高强高导耐高温Cu-Cr-Nb合金及其制备方法技术

本申请提供一种高强高导耐高温Cu

【技术实现步骤摘要】
高强高导耐高温Cu
‑
Cr
‑
Nb合金及其制备方法


[0001]本申请涉及冶金领域，尤其涉及一种高强高导耐高温Cu
‑
Cr
‑
Nb合金及其制备方法。

技术介绍

[0002]发动机燃烧室是保证航空动力系统正常运行的核心部位，要经受高温高压、高速气流的作用。如果在运行过程中超温，就会引起部件出现过热、过烧现象，导致材料内部组织晶粒粗大或出现氧化和熔化现象，就会导致材料的塑性、冲击韧度、疲劳性能、断裂韧度及抗应力、抗腐蚀能力大大下降，引起热端部分的烧蚀、裂纹、断裂故障，因此选择符合要求的燃烧室内衬材料显得尤为重要。由于铜的导热性能优于其他材料，且具有高导热、高强度及较好的低周疲劳性能，因此将其作为优选燃烧室内衬材料。为了满足作为内衬材料需要的高温强度，需要研制一种高强高导Cu
‑
Cr
‑
Nb合金。
[0003]目前，有专家学者采用熔炼、铸造制备的Cu
‑
8Cr
‑
4Nb合金中Cr2Nb相的尺寸较大，为0.7～7.0μm，且主要在晶界处偏析。同时也有对铸造合金采用均匀化处理、冷轧、热处理制备Cu
‑
0.47Cr
‑
0.16Nb(wt.％)合金的工艺手段，合金中析出了平均尺寸为0.70μm的Cr2Nb相和平均尺寸为0.5μm的Nb相，导电率为89.1％IACS，硬度为150HB。
[0004]现有的Cu
‑
Cr/>‑
Nb合金目前采用的制备方法冷却速率较低，导致Cr2Nb相尺寸大、偏析严重。

