铜锌镍锰合金制造技术

本发明专利技术涉及具有以下组分(按重量计以％表示)的铜合金：Zn：17％至20.5％，Ni：17％至23％，Mn：8％至11.5％，任选地高达4％的Cr，任选地高达5.5％的Fe，任选地高达0.5％的Ti，任选地高达0.15％的B，任选地高达0.1％的Ca，任选地高达1.0％的Pb，余量的铜和不可避免的杂质，其中铜的比例为按重量计至少45％，Ni的比例与Mn的比例的比率为至少1.7，并且其中合金具有包含MnNi和MnNi

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】铜锌镍锰合金本专利技术涉及高强度的铜锌镍锰合金。含有按重量计8％至20％的镍的铜锌合金被称为“镍银”。由于镍的比例高，其非常耐腐蚀并且具有高强度。大多数镍银合金含有少量的锰。特别高强度的镍银合金是CuNi18Zn20和CuNi18Zn19Pb1。它们具有高达1000MPa的抗拉强度。两种合金含有按重量计低于1％的锰。CuNi12Zn38Mn5Pb2合金中存在明显较高比例的锰，其按重量计约为5％。由该合金构成的材料可具有650MPa的抗拉强度。由文献FR897484可知镍银合金中的镍可以被锰替代。在该文献中提出的含锰的镍银合金含有至少与镍一样多的锰。在这些合金中添加按重量计1.5％的铁可以实现高达630MPa的抗拉强度升至710MPa。本专利技术的目的是提供一种具有高强度、硬度、延展性、耐磨性、耐腐蚀性和良好的抗菌以及防污性能的铜合金。通过常规的工艺步骤，就可以在工业规模上由合金生产半成品部件。具体地，在不进行中间退火的情况下就可以实现高程度的冷变形，以保持低制造成本。本专利技术由权利要求1的特征限定。另外的从属权利要求涉及本专利技术的有利实施方式和进一步开发。本专利技术包括具有以下组分(按重量计以％表示)的铜合金：Zn：17％至20.5％，Ni：17％至23％，Mn：8％至11.5％，任选地高达4％的Cr，任选地高达5.5％的Fe，任选地高达0.5％的Ti，任选地高达0.15％的B，任选地高达0.1％的Ca，任选地高达1.0％的Pb，>余量的铜和不可避免的杂质，其中铜的比例为按重量计至少45％，Ni的比例与Mn的比例的比率为至少1.7，并且合金具有MnNi和MnNi2型的析出物嵌入其中的显微结构。本专利技术所基于的思路是通过将特定量的锌、镍和锰合金化成铜来形成具有显著性能特征的合金。合金中锌的比例为按重量计至少17％且按重量计不超过20.5％。作为便宜的元素，锌应以尽可能大的比例存在于合金中。然而，按重量计超过20.5％的锌的比例导致延展性的显著降低以及耐腐蚀性的降低。合金中镍的比例为按重量计至少17％且按重量计不超过23％。镍为合金提供了高强度和良好的耐腐蚀性。基于该原因，该合金必须含有按重量计至少17％，优选按重量计至少18％的镍。基于成本原因，该合金应含有按重量计不超过23％，优选按重量计不超过21％的镍。合金中锰的比例为按重量计至少8％且按重量计不超过11.5％。在存在镍的情况下，锰可形成MnNi2和MnNi型含锰和镍的析出物。仅当锰的比例高于按重量计约8％时，该效果变得显著。当锰的比例高于按重量计8％时，合金中析出物的浓度很高，以至于冷成型后在310℃至450℃的温度范围内进行热处理会显著提高合金的强度。当锰的比例高于按重量计11.5％时，观察到热成型过程中裂纹形成的增加。基于该原因，锰的比例不应超过按重量计11.5％。锰的比例优选为按重量计至少9％。锰的比例优选为不超过按重量计11％。镍的比例与锰的比例之比率为至少1.7，从而可以形成MnNi2和MnNi型的析出物。这些析出物嵌入合金的显微结构中。合金中铜的比例应为按重量计至少45％。铜的比例对于确定合金的抗菌性能是关键的。基于该原因，铜的比例应为按重量计至少45％，优选按重量计至少48％。按重量计高达2％的铬可以任选地添加至合金中。除了MnNi和MnNi2析出物外，铬还形成另外种类的析出物。因此，铬有助于强度的进一步增加。应优选将按重量计至少0.2％的铬添加到合金中以达到显著效果。按重量计高达5.5％的铁可以任选地添加到合金中。除了MnNi和MnNi2析出物外，铁还形成另外种类的析出物。因此，铁有助于强度的进一步增加。应优选将按重量计至少0.2％的铁添加至合金中以达到显著效果。任选的元素Ti、B和Ca引起显微结构的晶粒细化。任选元素Pb改善了材料的切削加工性。需要考虑到的是Pb损害了热成型能力，因而如果大量的Pb已经合金化，则避免了热成型。该合金不含铍和稀土族元素。