一种多组元复杂共格析出强化Cu-Ni-Al-Cr-Ti耐高温铜合金及其制备方法技术

一种多组元复杂共格析出强化Cu

【技术实现步骤摘要】
一种多组元复杂共格析出强化Cu
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Ni
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Al
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Cr
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Ti耐高温铜合金及其制备方法


[0001]本专利技术涉及一种多组元复杂共格析出强化Cu
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Ni
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Al
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Cr
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Ti耐高温合金及其制备方法，其属于耐高温铜合金领域。

技术介绍

[0002]高性能铜合金是应用于高铁接触线、电磁炮、火箭发动机燃烧室的关键材料。目前的耐高温铜合金主要为弥散强化型和析出强化型。氧化物(Al2O3)弥散强化Cu合金，其软化温度可达930℃，但由于氧化物颗粒与Cu熔体的润湿性很差、比重相差较大，易偏聚，难均匀弥散分布，以及副反应夹杂物等问题，导致其加工性极差，因而氧化物添加量有限，其硬度不高于160HV。典型的析出强化型Cu
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Cr合金，由于Cr析出相在高温下会快速粗化，导致合金的抗软化能力下降。且随着工业化发展需求，对材料的耐温性能提出了更高的要求，服役材料需要具备良好的高温强度及高温稳定性。由于Cu和Ni的混乱占位问题，现有单一形态立方共格析出强化铜合金中的γ
′
相稳定性下降，高温下易回溶。

技术实现思路

[0003]为解决现有合金中存在的问题，本专利技术拟制备具有良好高温性能的多组元复杂共格析出强化铜合金。Ti元素在γ'相中的固溶可提升γ'相的高温稳定性，而单质Cr相可提升合金中低温强度，并可在高温下提升合金抗氧化性能。
[0004]本专利技术的技术方案为：一种多组元复杂共格析出强化Cu
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Ni
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Al
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Cr
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Ti耐高温铜合金，所述铜合金中包括组分的质量百分比为Cu：58.67～64.85wt％，Ni：26.18～28.94％，Al：4.51～4.99wt％，Cr：2.60～2.88wt％，Ti：3.03～3.35wt％。该合金始终具有多组元复杂共格析出组织，合金室温拉伸强度不低于760MPa，800℃下拉伸强度不低于200MPa。
[0005]所述的一种多组元复杂共格析出强化Cu
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Ni
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Al
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Cr
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Ti耐高温合金的制备方法：
[0006]按合金的上述成分，使用4N以上高纯度金属为原料配制合金；采用非自耗真空电弧熔炼炉，通入高纯氩气保护，对配制好的合金原料进行反复熔炼，最终得到成分均匀的合金锭；将熔炼好的合金锭进行热处理：先进行固溶处理，在1100℃下恒温保持6h，随后在炉中冷却到室温；再进行时效处理，在450℃下恒温保持4h，随后在炉中冷却到室温，获得多组元复杂共格析出强化Cu
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Ni
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Al
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Cr
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Ti耐高温合金。利用万能试验机对合金进行高温拉伸测试。
[0007]本专利技术的有益效果为：
[0008]1、Ti元素在γ'相中的固溶可提升γ'相的高温稳定性。单质Cr相与基体和γ'相完全共格，可提升合金中低温强度，可降低Cu
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Cr合金中元素的扩散速率，抑制析出相的粗化，从而提高合金的抗软化能力，并可在高温下提升合金抗氧化性能。
[0009]2、利用多组元复杂共格析出(～500nm的γ'相+～500nm的单质Cr相)提高了合金的高温强度，该合金常温强度高于760MPa，在800℃下，合金强度不低于200Mpa，远高于现役
耐热铜合金。采用多种高温共格析出强化相的组合，可以在宽温区提升铜合金的高温性能。
附图说明
[0010]图1是时效处理后Cu
61.76
Ni
27.56
Al
4.75
Cr
2.74
Ti
3.19
(wt.％)合金的SEM二次电子图像。图2是时效处理后Cu
61.76
Ni
27.56
Al
4.75
Cr
2.74
Ti
3.19
(wt.％)合金的室温和800℃下的工程应力
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应变曲线。
具体实施方式
[0011]下面结合技术方案详细叙述本专利技术的具体实施例。
[0012]实施例1：Cu
61.76
Ni
27.56
Al
4.75
Cr
2.74
Ti
3.19
(wt.％)合金
[0013]步骤一：合金制备
[0014]根据合金成分Cu
61.76
Ni
27.56
Al
4.75
Cr
2.74
Ti
3.19
(wt.％)，使用纯度为5N的Cu和Al、纯度为4N的Ni、Cr、Ti原料配制合金；采用非自耗真空电弧熔炼炉，通入高纯氩气保护，对配制好的合金原料进行反复熔炼5次，最终得到成分均匀的合金锭；随后将熔炼好的合金锭进行热处理(固溶处理：在1100℃下保温6h，随后在炉中冷却到室温；时效处理：在450℃下保温4h，随后在炉中冷却到室温)。
[0015]步骤二：合金结构和性能表征
[0016]采用德国布鲁克D8 FOCUS X射线衍射仪和JSM
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7900F型场发射扫描电子显微镜对合金进行组织和结构分析，可以确定合金中含有多尺度多相，其显微组织形貌如图1所示。采用中国深圳生产的UTM5504材料测试系统对合金样品在室温和800℃下分别进行了名义应变速率为1
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10
‑4/s的拉伸试验。室温及高温拉伸试验根据金属材料室温及高温拉伸试验国家标准进行(GB/T 228.1
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2010及GB/T 228.2
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2015)。结果显示，合金室温拉伸强度不低于760MPa，800℃下拉伸强度不低于200MPa，如图2所示。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种多组元复杂共格析出强化Cu
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Ni
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Al
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Cr
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Ti耐高温铜合金，其特征在于：所述铜合金成分的质量百分比为Cu：58.67～64.85wt％，Ni：26.18～28.94％，Al：4.51～4.99wt％，Cr：2.60～2.88wt％，Ti：3.03～3.35wt％；该合金始终具有多组元复杂共格析出组织，合金室温拉伸强度不低于760MPa，800℃下拉伸强度不低于200MPa。2.根据权利要求1所述的一种多组元复杂共格析出强...

【专利技术属性】
技术研发人员：李晓娜，邵莹莹，董闯，
申请(专利权)人：大连理工大学，
类型：发明
国别省市：