技术实现思路

[0005]本申请的目的在于提供一种高强高导耐高温Cu
‑
Cr
‑
Nb合金及其制备方法，以解决上述问题。
[0006]为实现以上目的，本申请采用以下技术方案：一种高强高导耐高温Cu
‑
Cr
‑
Nb合金，以质量百分比计算，包括：Cr1.6%
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6.8%、Nb1.4%
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6%、M0.01%
‑
1%和余量的铜；其中M为Mo或V中的一种。
[0007]优选地，所述高强高导耐高温Cu
‑
Cr
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Nb合金中，Cr与Nb的摩尔比为2：1；Cr与Nb完全以高熔点金属间化合物Cr2Nb存在于所述高强高导耐高温Cu
‑
Cr
‑
Nb合金中。
[0008]优选地，所述高强高导耐高温Cu
‑
Cr
‑
Nb合金中，一次Cr2Nb相平均尺寸为2.5μm
ꢀ‑
3.6μm，二次Cr2Nb相平均尺寸为16nm
ꢀ‑
25nm。
[0009]本申请还提供一种所述的高强高导耐高温Cu
‑
Cr
‑
Nb合金的制备方法，包括：将部分Cr原料和Nb原料进行第一熔炼得到Cr
‑
Nb中间合金，然后将所述Cr
‑
Nb中间合金、Cu原料和剩余的Cr原料进行第二熔炼、浇铸、冷却、真空自耗熔炼、均匀化处理、热轧制、固溶处理和时效处理，得到所述高强高导耐高温Cu
‑
Cr
‑
Nb合金。
[0010]优选地，所述Cr
‑
Nb中间合金中，Nb的质量含量为62%
‑
64%，余量为Cr。
[0011]优选地，所述第一熔炼为真空感应熔炼或真空电弧熔炼；优选地，所述第一熔炼在抽真空至小于等于1*10
‑1Pa条件下进行，熔炼温度为1650℃
‑
1800℃，精炼时间为30min
‑
60min；优选地，所述第二熔炼在抽真空至小于等于1*10
‑1Pa条件下进行；优选地，所述第二熔炼包括：在氩气保护下、1080℃
‑
1150℃条件下保温5min
ꢀ‑
10min，然后升温至1650℃
‑
1700℃保温30min
ꢀ‑
60min。
[0012]优选地，所述浇铸和所述冷却包括：在氩气保护下，将所述第二熔炼得到的合金液浇注到嵌有石墨衬套的水冷铜模具内，冷却得到电极棒；优选地，所述电极棒的直径为Φ80mm；优选地，所述水冷铜模具内的冷却水的温度为1℃
‑
15℃。
[0013]优选地，所述真空自耗熔炼在抽真空至小于等于1*10
‑2Pa条件下进行；优选地，所述真空自耗熔炼包括：将表面车光处理后的电极棒快速连接真空自耗电弧熔炼炉内的电极上，控制熔炼速度在0.8~1.2kg/min条件下对自耗电极熔炼，在熔炼过程中充入氦气加强冷却，氦气流量为120~180mL/min，熔炼完成后连续冷却至400℃以下出炉空冷得到合金铸锭；优选地，所述合金铸锭的直径为Φ120mm。
[0014]优选地，所述均匀化处理包括：在氩气保护下，将所述冷却之后的合金铸锭放入热处理炉中进行均匀化处理，保温结束后随炉冷却，得到均匀化合金铸锭；优选地，所述均匀化处理的温度为900℃
‑
950℃，保温时间为1h
‑
2h；优选地，所述热轧制包括：将所述均匀化处理得到的合金铸锭加热至800℃
‑
950℃，然后进行热轧处理，终扎后的合金材料立刻进行水淬处理；优选地，所述热轧处理的终轧温度为700℃
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880℃；优选地，所述固溶处理包括：将所述热轧制之后的材料在氩气保护下，900℃
‑
1000℃保温1h
‑
3h，然后水淬处理；优选地，所述时效处理包括：将所述固溶处理之后的材料在氩气保护下，400℃
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500℃保温2h
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4h，随炉冷却至室温。
[0015]与现有技术相比，本申请的有益效果包括：本申请提供的高强高导耐高温Cu
‑
Cr
‑
Nb合金，通过优化元素含量，Cr与Nb充分反应形成金属间化合物Cr2Nb相，保证了高强度和高熔点Cr2Nb相的大量弥散分布，同时也避免了易于氢脆的Nb相的形成；Mo或V的加入能够起到细化晶粒和进一步增强合金基体的作用，得到的合金强度高、导电性好、热稳定性好。
[0016]本申请提供的高强高导耐高温Cu
‑
Cr
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Nb合金的制备方法，包括制备Cr
‑
Nb中间合金、真空熔炼、真空自耗熔炼、均匀化处理、热轧制、固溶处理和时效处理，Cr和Nb充分反应
形成金属间化合物Cr2Nb，避免析出Cr、Nb相影响合金导热性；采用Cr
‑
Nb中间合金有效降低二次熔炼温度，解决了由于Cu、Cr和Nb三者合金元素熔点差异大而出现未溶颗粒现象的问题，增强了合金成本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高强高导耐高温Cu
‑
Cr
‑
Nb合金，其特征在于，以质量百分比计算，包括：Cr1.6%
‑
6.8%、Nb1.4%
‑
6%、M0.01%
‑
1%和余量的铜；其中M为Mo或V中的一种。2.根据权利要求1所述的高强高导耐高温Cu
‑
Cr
‑
Nb合金，其特征在于，所述高强高导耐高温Cu
‑
Cr
‑
Nb合金中，Cr与Nb的摩尔比为2：1；Cr与Nb完全以高熔点金属间化合物Cr2Nb存在于所述高强高导耐高温Cu
‑
Cr
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Nb合金中。3.根据权利要求1或2所述的高强高导耐高温Cu
‑
Cr
‑
Nb合金，其特征在于，所述高强高导耐高温Cu
‑
Cr
‑
Nb合金中，一次Cr2Nb相平均尺寸为2.5μm
ꢀ‑
3.6μm，二次Cr2Nb相平均尺寸为16nm
ꢀ‑
25nm。4.一种权利要求1
‑
3任一项所述的高强高导耐高温Cu
‑
Cr
‑
Nb合金的制备方法，其特征在于，包括：将部分Cr原料和Nb原料进行第一熔炼得到Cr
‑
Nb中间合金，然后将所述Cr
‑
Nb中间合金、Cu原料和剩余的Cr原料进行第二熔炼、浇铸、冷却、真空自耗熔炼、均匀化处理、热轧制、固溶处理和时效处理，得到所述高强高导耐高温Cu
‑
Cr
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Nb合金。5.根据权利要求4所述的高强高导耐高温Cu
‑
Cr
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Nb合金的制备方法，其特征在于，所述Cr
‑
Nb中间合金中，Nb的质量含量为62%
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64%，余量为Cr。6.根据权利要求4所述的高强高导耐高温Cu
‑
Cr
‑
Nb合金的制备方法，其特征在于，所述第一熔炼为真空感应熔炼或真空电弧熔炼；所述第一熔炼在抽真空至小于等于1*10
‑1Pa条件下进行，熔炼温度为1650℃
‑
1800℃，精炼时间为30min
‑
60min；所述第二熔炼在抽真空至小于等于1...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨树峰，钟佳，赵朋，解国良，刘威，杨曙磊，杨会泽，
申请(专利权)人：北京科技大学，
类型：发明
国别省市：