一种Cu-Sn-Fe-Ni系铜合金材料及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种Cu

【技术实现步骤摘要】
一种Cu
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Sn
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Fe
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Ni系铜合金材料及其制备方法


[0001]本专利技术涉及一种铜基合金材料，具体涉及一种Cu
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Sn
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Fe
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Ni系铜合金材料及其制备方法，属于有色金属材料


技术介绍

[0002]锡青铜是以含3％～12％锡为主合金元素以及少量磷、铅、锌、镍等元素组合而成的青铜，锡青铜具有较高的力学性能、耐磨性和耐蚀性，易切削加工，钎焊和焊接性能好，收缩系数小，无磁性。含磷锡青铜具有良好的力学性能，可用作高精密工作母机的耐磨零件和弹性零件。含铅锡青铜常用作耐磨零件和滑动轴承。含锌锡青铜可作高气密性铸件。
[0003]锡青铜由于在大气、海水、淡水和蒸汽中十分耐蚀，因此被广泛用于蒸汽锅炉、海船零件以及各种海上阀门零件。其中，向锡青铜中加入铅可以明显改善合金的切削性能。但是，由于铅对环境污染日趋严重，因此在工业生产中对铅的使用要严格控制。因此，需要通过优化成分和改善加工工艺来获得综合性能较好的锡青铜材料。

