一种Cu15Ni8Sn高强耐磨合金杆/丝的制备方法技术

一种Cu15Ni8Sn高强耐磨合金杆/丝的制备方法，该杆/丝材的化学组分是（wt%）：Ni（14.5%～15.5%），Sn（7.5%～8.8%），杂质Mn（0.05%～0.3%），杂质Fe，Zn均不得大于0.5%，其余为Cu。本发明专利技术合金杆/丝制备工艺主要为中频无芯感应电炉熔炼及其后续工序。制备工艺流程为：配料→熔炼→铸锭→锻造→轧制退火→酸洗、修磨→多道次拉拔→去氢退火等。该合金杆/丝可应用于化工、机械、电子、航空航天、国防军工、海洋工程、高端制造业等领域。本发明专利技术的杆/丝合金元素含量相对较少，易于配料，成本低，且能满足重载抗磨场合下高强度、高耐磨性和耐腐蚀性的技术要求。

【技术实现步骤摘要】
一种Cu15Ni8Sn高强耐磨合金杆/丝的制备方法
本专利技术属于合金材料制备
，具体涉及Ni含量较高的Cu基高强耐磨合金杆/丝的制备技术。
技术介绍
在上个世纪70年代，Schwartz等应用透射电子显微镜（TEM）分析技术，观察到了Cu-Ni-Sn系合金时效过程中的调幅分解现象，这为具有调幅分解现象的材料强化提供了理论依据。随后，Plewes在时效之前对Cu-Ni-Sn系合金施以较大的冷加工变形，从而合金塑韧性增强，获得了较高力学性能的合金。目前，在一些重载抗磨场合，精密仪器仪表及电器工业中主要使用的材料是铍青铜，这种材料组织不是很均匀，所制成的杆/丝材横向和纵向性能差异较大，而且热稳定性不高，高温抗应变能力低下等缺点，现需一种Cu-Ni-Sn系合金逐渐取代铍青铜，该种材料具有高强度、高耐磨性以及优异的抗腐蚀性能，而且在高温下还能保持形态稳定的能力。近年来随着工业技术的发展，人们对合金杆/丝的性能有了较高要求。目前使用的铍青铜是典型的时效析出强化型合金，具体工艺是在760～830℃保温1～2h，使溶质原子铍充分固溶于铜母体中，形成面心立方晶格α相过饱和固溶体。然后在320～340℃下保温2～3h，脱溶析出形成γ相，与母体共格而强化基体。而铍原子在高温下会形成氧化铍（BeO），大量的氧化铍会附着在毛坯表面，在之后的拉制、机加工和抛光等操作中，细小的颗粒粉尘会悬浮在空气中，造成环境污染，如果操作工人吸入过量，还会造成中毒等。所以需专利技术一种具有高强度、高耐磨性、高弹性和优良抗腐蚀性能的合金材料取代铍青铜，Cu-Ni-Sn系合金是一种非常具有发展前景的Cu基高强耐磨合金，可代替铍青铜用以制备一些重载抗磨场合，精密仪器仪表及电器工业中的合金杆/丝材。这种杆/丝材的合金元素含量相对较少，易于配料，成本低。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种Cu15Ni8Sn高强耐磨合金杆/丝的制备方法。本专利技术是一种Cu15Ni8Sn高强耐磨合金杆/丝的制备方法，其步骤为：（1）配料；按重量百分比计，其组分为：Ni14.5%～15.5%，Sn7.5%～8.8%，杂质Mn0.05%～0.3%，杂质Fe，Zn均不得大于0.5%，其余为Cu；（2）熔炼；将电解铜和纯镍加入到中频无芯感应电炉中，逐渐升温至原料开始融化时，在炉内通入氮气将空气排出，为了防止熔炼过程中吸收空气，可将木炭覆盖在熔体表面，在1320℃～1380℃熔炼，加入精炼剂、脱氧剂后搅拌，再加入晶粒细化剂和变质剂，最后进行扒渣处理；（3）铸锭；将脱硫、脱氧和脱磷后的金属液进行精炼制成φ100mm的铸锭；（4）锻造；将铸锭放入加热炉中加热至1110℃～1200℃后进行自由锻；（5）轧制退火；采用步进式加热炉加热，将锻造后的合金坯进行热轧；（6）酸洗、修磨；用硫酸清洗轧制后的棒材，去除表面的氧化皮和锈蚀物；（7）多道次拉拔；将棒材进行5～8次的拉拔；（8）去氢退火；将拉拔后的杆/丝材在520℃～600℃的温度下保温2h～3h，保温结束后随炉冷却。