一种新型高弹性铜镍锰合金及其制备方法技术

本发明专利技术公开的一种新型铜镍锰合金，按重量百分比，由以下组分组成：Ｎｉ：１５％～２０％，Ｍｎ：１５％～２０％，Ｔｉ：０．１％，Ａｌ：０．５％～１％，Ｐ：０．０５％，稀土Ｒｅ：０％～０．１％，余量为Ｃｕ，各组分的重量百分比之和为１００％。本发明专利技术同时公开了该种铜镍锰合金的其制备方法，制备方法比较简单、可降低合金制备成本，同时，解决了铜镍锰合金在熔炼铸造过程中的极易吸气从而导致铸锭内部存在大量的气孔、缺陷等问题，以及铸锭在轧制过程中易开裂不利于后续加工处理的关键问题。该合金适用于制作仪器仪表和电器等工业中的各种弹性元件、接触弹簧、开关和触头等。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术设计一种白铜合金材料及其制备方法，具体涉及一种以铜为基体，镍、锰、 铝、钛、磷、稀土为主要合金元素的新型弹性合金材料及其制备方法。
技术介绍
弹性合金是功能材料中十分重要的一类合金，也是精密仪器仪表和精密机械中不 可缺少的材料。这类合金广泛应用于制造各种弹性联接元件，例如，压力弹性接触片、热敏 双金属弹性元件、继电器用导电弹性接插件以及航空仪器仪表中用的各类弹性元件，它们 的功能是产生力或力矩、储藏能量、缓冲振动、作为弹性联接及隔离介质等。弹性合金可分为弹簧钢(包括碳钢和合金钢，比如65钢和65Mn)，铁基弹性合 金(如!^e-Cr-Ni系和 ^-Cr-Ni-Co系)，镍基弹性合金(如著名的镍铍合金)，钴基弹性合 金(如CO40NiCrMO)，铜基弹性合金(如铍青铜、锡磷青铜和铜镍锰合金等)，铌基弹性合金 (如Ni-Cr-Co系高温高弹性合金)等。铜基弹性合金具备优良的物理、化学、机械力学性 能，在高强高导高弹性合金中具有重要的地位。目前，常用的铜基弹性合金中最为著名的铍青铜和钛青铜等合金，是在铜中加入 溶解度随温度降低而明显减小的合金元素，通过高温处理形成过饱和固溶体，而后在时效 过程中使过饱和固溶体分解析出，合金元素以沉淀相的形式分布在基体中，这些合金属于 沉淀强化型弹性合金；而铝黄铜、锌白铜、铝青铜、锡青铜等合金中大多数都是单相α固溶 体，不产生相变，只能依靠冷变形及随后的低温热处理得到强化，合金属于形变强化型弹性 合金。在铜基沉淀强化型弹性合金中，铍青铜是仅有的一种高弹高强合金。然而，铍青铜合 金的生产成本高，而且其粉尘有毒，其化合物毒性更大。铍的化合物对人体有害，生产人员 不宜长时间在较高温度下工作。因此，近年来随着人类环保意识的不断增强，国内外一直在 寻找性能优良、与环境更和谐的新型弹性合金。铜镍锰合金中，锰与镍形成的MnNi化合物具有细化晶粒的作用，且可借助MnNi的 沉淀硬化提高合金的力学性能和加工性能。铜镍合金加入锰后，电阻值稳定，电阻温度系数 较小，具有良好的导电性能，是著名的电工合金。研究表明，铜镍锰合金是可通过热处理强 化、且具备高强、高弹和优良导电性能潜力的新型弹性合金。然而，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，合金在轧制过程中易开裂，至今尚未得到较好的应用。中国专利申 请(申请号200910309818)关于铜镍锰铁合金的制备方法，是将各种合金制成粉末，利用 真空高温烧结、随炉冷却到室温后进行固溶时效得到合金体，这种方法需要将原料制成粉 末，制备方法复杂要求高、生产效率低、成本高，此法所制得的合金坯锭小、形状单一，不利 于进一步的加工和实现产业化，而且此法中只是对铸锭进行简单的固溶时效，没有进一步 的塑性加工，不能充分发挥合金的性能，产品的应用十分有限。
技术实现思路
一种新型铜镍锰弹性合金，按照重量百分比，所述铜镍锰弹性合金包含的合金元 素为15% 20%的镍，15% 20%的锰及微量元素钛，铝，磷和稀土，所述微量元素的含 量分别为钛0. 1%，铝0. 1%，磷0. 05%，稀土 0% 0. ；合金中各组分的重 量百分比之和为100%，余量为铜和少量杂质。进一步，所述合金中元素镍Ni与锰Mn的重量百分比为1 1。进一步，所述铜镍锰弹性合金颜色为光亮的白色，抗拉强度σ b 965 1200MPa ； 延伸率δ :1. 5 4%;硬度300 374Hv ；弹性模量E :136 153GPa的高强高弹优良性能 的新型铜镍锰合金。