一种调幅分解型高强铜镍锡合金及其制备方法技术

本发明专利技术公开一种调幅分解型高强铜镍锡合金及其制备方法，合金中含有Cu和以下添加元素，各添加元素及其质量百分比具体如下：14.0～16.0％Ni，7.0～9.0％Sn，0.1～0.3％Si，0.02～0.10％Ti。其制备方法是：先配料，然后采用非真空电炉进行熔炼，再进行热挤压，最后进行热处理成型。本调幅分解型高强铜镍锡合金具有优异的力学性能，且其制备方法简单易行，与三元Cu‑15Ni‑8Sn合金相比，本发明专利技术的合金材料具有更优异的强韧性，可应用于制造在苛刻工况下工作的零件，如在易腐蚀环境下承受高速和重载的轴承等。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及金属新材料
，特别涉及一种调幅分解型高强铜镍锡合金及其制备方法。
技术介绍
Cu-Ni-Sn合金因具有很好的强韧性、优异的耐蚀性、良好的耐磨性、优良的弹性导电稳定性及热应力松弛性能等，被认为是具有广阔发展前景的新一代高性能铜合金。作为一种调幅分解(Spinodal分解)强化型合金，Cu-Ni-Sn合金的强韧性主要由合金成分、制备工艺和热处理工艺决定。其中，进行成分优化设计是改善这类合金性能的一个重要途径。已有研究表明，Cu-Ni-Sn合金的强度随着Ni和Sn元素含量的增加而提高，且在Ni含量为15wt％和Sn含量8wt％时达到峰值。因此，在主成分Cu-15Ni-8Sn的基础上添加微量合金元素来提升合金性能是该类合金研究的一个重要方向。例如，U.S.PatentNo.426043和U.S.PatentNo.405220在Cu-Ni-Sn合金中加入第四组元，如加入15％Fe、10％Zn或15％Mn，替换部Cu而降低成本；加入0.05-0.2％Zr防止铸锭热加工中表面开裂；0.1-0.3％Nb或0.5-1.0％Cr能够提高合金变形后的塑性；添加0.195％Nb，经过适当热处理工艺后，合金抗拉强度及延伸率均有效提高；添加Mo、Ta、V等元素后，合金不需要预冷变形就能达到高强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，节省成本。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专利中公开了在Cu-15Ni-8Sn合金中加入B、Zr、Fe、Nb可促进等轴晶形成，减小Sn的偏析，从而提升材料性能。中国专利CN03151047认为，在Cu-15Ni-8Sn合金中加入少量Ti，获得均匀细小等轴晶，使合金强度提高，并保持良好的延性。CN200410053071在Cu-15Ni-8Sn合金加入少量Y，减小Sn的偏析，提高合金导电性及强度。目前，关于Cu-15Ni-8Sn合金的先进制备技术以及微量元素对其性能影响的研究还未完全成熟，通过微合金化提升这种材料性能还有很大的空间，例如作为在铜合金中常用的合金元素Si和Ti，对改善铜合金性能有重要作用。因此，同时添加Si和Ti的Cu-15Ni-8Sn合金值得深入研究。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术的不足，提供一种调幅分解型高强铜镍锡合金，该合金材料具有更优异的强韧性，可应用于制造在苛刻工况下(如易腐蚀、高速或重载)工作的零件。本专利技术的另一目的在于提供一种上述调幅分解型高强铜镍锡合金的制备方法。本专利技术的技术方案为：一种调幅分解型高强铜镍锡合金，其特征在于，合金材料中含有Cu和以下添加元素，各添加元素及其质量百分比具体如下：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，其余量为Cu和不可避免的微量杂质元素。加入Si和Ti的目的是为了在合金中形成弥散分布的难溶第二相颗粒，阻碍晶粒的长大，抑制时效过程中不连续沉淀相的产生；同时晶内析出的细小颗粒能够阻碍位错运动，起到弥散强化作用，提高合金的强度。但Si和Ti的含量需严格控制。当Si、Ti含量过低时，合金强度提高不明显，当Si、Ti含量过高时，第二相易发生聚集、粗化，使合金塑性急剧降低。作为一种优选方案，所述合金材料中所用各原料的质量百分比如下：Ni为15.00％，Sn为8.0％，Si为0.10％，Ti为0.02％，余量为Cu。作为一种优选方案，所述合金材料中所用各原料的质量百分比如下：Ni为15.00％，Sn为8.0％，Si为0.20％，Ti为0.10％，余量为Cu。作为一种优选方案，所述合金材料中所用各原料的质量百分比如下：Ni为15.00％，Sn为8.0％，Si为0.30％，Ti为0.10％，余量为Cu。要使上述调幅分解型高强铜镍锡合金具备优异的力学性能，其材料制备方法也非常关键。上述调幅分解型高强铜镍锡合金的制备方法具体包括以下步骤：(1)配料：按各原料的质量百分比称取相应的原料；(2)熔炼：采用非真空电炉进行熔炼，先加入Cu和Ni；待Cu熔化后，加入覆盖剂；待Cu和Ni全部熔化后，加入Sn和Si，并通入氩气精炼除气；扒渣后加入Ti并搅拌均匀，在1250～1265℃出炉浇铸；(3)热挤压：在820～840℃均匀退火后进行热挤压成型，此时挤压锭温度为870～920℃，挤压筒的温度为400～450℃；(4)热处理：挤压材经800～820℃固溶处理1小时后，进行水淬，然后在380～420℃时效4小时。其中，所述步骤(2)中，覆盖剂中的各成分及其质量百分比为：50％的玻璃、25％的Na2CO3和25％的CaF2。所述步骤(3)中，热挤压时的挤压比为17。本专利技术相对于现有技术，具有以下有益效果：本调幅分解型高强铜镍锡合金具有优异的力学性能，且其制备方法简单易行，与三元Cu-15Ni-8Sn合金相比，本专利技术的合金材料具有更优异的强韧性，可应用于制造在苛刻工况下工作的零件，如在易腐蚀环境下承受高速和重载的轴承等。本调幅分解型高强铜镍锡合金经热挤压后，其微观组织得到明显改善，获得均匀细小的晶粒，保证合金具有优异的塑性；加入适量的Si及Ti，形成难溶第二相颗粒，阻碍再结晶过程晶粒的长大，抑制时效过程中不连续沉淀相的产生，起到弥散强化作用，进一步提高合金的强度。与现有的三元合金Cu-15Ni-8Sn合金比较，本专利技术的合金材料时效态抗拉强度和延伸率比现有合金分别提高了12％和139％以上，硬度提高了18％以上。具体实施方式下面结合实施例，对本专利技术作进一步的详细说明，但本专利技术的实施方式不限于此。实施例1本实施例一种调幅分解型高强铜镍锡合金，通过以下方法制得：第一步、配料：所采用的原料及其配比如表1所示，表1成份牌号标准质量百分比用量电解铜Cu99.95GB/T467-199776.88％电解镍Ni99.99GB/T467-199715.00％锡锭Sn99.95GB/T728-19988.0％工业硅Si-1GB2881-19910.10％海绵钛本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种调幅分解型高强铜镍锡合金，其特征在于，合金材料中含有Cu和以下添加元素，各添加元素及其质量百分比具体如下：Ni：14.0～16.0％，Sn：7.0～9.0％，Si：0.1～0.3％，Ti：0.02～0.10％。

