【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种超高强高弹性细晶cu-ni-mn合金及其制备方法，属于金属材料及其制备。
技术介绍
1、高强高弹铜合金由于具有超高强度(>1gpa)和高弹性(>125gpa)、良好的耐磨性和耐腐蚀性而广泛应用于温控器、传感器、继电器仪表、弹簧管、汽车零部件石油化工、航空航天等领域，其中应用最为广泛的是铜铍合金。铍铜被誉为“有色弹性材料之王”，虽然铍铜合金具有高强度、良好的耐磨性和耐腐蚀性、优异的导电性等优点，但是铍铜合金中含有剧毒物质铍，铍元素的毒性对人体健康和环境有害；并且铍青铜在高温条件下容易产生应力松弛，在高于200℃的工作环境下，铍青铜的应力松弛率急剧增大，高达40％，导致弹性元器件在高温工作状态下接触应力发生改变，从而失效，以及元器件时效处理后变形大，导致生产工艺复杂，成本高，以上缺点严重制约了铍青铜的应用。
2、目前全球铍铜合金板带材供不应求，年需求量以约12％的速度增长；国内市场年需求量更是以20％～40％的速度高速增长，且厚度小于0.4mm的高精度板带材严重依赖进口。为了适应电子工业向着微型化、集成化、功能化和高可靠性方向发展，满足市场需求，开发新型安全无毒、工艺简单、性价比高且具有更高性能的高强高弹代铍铜合金已经迫在眉睫。
3、cu-ni-mn合金作为铍铜最有潜力的替代材料之一，具有广泛的市场前景。然而，现有的铜镍锰合金的抗拉强度、延伸率不能满足特殊领域的需求，如航空航天、轨道交通等，在铜镍锰合金的高温熔炼铸造过程中，极易吸气，导致铸锭内部存在大量的气孔、夹杂、疏松等缺陷，
技术实现思路
1、为了解决现有铜合金存在的问题，本专利技术提供了一种超高强高弹性细晶cu-ni-mn合金及其制备方法，通过ni与稀土元素y的添加，采用低温固溶和时效处理，y和ni形成金属间化合物ni2y，具体制备方法如下所述：
2、(1)坯料熔铸：按质量百分比称取cu、ni、mn、nb、y，在真空感应熔炼炉中氩气的保护下进行熔炼，重熔5次确保化学成分均匀，在石墨模具中浇铸成合金铸锭；
3、(2)均质化：对合金坯料进行均质化处理，使合金元素在cu中的扩散更加均匀，形成比较均匀的组织，然后铣面去除表面杂质和氧化层；
4、(3)变形工艺：将合金坯料进行总变形量为65％-85％的热轧变形；热轧后再进行总变形量为70％-90％的冷轧变形；经过均匀化处理后再进行热轧，可以降低成分不均匀造成变形开裂，同时热轧也可以破碎合金中粗大的晶粒，减少空位等缺陷，产生动态再结晶组织；通过冷轧进一步破碎细化合金的晶粒，形成纤维状的变形组织，提升合金变形储能，降低合金的再结晶温度，缩短时效孕育期。
5、(4)固溶处理：冷轧后的合金板加热到550-650℃，保温1-3h，水淬，采用低温固溶处理，防止晶粒的异常长大。
6、(5)时效处理：将固溶处理后的合金板加热到350-450℃，保温8-16h，空冷至室温，得到超高强高弹性细晶cu-ni-mn合金，固溶处理以后进行时效处理可以使合金析出大量纳米级的nimn强化相、ni2y和ni3nb强化相，合金的强度得到大幅度地提高。
7、优选的，步骤(1)中各元素的质量百分比为ni：18％-25％，mn：18％-25％，nb：0.1％-1.0％，y：0.05％-0.2％余量为铜和不可避免的杂质，各成分的质量百分比之和为100％，其中ni与mn的质量比为1。
8、优选的，步骤(1)中合金坯料熔铸是在1250-1400℃熔化后1300℃保温15-20min再进行浇铸，真空度为0.15×103pa，防止锰元素的挥发。
9、优选的，步骤(2)中合金均匀化处理温度为850-950℃，保温时间为4-8h。
10、优选的，步骤(3)中热轧处理总的轧制道次为10-15道次，每道次加热到800-900℃下保温10-20min，再进行轧制。
11、优选的，步骤(3)中在室温下进行10-12道次的冷轧变形。
12、本专利技术的原理：