上述新型铜镍锰弹性合金的制备方法，具体工艺流程为a.按照重量百分比进行配料、投料及熔炼；b.铣面；C.均勻化退火；d.热轧；e.固溶处理；f.冷粗轧；g.中间退火；h.冷精轧；i.时效处理。进一步，步骤a中所述的投料熔炼顺序为1.铜+镍；2.在铜、镍熔化后，加入锰+ 铝，其中锰要用铜包裹入炉；3.出炉前加入铜钛中间合金和铜磷中间合金以及铜稀土中间 合金；用于细化晶粒和除杂；熔炼温度为1150 1300°C ；浇铸温度为1200°C 士20°C。进一步，所述熔炼过程中每次投料后熔体均用10 15mm厚的木炭层覆盖，并用细 小的石墨鳞片均勻撒在木炭层上，完全覆盖木炭层留下的缝隙。进一步，所述均勻化退火、热轧的温度为800 900°C，加热时间为2 IOh ；所 述中间退火工序中，退火温度为600 750°C，时间为2 釙。进一步，所述固溶处理工序中，固溶温度为600 800°C，保温时间为2 8h，冷 却方式为水冷。进一步，所述时效处理工序中，时效温度为400 500°C，时间为8 20h，冷却 方式为空冷或随炉冷却。进一步，所述两次退火之间冷轧总加工率为50 80%，成品冷轧总加工率为 40 60%。与现有技术相比，本专利技术的优点在于新型铜镍锰弹性合金，无论是强度、硬度、加 工性能方面都具有良好性能，同时还具有良好的综合性能。并且，该合金的制备过程比较简 单，工艺流程短，并通过在金属熔融时覆盖木炭及石墨和在熔炼过程中添加合金金属来解 决熔炼铸造过程中的极易吸气从而导致铸锭内部存在大量的气孔的问题；通过熔炼过程中 添加合金金属，并控制各种合金金属的加入顺序和方式以及在压力加工过程中采用特定的 退火工艺使铸锭在凝固和相变过程中避免脆性相的产生，所以解决了合金铸锭在压力加工 过程中易开裂不利于后续加工处理的问题等。这类合金广泛应用于制造各种弹性元件，是一种很好的高强度、高导电性、高弹性铜基合金，由于其不含有任何对环境、人体有害元素， 又具有优良的综合性能，是铍青铜等传统弹性合金的优良替代品。具体实施例方式以下通过实施例对本专利技术作进一步详细描述。实施例1本专利技术的合金采用以下原料熔炼电解铜、电解镍、锰片、铜-10%铈中间合金、 铜-10%磷中间合金、铜-20%钛中间合金、纯铝。合金的成分见表1。表1实施例1中铜镍锰弹性合金成分组成实例(重量％ )合金元素NiMnAlCeTiPCu含量15150. 20. 020. 10. 05余量制备方法权利要求1.一种新型铜镍锰弹性合金，其特征为，按照重量百分比，所述铜镍锰弹性合金包含的 合金元素为15 % 20 %的镍，15 % 20 %的锰及微量元素钛，铝，磷和稀土，所述微量元 素的含量分别为钛0. 1%，铝0. 1%，磷0. 05%，稀土 0% 0. 1% ；合金中各组分 的重量百分比之和为100%，余量为铜和少量杂质。2.根据权利要求1所述的新型铜镍锰弹性合金，其特征为，所述合金中元素镍Ni与锰 Mn的重量百分比为1 1。3.根据权利要求1所述铜镍锰弹性合金，其特征为，所述铜镍锰弹性合金颜色为光亮 的白色；抗拉强度ob :965 1200MPa，延伸率δ :1. 5 4%，硬度300 374Ην，弹性模量 E :136 153GPa的高强高弹优良性能的新型铜镍锰合金。4.根据权利要求1所述的新型铜镍锰弹性合金的制备方法，其特征为，具体工艺流程为a.按照重量百分比进行配料、投料及熔炼；b. 先面；c.均勻化退火；d.热轧；e.固溶处理；f.冷粗轧；g.中间退火；h.冷精轧；i.时效处理。5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征为，步骤a中所述的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种新型铜镍锰弹性合金，其特征为，按照重量百分比，所述铜镍锰弹性合金包含的合金元素为：１５％～２０％的镍，１５％～２０％的锰及微量元素钛，铝，磷和稀土，所述微量元素的含量分别为钛：０．１％，铝：０．１％～１％，磷：０．０５％，稀土：０％～０．１％；合金中各组分的重量百分比之和为１００％，余量为铜和少量杂质。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：柳瑞清，蔡薇，吴语，彭丽军，
申请(专利权)人：江西理工大学，
类型：发明
国别省市：36[中国|江西]