改性锡磷青铜合金及其制备方法技术

本发明专利技术提供了一种改性锡磷青铜合金及其制备方法。以质量百分比计，该改性锡磷青铜合金包括以下元素：4.0～10wt％的Sn、0.01～0.3wt％的P，余量为Cu和不可避免的杂质元素，所述改性锡磷青铜合金的平均晶粒尺寸为1～3μm，晶粒尺寸呈现正态分布，且晶粒尺寸标准差为0.8μm以下；所述改性锡磷青铜合金中的总低ΣCSL晶界在整个晶界中的占比为66～74％，且所述总低ΣCSL晶界中，(Σ9+Σ27)/Σ3的比值范围为0.12～0.23：1。本申请的改性锡磷青铜合金具有高长度分数的低ΣCSL晶界，从而使得成品合金具有更为优异的抗弯曲加工特性，进而使得成品合金能够兼顾抗拉强度和优异折弯性能。得成品合金能够兼顾抗拉强度和优异折弯性能。得成品合金能够兼顾抗拉强度和优异折弯性能。

【技术实现步骤摘要】
改性锡磷青铜合金及其制备方法


[0001]本专利技术涉及锡磷青铜合金
，具体而言，涉及一种改性锡磷青铜合金及其制备方法。

技术介绍

[0002]对于多晶材料来说，晶界是材料中微观结构的重要组成部分，晶界的数量、类型和分布在材料的性能中起着关键作用。在力学性能方面，晶界是塑性变形过程中位错滑移的主要障碍，成为多晶金属材料强度和加工硬化的重要来源。同时，晶界也是裂纹形核的首选位置，因为结构无序界面两侧的原子之间的键合强度减弱，并且由于位错的堆积而导致了更高的应力集中。但是，最值得注意的是，不同晶界的结构等级存在显著差异，因此，不同的晶界抵抗晶间裂纹和断裂的能力也有所不同。基于此，WATANABE于1984年首次提出了“晶界设计与控制”的思想，随后被发展为“晶界工程”(Grain boundary engineering,GBE)。晶界工程的中心思想是通过一定的形变热处理工艺，以此调控材料的晶界特征分布(Grain boundary character distribution，GBCD)，以提升晶界中低ΣCSL晶界的比例，从而阻断随机晶界网络的连通性，进而达到改善材料性能的目的。
[0003]而大多数GBE是在中低层错能金属合金中基于退火栾晶的形成来提升特殊晶界的比例，其中特殊晶界是指那些低Σ重合位置点阵(Coincident site lattice，CSL)(1≤Σ≤29)晶界表现出对腐蚀、断裂和溶质偏聚等性能具有强烈的抑制作用，某些情况下甚至能够实现完全免疫，而随机晶界(Σ＞29)因具有较低的结构有序度、较大的自由体积和较高的界面能，常成为裂纹萌生的核心和扩展的通道。因此，通过对多晶材料的晶界结构进行控制和优化以改善材料的晶界相关性能，是一种行之有效的方法。
[0004]在专利申请公布号为CN106011710 A的中国专利申请中公开了一种在锡青铜中获得高比例特殊晶界的加工方法，该技术将工件通过5～40％变形，然后置于400～800℃环境中保温0.5～5h，再将其水淬至室温，可达到获得高比例特殊晶界的目的，但该专利仅仅考虑提升了特殊晶界比例，并未考虑晶粒大小对带材力学性能和弯曲加工性能的影响，也就是未将细晶强化效果和高比例特殊晶界协同控制关联在一起，这就导致仅得到高比例的特殊晶界，但晶粒已发生长大或原始晶粒尺寸已经比较大，从而达不到高机械强度和高弯曲加工性的目的。更进一步的，该技术并未针对低ΣCSL晶界中的Σ3、Σ9和Σ27晶界的占比开展研究，而Σ3、Σ9和Σ27晶界的占比对打断随机晶界网络的连通性的作用显著，从而更进一步说明该技术未能实现锡青铜的高机械强度和优异弯曲加工性的效果，然而不考虑锡青铜的高机械强度和优异弯曲加工性等性能而单纯的提高特殊晶界的比例，对于锡青铜的实际应用来说价值不大。
[0005]因此，不能从根本上使最终获得的锡青铜在具有细小晶粒的同时，具有较高的特殊晶界比例，因此，亟待开发一种能够提高锡青铜中特殊晶界比例的工艺。