本专利技术的具体优点在于，通过特定选择元素锌、镍和锰的比例来形成具有作为锻造材料的特定性能特征的合金。其特征在于强度、延展性、深拉延性、耐腐蚀性和弹性性能的优异结合。其具有优异的抗菌和防污性能。通过析出硬化可以生产具有至少1100MPa的抗拉强度和/或至少1000MPa的屈服点的材料。在铸造铸型之后，合金无需固溶热处理就可以进行热成型，或者铸型可以直接进行冷成型而不进行热成型。在第一工艺变型中，在合金的铸造和冷却之后，在650℃至850℃的温度范围内进行热成型。然后将合金冷成型，可达到高达99％的变形程度。至少90％的变形程度是优选的。在此，变形程度是工件的横截面的相对减小。在冷成型后，合金在310℃至500℃范围内的温度下热处理10分钟至30小时的时间。因此，在材料的显微结构中形成了MnNi2和MnNi型析出物。析出物大大增加了材料的强度。先前的冷成型中的变形程度越大，热处理后材料的强度越高。如果合金以至少95％的变形程度冷成型，则热处理后的材料具有高达1350MPa的抗拉强度Rm和高达1300MPa的屈服点Rp0.2。这种材料的硬度高达460HV10。在90％的变形程度下，热处理后的材料在2.1％的断裂伸长率下具有高达1260MPa的抗拉强度Rm和高达1200MPa的屈服点Rp0.2。为了生产该高强度材料，热处理的温度优选在330℃至370℃的范围内。热处理的持续时间在2至30小时范围内。通过选择高于450℃的热处理温度和低于一小时的热处理持续时间，也可以设置在30％的断裂伸长率下具有约700MPa抗拉强度的较柔软的状态。研究已经显示，当合金含有超过按重量计12％的锰时，在热成型过程中出现裂纹。在热轧过程中，裂纹从轧制带材的侧边缘形成。带材的可利用宽度因此显著减小。还可以假设，微裂纹还形成在带的区域中，在该区域中用肉眼识别不出裂纹。为了避免该裂纹的形成，合金中锰的比例不得超过按重量计11.5％。因此，锰的比例必须设置在窄的限定范围内，以便能够利用形成析出物而避免在热成型过程中形成裂纹的优点。因此，本专利技术的合金是特别有利的选择。具体地，设定合金中锌和锰的比例，以致合金可首先不出问题地进行热成型，其次可以进行高度的冷成型。在第二种替代工艺变型中，合金无需热成型即可加工。为此，合金的铸造状态是冷成型的。可以实现高达90％的总变形程度。在进行总变形程度为至少80％的冷成型后，该材料具有850MPa的抗拉强度Rm和835MPa的屈服点Rp0.2。断裂伸长率为3％，且硬度为276HV10。通过90％变形程度的冷成型可以获得高于900MPa的抗拉强度。由本专利技术的合金构成的材料非常耐疲劳、耐油腐蚀和低磨耗。因此，它们适用于滑动轴承、工具、继电器和钟表组件。此外，该材料具有良好的弹性性能。由于它们的高弹性，它们可以弹性地存储大量能量。基于该原因，本专利技术的合金非常适合于弹簧和弹性元件。冷成型性、耐腐蚀性和弹性性能的结合使得本专利技术的合金成为用于眼镜框本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种铜合金，其具有以下组分(按重量计以％表示)：/nZn：17％至20.5％，/nNi：17％至23％，/nMn：8％至11.5％，/n任选地高达4％的Cr，/n任选地高达5.5％的Fe，/n任选地高达0.5％的Ti，/n任选地高达0.15％的B，/n任选地高达0.1％的Ca，/n任选地高达1.0％的Pb，/n余量的铜和不可避免的杂质，其中铜的比例为按重量计至少45％，Ni的比例与Mn的比例的比率为至少1.7，并且合金具有MnNi和MnNi

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20180420 DE 102018003216.81.一种铜合金，其具有以下组分(按重量计以％表示)：
Zn：17％至20.5％，
Ni：17％至23％，
Mn：8％至11.5％，
任选地高达4％的Cr，
任选地高达5.5％的Fe，
任选地高达0.5％的Ti，
任选地高达0.15％的B，
任选地高达0.1％的Ca，
任选地高达1.0％的Pb，
余量的铜和不可避免的杂质，其中铜的比例为按重量计至少45％，Ni的比例与Mn的比例的比率为至少1.7，并且合金具有MnNi和MnNi2型的析出物嵌入其中的显微结构。

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【专利技术属性】
技术研发人员：伊戈尔·阿尔滕伯格，
申请(专利权)人：威兰德沃克公开股份有限公司，
类型：发明
国别省市：德国;DE