本专利技术的有益之处是：该合金杆/丝屈服强度可达630Mpa～750Mpa、抗拉强度可达830Mpa～980Mpa和延伸率可达18%～35%，且杆/丝合金元素含量相对较少，易于配料，成本低。本专利技术制备的杆/丝材具有良好的导热、导电性，在大气海水中具有良好的耐腐蚀性，还具有高强度、高塑性和优异的耐磨性。适用于如航空航天、国防军工、海洋工程、高端制造业等领域。具体实施方式本专利技术主要通过设计合理的合金成分和制定合理的杆/丝材制备工艺，最终获得一种具有良好力学性能且组织均匀的高Ni含量Cu基合金杆/丝材，可直接在工业生产中使用。本专利技术是一种Cu15Ni8Sn高强耐磨合金杆/丝的制备方法，其步骤为：（1）配料；按重量百分比计，其组分为：Ni14.5%～15.5%，Sn7.5%～8.8%，杂质Mn0.05%～0.3%，杂质Fe，Zn均不得大于0.5%，其余为Cu；（2）熔炼；将电解铜和纯镍加入到中频无芯感应电炉中，逐渐升温至原料开始融化时，在炉内通入氮气将空气排出，为了防止熔炼过程中吸收空气，可将木炭覆盖在熔体表面，在1320℃～1380℃熔炼，加入精炼剂、脱氧剂后搅拌，再加入晶粒细化剂和变质剂，最后进行扒渣处理；（3）铸锭；将脱硫、脱氧和脱磷后的金属液进行精炼制成φ100mm的铸锭；（4）锻造；将铸锭放入加热炉中加热至1110℃～1200℃后进行自由锻；（5）轧制退火；采用步进式加热炉加热，将锻造后的合金坯进行热轧；（6）酸洗、修磨；用硫酸清洗轧制后的棒材，去除表面的氧化皮和锈蚀物；（7）多道次拉拔；将棒材进行5～8次的拉拔；（8）去氢退火；将拉拔后的杆/丝材在520℃～600℃的温度下保温2h～3h，保温结束后随炉冷却。本专利技术针对在一些重载抗磨场合所需的合金杆/丝的塑性韧性及强度耐磨性不足等问题，旨在提供一种各项力学性能较优的合金杆/丝。且这种杆/丝材合金元素含量相对较少，易于配料，成本低，且能满足重载抗磨场合的高强度、高耐磨性和耐腐蚀性的技术要求。该合金杆/丝可应用于化工、机械、电子、航空航天、国防军工、海洋工程、高端制造业等领域。以上所述的Cu15Ni8Sn高强耐磨合金杆/丝的制备方法，步骤（2）中，将电解铜和纯镍加入到中频无芯感应电炉中，逐渐升温至原料开始融化时，在炉内通入氮气将空气排出，为了防止熔炼过程中吸收空气，可将木炭覆盖在熔体表面，其覆盖厚度约为10～20毫米，在1320℃～1380℃熔炼时，保温50～75分钟后在1280℃～1320℃加入Sn，保持温度将锡熔化10～15分钟后，加入精炼剂、脱氧剂后搅拌，再加入晶粒细化剂和变质剂，熔化10～20分钟后进行扒渣。以上所述的Cu15Ni8Sn高强耐磨合金杆/丝的制备方法，步骤（4）中，将浇注后的合金锭放入加热炉内加热至1110℃～1200℃后进行锻造，终锻温度为950℃，将合金锭锻造成截面尺寸为150mm×150mm的合金坯，把方坯的两端切除。以上所述的Cu15Ni8Sn高强耐磨合金杆/丝的制备方法，步骤（5）中，采用步进式加热炉加热，将锻造后的合金坯进行热轧，加热到1100℃～1250℃后轧制直径φ12mm的棒材。以上所述的Cu15Ni8Sn高强耐磨合金杆/丝的制备方法，步骤（7）中，将棒材经6次拉拔，拉拔过程中尺寸变化为：φ12mm—φ10.5mm—φ8mm—φ6mm—φ4.5mm—φ3mm—φ2mm；整个过程逐渐将合金坯拉拔成φ2mm的丝材，每次拉拔的总变形量应低于50%，每次拉拔前杆/丝材都要进行再结晶退火，以恢复材料的塑性，防止由于产生加工硬化效应而将杆/丝拉断。