一種高鎳含量的變形鋁白銅合金材料及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及合金新材料技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種高鎳含量的變形鋁白銅合金材料 及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 白銅是以鎳為主要添加元素的銅合金，其突出特點(diǎn)是耐腐蝕性能優(yōu)異，此外其還 具有優(yōu)良的力學(xué)性能、導(dǎo)電性能、耐熱性能等，廣泛應(yīng)用于造船、石油、化工、電氣儀表、醫(yī)療 器械等領(lǐng)域中。白銅合金中研宄和應(yīng)用比較多的有B10和B30等簡單成分的銅合金，此外 針對(duì)不同的應(yīng)用背景還研發(fā)有Cu-Ni-Si、Cu-Ni-Sn和Cu-Ni-Al等復(fù)雜白銅合金。
[0003] 鋁白銅合金是一種典型的沉淀強(qiáng)化型合金，經(jīng)一定工藝處理，Ni3Al相和NiAl相沉 淀彌散析出，使合金得到強(qiáng)化。向Cu-Ni-Al合金中添加Fe、Cr、Si等微量合金元素可以形 成富Cr相、富鐵相、Ni3Si、Ni2Si等強(qiáng)化相，使得合金得到進(jìn)一步強(qiáng)化。提高Cu-Ni-Al合金 中的Ni元素含量，同時(shí)添加更多的微量合金元素，能提高合金的固強(qiáng)化溶效果，同時(shí)析出 更多的沉淀相，是改善鋁白銅合金性能的重要途徑。熱塑性變形也是改善鋁白銅性能的一 種重要方式，熱擠壓因其具可實(shí)現(xiàn)低塑性材料塑性變形、擠壓制品表面質(zhì)量好、尺寸精度高 等優(yōu)點(diǎn)，成為了鋁白銅熱塑性變形中非常重要的一種加工方式。
[0004] 目前國內(nèi)常見的兩種鋁白銅是BA16-1.5和BA113-3。BA16-1.5合金的成分為 (質(zhì)量百分比，下同）：Ni:5.5?6.5%、Fe:0.5%、1111:0.2%，合金抗拉強(qiáng)度、硬度典型值 分別為 650 ?750MPa、210HB。BA113-3 合金的成分為：Ni:12 ?15%、Fe:l%、Mn:0? 5%， 合金抗拉強(qiáng)度、硬度典型值分別為900?950MPa、260HB(劉平，銅合金及其應(yīng)用，北京，化 學(xué)工業(yè)出版社，2007)。這兩種合金的由于鎳元素含量低，微量元素較少，合金強(qiáng)化效果有 限，導(dǎo)致合金強(qiáng)度和硬度不高；針對(duì)高鎳含量的鋁白銅，國內(nèi)開發(fā)了一種高強(qiáng)耐磨的鑄 造Cu-Ni-Al合金（Zhangffeiwen,XiaWei,WenLiping,etal.Mechanicalproperties andtribologicalbehaviorofacastheat-resistingcopperbasedalloy.Journal ofCentralSouthUniversityofTechnology，2002 ;9 (4) ;235_240)，其Ni元素含量為 15?18%，同時(shí)還含有多種微量元素，雖然其具有比C95500鋁青銅更優(yōu)異的耐磨性，但這 種合金塑性較差，限制了合金的應(yīng)用；國外MATINEL合金中鎳含量達(dá)19%，主加元素為A1， 微量元素含有Mn、Fe、Nb、Cr、Si等合金元素，合金經(jīng)過熱鍛和時(shí)效處理后，其抗拉強(qiáng)度為 930MPa(GryllsR.J. ,TuckC.D.C. ,LorettoM.H.Strengtheningofacupronickelalloy byanorderedL12phase.Intermetallics，1996, 4:567-570)DHIDUR0N191 合金鎮(zhèn)含量 為16%，此外還含有Al、Fe、Mn、Cr等合金元素，合金經(jīng)過塑性變形+熱處理后其抗拉強(qiáng)度 和屈服強(qiáng)度的典型值分別為 750MPa和 500MPa(Highstrengthcupronickelformarine service.Anti-CorrosionMethodsandMaterials，1989, 36(8) :4_12)d這兩種合金不足 之處在于兩種合金的成分復(fù)雜，強(qiáng)度有限，主要用于耐蝕場(chǎng)合制造高強(qiáng)度結(jié)構(gòu)件。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種高鎳含量的變形鋁白銅合金材 料，該合金材料兼顧高強(qiáng)度、高塑性和優(yōu)良耐磨性能，特別適合于制造對(duì)腐蝕性能要求較高 的高強(qiáng)耐磨銅合金零件。
