本发明专利技术公开了一种含钴高强度高硬度耐磨铜合金及其制备方法，所述铜合金含有的化学元素成分及其质量百分比为：Al 10.5‑11.5％；Fe 5.5‑6.5％；Ni 4.5‑5.5％；Co 0.8‑1.5％；Be 0.08‑0.12％；Re 0.05‑0.2％；余量为铜。本发明专利技术通过各元素的合理匹配达到组织细化。α、α+γ2及K相，以提高合金的强度、硬度、耐磨性、塑性等综合性能，获得广泛的应用前景。
A Copper Alloy Containing Cobalt with High Strength and Hardness and Its Preparation Method
The invention discloses a high strength and high hardness wear-resistant copper alloy containing cobalt and a preparation method thereof. The chemical element composition and mass percentage of the copper alloy are: Al 10.5 11.5%; Fe 5.5 6.5%; Ni 4.5 5.5%; Co 0.8 1.5%; Be 0.08 0.12%; Re 0.05 0.2%; and the remainder is copper. The invention achieves tissue refinement by reasonable matching of each element. In order to improve the strength, hardness, wear resistance and plasticity of the alloy, the phases of alpha, alpha+gamma 2 and K have been widely applied.
【技术实现步骤摘要】
一种含钴高强度高硬度耐磨铜合金及其制备方法
本专利技术涉及金属及合金材料制造领域，尤其涉及高强度高硬度耐磨铝青铜合金材料及其制备方法，特别提供一种含钴高强度高硬度耐磨铜合金及其制备方法。
技术介绍
铝青铜有很多优点，在工业中成为了不可缺少的铜合金材料。其特点为：(1)铝青铜结晶范围小流动性好，凝固过程中体收缩较大不易产生成分偏析和分散缩孔。(2)在大气、海水以及大多数有机酸溶液中表现出一般材料没有的耐蚀性能。(3)力学性能及耐磨性好。(4)导热性好，刚度稳定，在做拉伸压缩不锈钢板式散热器模具材料时不会出现粘模及划伤工件等现象。但一般铝青铜在硬度、强度等方面存在较大的不足，从而限制了它的应用。高铝和多元铝青铜在硬度、强度、耐磨性方面有了显著的提高。为此国内外做了许多研究工作，但还是不能满足工业的需求。中国公告号CN104294080A专利含铝6-11％；锰3-8％；硅1-4％；其它元素0.1-2％；余为铜，是比较典型的高铝青铜，有一定的耐磨性。但强度只有600N/mm2，布氏硬度只有200，远远满足不了工业生产的需求。甘肃工业大学学报2002.6第28卷第二期的文章“高强耐磨铝青铜热处理工艺的研究”谈到从国外引进的Cu14Alx合金经840-880℃油淬固溶，570-600℃空冷时效可达到硬度HRC48.2。但并未给出具体的性能的其它指标，并未实际投入生产。中国公告号CN104060121B专利中给出Al：4.5-6.5；Fe：2.2-3.6；Mn：1.4-1.8；Si：1.0-1.5；Cr：0.4-0.8等元素，其强度只有482Mpa。《工程技术》2014.05.16发表的“铝青铜合金的研究现状和发展趋势”一文中第3页表1.1列举了国内生产中应用的模具铜合金材料有九种。强度最高LCT合金硬度只有HRC32。硬度最高汽车制造使用的铜合金HRC可达到39-44，但强度只有500-540Mpa。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种含钴高强度高硬度耐磨铜合金及其制备方法。本专利技术的技术方案是：一种含钴高强度高硬度耐磨铜合金，其含有的化学元素成分及其质量百分比为：Al10.5-11.5％；Fe5.5-6.5％；Ni4.5-5.5％；Co0.8-1.5％；Be0.08-0.12％；Re0.05-0.2％；余量为铜。所述Co与Ni的质量百分比之和与Fe的质量百分比相差±0.1％。Be具有脱氧作用，同时Be加入可起到时效硬化的作用提高合金的硬度。同时Be可提高合金抗氧化的能力。少量的Re可细化晶粒，净化合金，进一步提高合金的强度、增加韧性。上述合金的制备方法，合金的熔炼工艺过程为：采用中频感应电炉，先将电解铜在1100-1200℃熔化，然后加入CuBe中间合金，再加入工业纯钴、工业纯镍、工业纯铁、混合稀土，最后加入工业纯铝；精炼20-30min；其中：覆盖剂用烘干后的碎玻璃、光卤石粉、石灰石粉，质量比为1:1:1；精炼剂采用冰晶石、碳酸钙，质量比为1:2；铸模采用水冷模，水冷模出水温度≤60℃。采用CaCo3(产生的Co2比重1.977g/L)、冰晶石粉混合物比例2:1较通用的氩气(比重1.784g/L)、N2(比重1.25g/L)除渣除气效果都好。