可切削的铜基合金和生产方法技术

本发明专利技术涉及基于铜、镍、锡和铅的合金，其通过连续或半连续浇铸、静态浇铸成方坯、或喷雾成形浇铸成方坯并可经过亚稳态硬化来得到。本发明专利技术合金的切削性能指数大于８０％，相对于标准ＡＳＴＭ　　Ｃ３６０００黄铜，并可达到９０％。根据本发明专利技术，该合金包含１ｗｔ％和２０ｗｔ％之间的Ｎｉ、１ｗｔ％和２０ｗｔ％之间的Ｓｎ、０．１ｗｔ％和４ｗｔ％之间的Ｐｂ、余量基本由Ｃｕ构成，任选地，包含不超过１０％的以下元素即Ｆｅ、Ｚｎ、Ｍｎ中的一种或多种和／或不超过５％的以下元素即Ｚｒ、Ｎｂ、Ｃｒ、Ａｌ、Ｍｇ中的一种或多种。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及基于铜、镍、锡、铅的合金及其生产方法。尤其但不唯一地，本专利技术涉及能容易通过车削、切割或铣削进行加工的基于铜、镍、锡、铅的合金。技术状态基于铜、镍和锡的合金是已知的并被广泛应用。它们提供优异的机械性能并在应变硬化中表现出强的硬化。它们的机械性能通过已知的热时效处理如亚稳态分解得到进一步提高。对于以重量计包含15％镍和8％锡的合金(标准合金ASTM C72900)，机械阻力可达到1500MPa。Cu-Ni-S合金的另一有利性能在于它们能提供比得上青铜性质的良好摩擦学性能，同时表现出优良的机械性能。这些材料的另一优点在于它们良好的可成形性，以及有利的弹性性能。此外，这些合金能提供良好的耐腐蚀性和优异的抗收缩热松弛性能。由于这个原因，Cu-Ni-Sn弹簧不会因年久失去它们的压缩力，即使在振动和强热应力下。这些有利的性能以及良好的导热性和导电性意味着这些材料广泛用于制造电信和汽车工业用的高度可靠的连接器。这些合金还用于若干开关和电或电化学装置或作为电子元件的支架或用于制造受到高负荷的轴承摩擦表面。Cu-Be合金可被相当好地切削，并比得上或甚至超过Cu-Ni-Sn合金的机械性能。相对于标准ASTM C36000黄铜，Cu-Be合金的切削性能指数可达到50-60％。但是它们的成本高，并且由于铍的高毒性，它们的生产、使用和回收特别受限制。对于超过150-175℃的温度，这些材料的抗收缩热松弛性能低于Cu-Ni-Sn的抗收缩热松弛性能。但是，Cu-Ni-Sn合金的一个麻烦在于它们不能很好地适应过程如铣削、车削或切割或任何其它已知的方法。这些合金的另一麻烦在于它们在浇铸过程中强的偏析。因此本专利技术的一个目的是提出一种结合了基于铜、镍和锡的合金的有利机械特性并具有良好可加工性的合金。本专利技术的另一个目的是提出一种生产基于没有现有技术麻烦的Cu-Ni-Sn的可切削产品的方法。本专利技术的另一个目的是提出结合了高弹性和机械阻力特性但没有铍或有毒元素的可切削合金。本专利技术的还一目的是提出生产基于偏析有关问题得到解决的Cu-Ni-Sn的可切削产品的方法。通过作为相应类别独立权利要求的目标的产品和方法达到这些目的，独立权利要求特征在于一种由合金构成的可切削产品，其中合金包含1wt％和20wt％之间的Ni、1wt％和20wt％之间的Sn、0.1wt％和4wt％之间的Pb、余量基本由Cu构成，并经过热均化处理，热均化处理包括加热所述合金的步骤然后是以足够慢至防止开裂的速度冷却的步骤。专利技术详述本专利技术涉及通过连续或半连续浇铸方法、静态方坯浇铸或喷射成形浇铸得到的基于铜、镍、锡和铅的合金。铜-镍-锡合金具有长的凝固间隔，在浇铸过程中造成相当大的偏析。在上述四种方法中，还称为“Ospery”方法并描述在例如专利EP0225732中的喷射成形浇铸可以获得几乎均匀的微观结构，提供了最小的偏析程度。在这种方法中，通过连续沉积雾化液滴得到金属方坯。偏析可只在雾化液滴水平上发生。因此缩短了消除偏析需要的扩散距离。在连续或半连续浇铸情况下，与用喷射成形方法相比，偏析更强，但仍保持被充分减少以避免合金的过多脆性。静态方坯浇铸造成强的偏析，其只有通过延长的热处理来消除。铅在合金的其它金属中基本不溶解，得到的产品将包括分散在Cu-Ni-Sn基质中的铅颗粒。在切削操作中，铅具有润滑作用并有助于银的碎裂。合金中引入的铅的数量取决于力争获得的可切削程度。通常，在不改变合金常温机械性能时，可引入最高几个重量百分数的铅量。但是，在铅熔点(327℃)以上，液态铅强烈地削弱合金。