技术实现思路

[0006]本专利技术的主要目的在于提供一种改性锡磷青铜合金及其制备方法，以解决现有技术中因特殊晶界比例较低而使锡磷青铜无法同时实现高机械强度和优异的弯曲加工性能的问题。
[0007]为了实现上述目的，根据本专利技术的一个方面，提供了一种改性锡磷青铜合金，以质量百分比计，该改性锡磷青铜合金包括以下元素：4.0～10wt％的Sn、0.01～0.3wt％的P，余量为Cu和不可避免的杂质元素，改性锡磷青铜合金的平均晶粒尺寸为1～3μm，晶粒尺寸呈现正态分布，且晶粒尺寸标准差为0.8μm以下；改性锡磷青铜合金中的总低ΣCSL晶界在整个晶界中的占比为66～74％，且总低ΣCSL晶界中，(Σ9+Σ27)/Σ3的比值范围为0.12～0.23：1。
[0008]进一步地，上述总低ΣCSL晶界中，Σ3晶界的长度分数为56～61％，Σ9晶界的长度分数为5～8％，Σ27晶界的长度分数为2.5～4.5％。
[0009]进一步地，上述标准差为0.6～0.8μm。
[0010]根据本专利技术的另一个方面，提供了一种前述改性锡磷青铜合金的制备方法，该制备方法包括：对锡磷青铜合金预处理件进行改性处理，得到改性锡磷青铜合金；改性处理包括依次进行的冷轧变形步骤和热处理步骤，其中，锡磷青铜合金预处理件的平均晶粒尺寸为1～3μm。
[0011]进一步地，上述冷轧变形步骤的变形量为7～15％。
[0012]进一步地，上述热处理步骤的温度为380～500℃，优选热处理步骤的保温时间为1～4h。
[0013]进一步地，上述制备方法还包括：重复进行多次改性处理，优选进行2～5次改性处理。
[0014]进一步地，上述制备方法还包括锡磷青铜合金预处理件的制备工艺流程，制备工艺流程包括依次进行的配料步骤、水平连铸步骤、均匀化退火步骤、铣面步骤、冷轧开坯步骤、第一次再结晶退火步骤、中轧变形步骤、第二次再结晶退火步骤、精轧变形步骤、第三次再结晶退火步骤、留底轧制步骤和第四次再结晶退火步骤，其中，均匀化退火步骤的温度为650～690℃，优选均匀化退火步骤的保温时间为6～8h；优选冷轧开坯步骤的变形量为80～90％；优选留底轧制步骤的变形量为40～55％；优选中轧变形步骤的变形量为50～70％；优选精轧变形步骤的变形量为40～60％。
[0015]进一步地，上述第一次再结晶退火步骤的温度为540～580℃，优选第一次再结晶退火步骤的保温时间为4～6h；优选第二次再结晶退火步骤的温度为450～500℃，优选第二次再结晶退火步骤的保温时间为4～6h。
[0016]进一步地，上述第三次再结晶退火步骤的温度为650～750℃，优选第三次再结晶退火步骤的保温时间为20～60s；优选第四次再结晶退火步骤的温度为600～650℃，优选第四次再结晶退火步骤的保温时间为20～60s。
[0017]进一步地，上述第一次再结晶退火步骤、第二次再结晶退火步骤的气氛各自独立地为氮气与氢气的第一混合气，以体积百分比计，优选第一混合气包括15～30％的H2和70～85％的N2；优选第三次再结晶退火步骤、第四次再结晶退火步骤的气氛各自独立地为氮气与氢气的第二混合气，以体积百分比计，优选第二混合气包括3～5％的H2和95～97％的
N2。
[0018]应用本专利技术的技术方案，与传统的锡磷青铜相比，一方面本申请中改性锡磷青铜合金的平均晶粒尺寸为1～3μm，且晶粒呈现均匀的正态分布，标准差为0.9μm以下，实现了晶粒组织的细小均匀，从而使得改性锡磷青铜合金能够充分发挥细晶强化的作用，进而能够得到更高强度的改性锡磷青铜合金。另一方面本申请的改性锡磷青铜合金具有高长度分数的低ΣCSL晶界，大量的特殊晶界可有效阻碍位错运动，且具有较低的体积自由能，即通过控制改性锡磷青铜合金的平均晶粒尺寸为1～3μm的前提下，使总低ΣCSL晶界具有更多占比，尤其是控制Σ9和Σ27晶界之和与Σ3晶界的占比含量在上述范围内使得后续成品加工的变形量相对较小即可达到所需的强度要求，且保留更多的特殊本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种改性锡磷青铜合金，以质量百分比计，所述改性锡磷青铜合金包括以下元素：4.0～10wt％的Sn、0.01～0.3wt％的P，余量为Cu和不可避免的杂质元素，其特征在于，所述改性锡磷青铜合金的平均晶粒尺寸为1～3μm，晶粒尺寸呈现正态分布，且晶粒尺寸标准差为0.8μm以下；所述改性锡磷青铜合金中的总低ΣCSL晶界在整个晶界中的占比为66～74％，且所述总低ΣCSL晶界中，(Σ9+Σ27)/Σ3的比值范围为0.12～0.23：1。2.根据权利要求1所述的改性锡磷青铜合金，其特征在于，所述总低ΣCSL晶界中，Σ3晶界的长度分数为56～61％，Σ9晶界的长度分数为5～8％，Σ27晶界的长度分数为2.5～4.5％。3.根据权利要求1或2所述的改性锡磷青铜合金，其特征在于，所述标准差为0.6～0.8μm。4.一种权利要求1至3中任一项所述改性锡磷青铜合金的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括：对锡磷青铜合金预处理件进行改性处理，得到所述改性锡磷青铜合金；所述改性处理包括依次进行的冷轧变形步骤和热处理步骤；其中，所述锡磷青铜合金预处理件的平均晶粒尺寸为1～3μm。5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述冷轧变形步骤的变形量为7～15％。6.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述热处理步骤的温度为380～500℃，优选所述热处理步骤的保温时间为1～4h。7.根据权利要求5至6中任一项所述的制备方法，其特征在于，所述制备方法还包括：重复进行多次所述改性处理，优选进行2～5次所述改性处理。8.根据权利要求4至6中任一项所述的制备方法，其特征在于，所述制备方法还包括所述锡磷青铜合金预处理件的制备工艺...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈忠平，向朝建，娄花芬，杨春秀，张曦，莫永达，刘芳，王苗苗，李腾飞，薛冠霞，
申请(专利权)人：昆明冶金研究院有限公司北京分公司，
类型：发明
国别省市：