即Co2气体能全面覆盖炉表面不与大气接触且有冰晶石除渣。所述合金的热处理淬火温度为920-940℃以避免晶粒粗大和欠淬火，保温时间为3小时；退火温度为500-600℃以保证合金具有较高的强度、硬度及韧性，保温时间为2小时；淬火介质为水温20-30℃的清水；转移时间≤20秒。以上成分中Co元素的作用原理是如下：1、Co对Cu的作用在1112℃的Cu中能溶解约8.8％的Co，当温度降到400℃以下Cu中几乎无溶解度。所以Co在高温能溶入Cu中，降温时能弥散析出。可通过920℃淬火和550℃退火使铜合金的硬度提高强度增加。2、Co和Al的作用当在Cu中加入10％左右的Al和1％左右的Co时，Al和Co的比例约10:1。这时Al和Co能生成Al9Co2和Al3Co4及Al3Co化合物，它们的熔点为970℃、1093℃、1135℃。因为Al和Co都在Cu中有溶解度所以这些化合物将溶入Cu中并产生析出硬化的作用。Co的加入提高了铝青铜的淬火退火的硬化效果。增加了铝青铜的硬度和强度。3、Co和Fe的作用Co和Fe是匀晶相图，在铝青铜中加入6％左右的Fe可生成K相提高合金的强度和耐磨性，但如果K相呈针状则会使铝青铜产生脆性。Co的加入可参加K相的组成，并能使K相球化和细化，可提高铝青铜的韧性防止脆性。4、Co和Ni的作用Co和Ni是匀晶相图。在铝青铜中加入Ni可防止缓冷脆性，提高共析转变温度。Ni和Al可形成K相。Co的加入可参与K相的形成使K相细化和球化。实施例5中达到最佳效果。提高合金强度防止脆性。Ni和Cu是匀晶相图，Ni大多数溶入Cu中参与β相的形成。Ni量过多将使β相含Ni量增加，使β相脆性增加，故成分中Ni量略低于Fe的含量，可提高Co的含量不至于使β相脆化，因为Co在降温时可全部析出，而Ni降温时不能析出，Ni量过大将使合金脆性增加。本专利技术具有以下有益的效果：本专利技术具有高硬度又兼有高强度和一定韧性，在工业生产应用中有广泛的前景。附图说明图1为实施例5的金相图(放大450倍)。具体实施方式下面结合附图和实施例对本专利技术进行详细描述。下表给出了按照5组成分对铜合金性能进行测试的结果，其合金的熔炼工艺过程为：采用中频感应电炉，先将电解铜在1100-1200℃熔化，然后加入CuBe中间合金，再加入工业纯钴、工业纯镍、工业纯铁、混合稀土，最后加入工业纯铝；精炼20-30min；其中：覆盖剂用烘干后的碎玻璃、光卤石粉、石灰石粉，质量比为1:1:1；精炼剂采用冰晶石、碳酸钙，质量比为1:2；铸模采用水冷模，水冷模出水温度≤60℃。合金的热处理淬火温度为920℃，保温时间为3小时；退火温度为550℃，保温时间为2小时；淬火介质为水温20-30℃的清水；转移时间≤20秒。实施例成分与性能表实施例AlFeNiCoBeReCuCo+NiMpaα(％)HRC110.25.74.30.80.080.178.825.18805.534210.5650.90.090.277.315.910604.9143.5311.56.55.41.20.080.175.226.610704.22444126.35.71.30.090.274.416.89971.71475116.25.21.00.090.276.316.210834.8445从实施例中可以看到：实施例5：力学性能最优，强度1083Mpa，伸长率4.84％，硬度HRC45。Al、Fe、Co均在本申请所述范围内的中间值。实施例2和3：成分均本申请所述范围内，力学性能与实施例5相近。实施例1：Co在本申请所述范围内，但是由Al和Ni都小于本申请所述范围，故力学性能没有达到最佳。由于Co的加入，实施例1合金的力学性能较不含Co且成分相近的铝青铜比其性能仍有较大提高，说明Co在铝青铜中起到了提高力学性能的作用。实施例4：Co在本申请所述范围内，但是由Al和Ni都大于本申请所述范围，硬度很高但是伸长率下降很多，如成分分析所述，存在脆性。如图1所示，为实施例本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种含钴高强度高硬度耐磨铜合金，其特征在于，其含有的化学元素成分及其质量百分比为：Al 10.5‑11.5％；Fe 5.5‑6.5％；Ni 4.5‑5.5％；Co 0.8‑1.5％；Be 0.08‑0.12％；Re 0.05‑0.2％；余量为铜。
【技术特征摘要】
1.一种含钴高强度高硬度耐磨铜合金，其特征在于，其含有的化学元素成分及其质量百分比为：Al10.5-11.5％；Fe5.5-6.5％；Ni4.5-5.5％；Co0.8-1.5％；Be0.08-0.12％；Re0.05-0.2％；余量为铜。2.按照权利要求1所述的一种含钴高强度高硬度耐磨铜合金，其特征在于，所述Co与Ni的质量百分比之和与Fe的质量百分比相差±0.1％。3.一种权利要求1所述合金的制备方法，其特征在于，合金的熔炼工艺过程为：采用中频感应电炉，先将电解铜在1100-12...
【专利技术属性】
技术研发人员：王成，孙陆林，石路，刘永涛，李绍江，
申请(专利权)人：沈阳金科有色产品研制有限公司，
类型：发明
国别省市：辽宁,21
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