含铅的合金因此难以制造，一方面因为它们具有非常强的明显开裂趋势，另一方面，因为它们表现出包含不合需要的使相弱化的两相结晶学结构。本专利技术的方法可以生产包含最高几个重量百分数的铅的可切削Cu-Ni-Sn-Pb产品，在制造过程中不会开裂，并具有优异的机械性能。铅的比例可在0.1wt％和4wt％之间变化，优选在0.2wt％和3wt％之间，甚至更优选在0.5wt％和1.5wt％之间。在铸造车间熔炼后，生产方法可被分解成连续的毛坯对于第一毛坯，根据产品是通过小直径下连续浇铸来生产还是大直径下通过静态方坯浇铸、喷射成形、半连续或连续浇铸来生产，必须考虑两种情况。本专利技术的产品特征在于它们优异的可切削性，其大于Cu-Be合金的可切削性。本专利技术合金的切削性能指数超过80％，相对于标准ASTMC36000黄铜，并甚至达到90％。第一毛坯通过连续小直径线浇铸得到的例如25mm或更小的合金经过热均化处理或通过锤锻冷变形然后均化和再结晶处理的步骤。热处理温度必须在合金为单相的范围内。热处理后的冷却必须以足够慢到防止因冷却中的温差产生的内部收缩引起的合金开裂和足够快到限制两相结构形成的速度进行。如果速度太低，则会出现相当大量的第二相。第二相非常易碎并大大降低了合金的变形性。避免太大量第二相形成所需要的临界冷却速度将取决于合金的化学组成，并且对于较高数量的镍和锡来说较大。此外，在冷却过程中，在合金内产生暂时内部收缩。它们与产品表面和中心之间的温差有关。如果这些收缩超过合金阻力，则后者将开裂并不再可用。产品直径越大，由于冷却产生的内部收缩就都越高。避免开裂的临界冷却速度因此取决于产品直径。对于Cu-Ni-Sn-Pb合金，这个问题甚至更尖锐，因为在327℃的熔点以上，铅强烈地削弱了合金。在本专利技术的方法中，考虑合金的化学组成和产品的横向尺寸或直径，热处理后的冷却以预定的速度进行。冷却速度必须同时足够慢至防止开裂和足够大至防止形成太大量的碎裂相。在大直径产品的制造中，由于温差产生的内部收缩大于在小直径产品中，因此必须限制冷却速度。同时，大比例的Ni和Sn促进了碎裂相的形成和要求较快的冷却。通过喷射成形、静态方坯浇铸或半连续浇铸得到的合金经过热挤压处理。如果产品具有大的直径，则对于连续浇铸也是如此。挤压过程中的冷却必须足够慢至防止开裂和足够快至限制碎裂的第二相的形成。或者，如果挤压过程中的冷却太慢，则对于小直径连续浇铸产品，挤压后必须有如上文所说明的热均化和再结晶处理。一旦制得第一毛坯，必须通过一种或几种冷变形操作直接得到或通过一种或几种连续毛坯得到最终的可切削产品，冷变形操作例如轧制、拉丝、拉伸成形或任何其它冷变形方法。连续毛坯由第一毛坯开始，通过一种或几种冷变形操作然后热再结晶处理得到下面的毛坯。再结晶处理的温度必须在合金为单相的范围内。热处理后的冷却必须具有足够慢至防止开裂但总是足够快至限制两相结构形成的速度。通过连续毛坯，产品的尺寸被减小。通过一种或几种冷变形操作由最后毛坯得到最终产品。随后可通过亚稳态分解热处理提高得到的合金的机械性能。可在最终切削前或后进行这种处理。下文中，将提供根据本专利技术的方法和可切削产品的实施例。在下面的实施例中，冷却温度指产品中心。实施例1表1中给出了这个实施例中合金的化学组成表1 在组合物中引入锰作为脱氧剂。但是可使用其它替代元素或防止合金氧化的装置。可根据上文提到的不同方法浇铸这种合金。在这个实施例中，通过连续方坯浇铸得到直径180mm的这种合金。第一毛坯挤压方坯例如到18mm的直径。在挤压模出口处，用能获得50℃/min-300℃/min的冷却速度的压缩空气流冷却合金本文档来自技高网...

【技术保护点】
由合金构成的金属产品的制造方法，其中该合金包含１ｗｔ％和２０ｗｔ％之间的Ｎｉ、１ｗｔ％和２０ｗｔ％之间的Ｓｎ、０．１ｗｔ％和４ｗｔ％之间的Ｐｂ、余量基本由Ｃｕ构成，　　　　该方法包括热处理，热处理包括加热所述合金的步骤然后是在足够慢至防止开裂的速度下的冷却步骤。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】

【专利技术属性】
技术研发人员：E文森特，
申请(专利权)人：瑞士金属UMS瑞士金属加工有限公司，
类型：发明
国别省市：CH[瑞士]