型高強(qiáng)銅鎳錫合金具有優(yōu)異的力學(xué)性能，且其制備方法簡單易行，與三元Cu-15Ni-8Sn合金相比，本專利技術(shù)的合金材料具有更優(yōu)異的強(qiáng)韌性，可應(yīng)用于制造在苛刻工況下工作的零件，如在易腐蝕環(huán)境下承受高速和重載的軸承等。本調(diào)幅分解型高強(qiáng)銅鎳錫合金經(jīng)熱擠壓后，其微觀組織得到明顯改善，獲得均勻細(xì)小的晶粒，保證合金具有優(yōu)異的塑性；加入適量的Si及Ti，形成難溶第二相顆粒，阻礙再結(jié)晶過程晶粒的長大，抑制時效過程中不連續(xù)沉淀相的產(chǎn)生，起到彌散強(qiáng)化作用，進(jìn)一步提高合金的強(qiáng)度。與現(xiàn)有的三元合金Cu-15Ni-8Sn合金比較，本專利技術(shù)的合金材料時效態(tài)抗拉強(qiáng)度和延伸率比現(xiàn)有合金分別提高了12％和139％以上，硬度提高了18％以上。具體實施方式下面結(jié)合實施例，對本專利技術(shù)作進(jìn)一步的詳細(xì)說明，但本專利技術(shù)的實施方式不限于此。實施例1本實施例一種調(diào)幅分解型高強(qiáng)銅鎳錫合金，通過以下方法制得：第一步、配料：所采用的原料及其配比如表1所示，表1成份牌號標(biāo)準(zhǔn)質(zhì)量百分比用量電解銅Cu99.95GB/T467-199776.88％電解鎳Ni99.99GB/T467-199715.00％錫錠Sn99.95GB/T728-19988.0％工業(yè)硅Si-1GB2881-19910.10％海綿鈦本文檔來自技高網(wǎng)...
【技術(shù)保護(hù)點】
一種調(diào)幅分解型高強(qiáng)銅鎳錫合金，其特征在于，合金材料中含有Cu和以下添加元素，各添加元素及其質(zhì)量百分比具體如下：Ni：14.0～16.0％，Sn：7.0～9.0％，Si：0.1～0.3％，Ti：0.02～0.10％。
【技術(shù)特征摘要】
1.一種調(diào)幅分解型高強(qiáng)銅鎳錫合金，其特征在于，合金材料中含有Cu
和以下添加元素，各添加元素及其質(zhì)量百分比具體如下：
Ni：14.0～16.0％，
Sn：7.0～9.0％，
Si：0.1～0.3％，
Ti：0.02～0.10％。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種調(diào)幅分解型高強(qiáng)銅鎳錫合金，其特征在于，
所述合金材料中所用各原料的質(zhì)量百分比如下：Ni為15.00％，Sn為8.0％，
Si為0.10％，Ti為0.02％，余量為Cu。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種調(diào)幅分解型高強(qiáng)銅鎳錫合金，其特征在于，
所述合金材料中所用各原料的質(zhì)量百分比如下：Ni為15.00％，Sn為8.0％，
Si為0.20％，Ti為0.10％，余量為Cu。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種調(diào)幅分解型高強(qiáng)銅鎳錫合金，其特征在于，
所述合金材料中所用各原料的質(zhì)量百分比如下：Ni為15.00％，Sn為8.0％，
Si為0.30％，Ti為0.10％，余量為Cu。
5.權(quán)利要求1～4任一項所述一種調(diào)幅分解型...
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：張衛(wèi)文，趙超，羅宗強(qiáng)，張大童，楊超，
申請(專利權(quán))人：華南理工大學(xué)，
類型：發(fā)明
國別省市：廣東;44
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