【技术特征摘要】
1.一种调幅分解型高强铜镍锡合金，其特征在于，合金材料中含有Cu
和以下添加元素，各添加元素及其质量百分比具体如下：
Ni：14.0～16.0％，
Sn：7.0～9.0％，
Si：0.1～0.3％，
Ti：0.02～0.10％。
2.根据权利要求1所述一种调幅分解型高强铜镍锡合金，其特征在于，
所述合金材料中所用各原料的质量百分比如下：Ni为15.00％，Sn为8.0％，
Si为0.10％，Ti为0.02％，余量为Cu。
3.根据权利要求1所述一种调幅分解型高强铜镍锡合金，其特征在于，
所述合金材料中所用各原料的质量百分比如下：Ni为15.00％，Sn为8.0％，
Si为0.20％，Ti为0.10％，余量为Cu。
4.根据权利要求1所述一种调幅分解型高强铜镍锡合金，其特征在于，
所述合金材料中所用各原料的质量百分比如下：Ni为15.00％，Sn为8.0％，
Si为0.30％，Ti为0.10％，余量为Cu。
5.权利要求1～4任一项所述一种调幅分解型...

【专利技术属性】
技术研发人员：张卫文，赵超，罗宗强，张大童，杨超，
申请(专利权)人：华南理工大学，
类型：发明
国别省市：广东;44