技术实现思路

[0004]针对现有技术中的锡青铜存在的技术之不足，本专利技术的第一个目的是在于提供一种Cu
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Sn
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Fe
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Ni系铜合金材料，该铜合金材料同时具备高强度、抗均匀和冲刷腐蚀性能，可广泛用于抗腐蚀性能要求高的船舶、海洋、化工行业以及腐蚀环境恶劣的化工行业。
[0005]本专利技术的第二个目的是在于提供一种Cu
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Sn
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Fe
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Ni系铜合金材料的制备方法，该合金材料的生产流程短、工艺简单，有利于大规模生产。
[0006]为了实现上述技术目的，本专利技术提供了一种Cu
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Sn
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Fe
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Ni系铜合金材料，其包括以下质量百分比组分：Sn 1.5～3.5％；Fe 1.0～2.0％；Ni 0.2～1.0％；余量为Cu(总质量以100％计量)。Cu
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Sn
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Fe
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Ni系铜合金材料中还包含微量的不可避免的杂质成分，一般忽略不计。
[0007]本专利技术的Cu
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Sn
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Fe
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Ni系合金中，Sn元素的加入，可以形成第二相，并且可以抑制脱锌，提高合金的强度和耐腐蚀性；Ni元素能显著提高铜合金的强度、硬度、冲击韧性、热稳定性与耐蚀性和细化晶粒；Fe元素使铜合金的强度得到提高，并且在合金中可以有效促进金属间化合物，形成硬质点(K相)弥散分布于基体中的元素，可提高合金的强度和硬度，同时不会破坏合金的韧性。因此，整个Cu
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Sn
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Fe
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Ni系铜合金总体表现出优异力学强度和耐腐性能。
[0008]作为一个优选的方案，Cu
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Sn
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Fe
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Ni系铜合金材料由以下质量百分比组分组成：Sn 1.5～3.5％；Fe 1.0～2.0％；Ni 0.2～1.0％；余量为Cu。
[0009]本专利技术还提供了一种Cu
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Sn
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Fe
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Ni系铜合金材料的制备方法，该方法是将包括铜、锡、镍和铁在内的金属原料进行熔炼和铸造，得到铸造坯体；将铸造坯体依次进行铣面I、均匀化、热轧、铣面II、冷轧、退火I、酸洗、精轧、退火II，即得。
[0010]作为一个优选的方案，所述熔炼过程为：将铜、镍、铁及覆盖剂，升温至1200℃～
1250℃进行熔化，再控制炉温在1020～1050℃，加入锡，待锡熔化后，加入冰晶石和氟化钙，再搅拌捞渣。由于锡的熔点相对其他金属较低，因此控制炉温在相对较低的条件下加入锡。加入冰晶石和氟化钙主要起到助熔，可以降低难熔物质的熔点，促进炉渣流动，使得渣和金属很好分离。
[0011]作为一个优选的方案，所述均匀化的条件：温度为920～960℃，时间为1～3h。通过均质化处理，可以改善或消除熔铸过程中所造成的各种组织缺陷，为后续热处理作好组织准备。
[0012]作为一个优选的方案，所述热轧的条件为：热轧温度为820～850℃，热轧道次轧下量50％～60％，热轧总变形量为70％～80％，终轧温度为620～650℃。在优选的热轧条件下可以很好地改善合金的铸造组织，细化合金晶粒，并消除显微组织的缺陷，从而使合金组织密实，力学性能得到改善。
[0013]作为一个优选的方案，所述冷轧的条件为：包括两道次冷轧，第一道次冷轧变形量为30％～50％，经第二道次变形后，总变形量达到60～70％。在优选的冷轧条件下起到加工硬化的作用，显著提高了合金的强度和硬度。
[0014]作为一个优选的方案，所述退火I的条件为：在分解氨的气氛下，于630℃～680℃温度下，退火1～2小时。第一道退火工艺主要是用于消除冷轧加工硬化，降低硬度恢复塑性，消除残余应力，减少变形与裂纹倾向，同时均匀合金的组织和成分，为后续热处理做组织准备。
[0015]作为一个优选的方案，所述精轧的条件为：采用形变量为20％～40％的冷轧，得到厚度为2.5
±
0.05mm的板材。通过优选的精轧工艺能够保证板材的平直度，提高合金的强度和硬度，进一步提高合金的表面质量。
[0016]作为一个优选的方案，所述退火II的条件为：在分解氨的气氛下，于720℃～750℃温度下，退火1～2小时。第二道退火工艺主要是用于可以消除精轧后残余应力，减少变形与裂纹倾向，使得合金的综合性能优异。
[0017]本专利技术提供的一种Cu
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Sn
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Fe
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Ni系铜合金材料的制备方法，包括以下步骤：
[0018](1)熔铸：采用电解纯铜、纯锡、纯铁和纯镍为原料，将所有原料烘烤干后，利用工频感应熔炼炉进行熔炼，熔化及加料顺序如下：装料加入电解纯铜、纯镍和纯铁，再加如覆盖剂(煅烧木炭)，然后升温至1220℃～1260℃，熔化后，控制炉温在1030～1070℃，加入纯锡，熔化后，加入冰晶石和氟化钙，搅拌捞渣。熔匀后形成CuSnFeNi合金熔体，熔体成分范围(重量百分比)为：Sn 1.5～3.5％；Fe 1.0～2.0％；Ni 0.2～1.0％；余量是Cu和不可避免的杂质；然后将合金熔体浇铸到模具中，冷却后开模取出合金铸锭；
[0019](2)铣面：将步骤(1)得到的铸坯进行双面铣面，去除表面缺陷；
[0020](3)均匀化处理：合金铸锭放入热处理炉中进行均匀化处理，均匀化退火处理的温度为920～960℃，时间为1～3h；
[0021](4)热轧：将步骤(3)均匀化退火处理后的合金升温至800～830℃，或从均匀化退火处理温度上降温至800～830℃，进行热轧制，热轧道次轧下量50％～60％，热轧总变形本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种Cu
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Sn
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Fe
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Ni系铜合金材料，其特征在于：包括以下质量百分比组分：Sn 1.5～3.5％；Fe 1.0～2.0％；Ni 0.2～1.0％；余量为Cu。2.根据权利要求1所述的一种Cu
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Sn
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Fe
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Ni系铜合金材料，其特征在于：由以下质量百分比组分组成：Sn 1.5～3.5％；Fe 1.0～2.0％；Ni 0.2～1.0％；余量为Cu。3.权利要求1或2所述的一种Cu
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Sn
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Fe
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Ni系铜合金材料的制备方法，其特征在于：将包括铜、锡、镍和铁在内的金属原料进行熔炼和铸造，得到铸造坯体；将铸造坯体依次进行铣面I、均匀化、热轧、铣面II、冷轧、退火I、酸洗、精轧、退火II，即得。4.根据权利要求3所述的一种Cu
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Sn
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Fe
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Ni系铜合金材料的制备方法，其特征在于：所述熔炼过程为：将铜、镍、铁及覆盖剂，升温至1200℃～1250℃进行熔化，再控制炉温在1020～1050℃，加入锡，待锡熔化后，加入冰晶石和氟化钙，再搅拌捞渣。5.根据权利要求3所述的一种Cu
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Sn
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Fe
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Ni系铜合金材料的制备方法，其特征在于：所述均匀化的条件为：温度为920～960℃，时间为1～3...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘咏，王谢，雷前，冯建伟，
申请(专利权)人：中南大学，
类型：发明
国别省市：