下面提供一个实施例进一步展开本专利技术。本专利技术的Cu15Ni8Sn高强耐磨合金杆/丝制备方法，该杆/丝材的化学组分是（wt%）：Ni（14.5%～15.5%），Sn（7.5%～8.8%），杂质Mn（0.05%～0.3%），杂质Fe，Zn均不得大于0.5%，其余为Cu。将15公斤的电解铜和3公斤的纯镍原料投入到中频无芯感应电炉后，逐渐升温至原料开始融化时，在炉内通入氮气将空气排出。为了防止熔炼过程中吸收空气，可将木炭覆盖在熔体表面，其覆盖厚度约为10～20毫米。当温度升至1350℃时保温1h，然后在1300℃时本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种Cu15Ni8Sn高强耐磨合金杆/丝的制备方法，其特征在于，其步骤为：（1）配料；按重量百分比计，其组分为：Ni 14.5%～15.5%，Sn 7.5%～8.8%，杂质Mn0.05%～0.3%，杂质Fe，Zn均不得大于0.5%，其余为Cu；（2）熔炼；将电解铜和纯镍加入到中频无芯感应电炉中，逐渐升温至原料开始融化时，在炉内通入氮气将空气排出，为了防止熔炼过程中吸收空气，可将木炭覆盖在熔体表面，在1320℃～1380℃熔炼，加入精炼剂、脱氧剂后搅拌，再加入晶粒细化剂和变质剂，最后进行扒渣处理；（3）铸锭；将脱硫、脱氧和脱磷后的金属液进行精炼制成φ100mm的铸锭；（4）锻造；将铸锭放入加热炉中加热至1110℃～1200℃后进行自由锻；（5）轧制退火；采用步进式加热炉加热，将锻造后的合金坯进行热轧；（6）酸洗、修磨；用硫酸清洗轧制后的棒材，去除表面的氧化皮和锈蚀物；（7）多道次拉拔；将棒材进行5～8次的拉拔；（8）去氢退火；将拉拔后的杆/丝材在520℃～600℃的温度下保温2h～3h，保温结束后随炉冷却。

【技术特征摘要】
1.一种Cu15Ni8Sn高强耐磨合金杆/丝的制备方法，其特征在于，其步骤为：（1）配料；按重量百分比计，其组分为：Ni14.5%～15.5%，Sn7.5%～8.8%，杂质Mn0.05%～0.3%，杂质Fe，Zn均不得大于0.5%，其余为Cu；（2）熔炼；将电解铜和纯镍加入到中频无芯感应电炉中，逐渐升温至原料开始融化时，在炉内通入氮气将空气排出，为了防止熔炼过程中吸收空气，可将木炭覆盖在熔体表面，在1320℃～1380℃熔炼，加入精炼剂、脱氧剂后搅拌，再加入晶粒细化剂和变质剂，最后进行扒渣处理；（3）铸锭；将脱硫、脱氧和脱磷后的金属液进行精炼制成φ100mm的铸锭；（4）锻造；将铸锭放入加热炉中加热至1110℃～1200℃后进行自由锻；（5）轧制退火；采用步进式加热炉加热，将锻造后的合金坯进行热轧；（6）酸洗、修磨；用硫酸清洗轧制后的棒材，去除表面的氧化皮和锈蚀物；（7）多道次拉拔；将棒材进行5～8次的拉拔；（8）去氢退火；将拉拔后的杆/丝材在520℃～600℃的温度下保温2h～3h，保温结束后随炉冷却。2.根据权利要求1所述的Cu15Ni8Sn高强耐磨合金杆/丝的制备方法，其特征在于：步骤（2）中，将电解铜和纯镍加入到中频无芯感应电炉中，逐渐升温至原料开始融化时，在炉内通入氮气将空气排出，为了防止熔炼过...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭廷彪，倪吉旭，贾智，唐兴昌，丁万武，张志坚，
申请(专利权)人：兰州理工大学，
类型：发明
国别省市：甘肃,62