13、通过添加nb和y元素，形成不溶第二相分布在晶界处占据不连续析出相的形核位置或分布在基体中阻碍晶界的迁移，抑制不连续析出相的析出，细化晶粒，控制ni/mn比为1，使时效时析出nimn强化相，提高合金的强度，获得超高强高弹的cu-ni-mn合金。
14、固溶处理以后进行时效处理可以使合金析出大量纳米级的nimn强化相、ni2y和ni3nb强化相，合金的强度得到大幅度地提高。
15、本专利技术的有益效果
16、(1)本专利技术基于cu-ni-mn合金的成分特点，通过采用微合金化并控制ni/mn比的方法，改善cu-ni-mn合金的时效析出相的析出形式及分布，并且细化合金晶粒，同时，本专利技术还优化了相应的热处理工艺方法，从而获得更高强度的合金。
17、(2)通过添加nb和y元素，与ni结合形成ni3nb和ni2y金属间化合物，分布在晶界处占据不连续析出相的形核位置或分布在基体中阻碍晶界的迁移，抑制不连续析出相的析出，细化合金晶粒；控制ni/mn比约为1，时效时析出大量纳米级的nimn强化相，提高合金的强度，获得超高强度高弹性的cu-ni-mn合金。
18、(3)通过合金成分设计及微合金化再匹配合适的变形及低温热处理工艺，以进一步调控合金的组织、晶粒尺寸以及析出相的分布，降低了固溶处理温度，缩短了时效孕育期，降低了时效周期，降低生产成本，提高了合金的综合性能。
19、(4)本专利技术所涉及的超高强高弹性细晶cu-ni-mn合金屈服强度可达1200-1400mpa，拉伸强度可达1500-1650mpa，弹性模量可达140-160gpa。
20、(5)本专利技术所涉及的超高强高弹性细晶cu-ni-mn合金制备过程简单，工艺流程短，不含有任何对人体和环境有害的元素，又具有优良的综合性能，是铍铜等传统弹性合金的优良替代品。
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1.一种超高强高弹性细晶Cu-Ni-Mn合金的制备方法，其特征在于：通过Ni与稀土元素Y的添加，采用低温固溶和时效处理，Y和Ni形成金属间化合物Ni2Y，具体制备方法如下所述：
2.根据权利要求1所述超高强高弹性细晶Cu-Ni-Mn合金的制备方法，其特征在于：步骤(1)中各元素的质量百分比为Ni：18％-25％，Mn：18％-25％，Nb：0.1％-1.0％，Y：0.05％-0.2％余量为铜和不可避免的杂质，各成分的质量百分比之和为100％，其中Ni与Mn的质量比为1。
3.根据权利要求1所述超高强高弹性细晶Cu-Ni-Mn合金的制备方法，其特征在于：步骤(1)中合金坯料熔铸是在1250-1400℃熔化后在1300℃保温15-20min再进行浇铸，真空度为0.15×103Pa。
4.根据权利要求1所述超高强高弹性细晶Cu-Ni-Mn合金的制备方法，其特征在于：步骤(2)中合金均匀化处理温度为850-950℃，保温时间为4-8h。
5.根据权利要求1所述超高强高弹性细晶Cu-Ni-Mn合金的制备方法，其特征在于：步骤(3)中热轧处理总
6.根据权利要求1所述超高强高弹性细晶Cu-Ni-Mn合金的制备方法，其特征在于：步骤(3)中在室温下进行10-12道次的冷轧变形。
...【技术特征摘要】
1.一种超高强高弹性细晶cu-ni-mn合金的制备方法，其特征在于：通过ni与稀土元素y的添加，采用低温固溶和时效处理，y和ni形成金属间化合物ni2y，具体制备方法如下所述：
2.根据权利要求1所述超高强高弹性细晶cu-ni-mn合金的制备方法，其特征在于：步骤(1)中各元素的质量百分比为ni：18％-25％，mn：18％-25％，nb：0.1％-1.0％，y：0.05％-0.2％余量为铜和不可避免的杂质，各成分的质量百分比之和为100％，其中ni与mn的质量比为1。
3.根据权利要求1所述超高强高弹性细晶cu-ni-mn合金的制备方法，其特征在于：步骤(1)中合金坯料熔铸是在125...
【专利技术属性】
技术研发人员：李才巨，金奎，陆琼，徐尊严，易健宏，袁倩，
申请(专利权)人：昆明理工大学，
类型：发明
国别省市：
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