[0006] 本發(fā)明的另一目的在于提供一種上述高鎳含量的變形鋁白銅合金材料的制備方 法。
[0007] 本發(fā)明的技術(shù)方案為：一種高鎳含量的變形鋁白銅合金材料，合金材料中含有以 下各元素，各元素及其質(zhì)量百分比具體如下：
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種高鑲含量的變形侶白銅合金材料，其特征在于，合金材料中含有w下各元素，各 元素及其質(zhì)量百分比具體如下： 化；17. 0 ?19. 0%， A1 ;1. 5 ?2. 5%， 化；0. 8 ?1. 2%， Cr ;0. 4 ?0. 6%， Si ;0. 4 ?0. 6%， 余量為化。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述一種高鑲含量的變形侶白銅合金材料，其特征在于，所述合金 材料的原料包括電解銅、電解鑲、純侶、鐵釘、銘鐵和娃鐵； 其中，電解銅含有化元素，電解鑲含有Ni元素，純侶含有A1元素，鐵釘含有化元素， 銘鐵含有化元素和化元素，娃鐵含有化元素和Si元素。
3. 用于權(quán)利要求2所述高鑲含量的變形侶白銅合金材料的制備方法，其特征在于，包 括W下步驟： (1) 配料；根據(jù)合金材料中各元素的配比，選擇并稱取相應(yīng)的原料； (2) 烙煉；采用中頻電爐對(duì)各原料進(jìn)行烙煉；烙煉過程中，微量元素化和Si分別W銘 鐵和娃鐵的中間合金方式加入；烙煉完成后，得到鑄錠； (3) 熱擠壓；得到的鑄錠先加工成擠壓錠，然后進(jìn)行熱擠壓成型；在進(jìn)行熱擠壓前，擠 壓錠預(yù)先在1000?1050°C的溫度下進(jìn)行保溫，擠壓筒預(yù)先在450?500°C的溫度下進(jìn)行保 溫；熱擠壓后，形成擠壓椿材。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述高鑲含量的變形侶白銅合金材料的制備方法，其特征在于，所 述步驟（2)中，烙煉過程具體為；先加入電解銅、電解鑲和鐵釘，并用木炭覆蓋；待全部烙解 后，再加入銘鐵和娃鐵；烙化后加入侶； 侶烙化后采用氣氣除氣，精煉除渣后在1250?1280°C的溫度下誘注，最后得到鑄錠。
5. 根據(jù)權(quán)利要求3所述高鑲含量的變形侶白銅合金材料的制備方法，其特征在于，所 述步驟（2)中，得到鑄錠后，對(duì)鑄錠進(jìn)行成分分析，成分分析采用X射線巧光分析的方法；若 成分分析合格，進(jìn)入步驟（3)，若成分分析不合格，返回步驟（1)。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述高鑲含量的變形侶白銅合金材料的制備方法，其特征在于，所 述成分分析是否合格的判斷依據(jù)是各元素的含量是否在其相應(yīng)的質(zhì)量百分比范圍內(nèi)。
7. 根據(jù)權(quán)利要求3所述高鑲含量的變形侶白銅合金材料的制備方法，其特征在于，所 述步驟（3)中，擠壓錠為圓柱形結(jié)構(gòu)，其直徑為50mm，高50mm ;熱擠壓前，擠壓錠的保溫時(shí)間 為1小時(shí)。
8. 根據(jù)權(quán)利要求3所述高鑲含量的變形侶白銅合金材料的制備方法，其特征在于，所 述步驟（3)中，進(jìn)行熱擠壓時(shí)，擠壓筒在450?500°C的溫度下保溫2小時(shí)，擠壓嘴在350? 450°C的溫度下保溫1小時(shí)，擠壓比為17。
【專利摘要】本發(fā)明公開一種高鎳含量的變形鋁白銅合金材料及其制備方法，合金材料中含有以下含量的各元素，Ni：17.0～19.0％，Al：1.5～2.5％，F(xiàn)e：0.8～1.2％，Cr：0.4～0.6％，Si：0.4～0.6％，余量為Cu。其方法是：先根據(jù)各元素的配比進(jìn)行配料，然后采用中頻電爐對(duì)各原料進(jìn)行熔煉，熔煉過程中，微量元素Cr和Si分別以鉻鐵和硅鐵的中間合金方式加入，最后通過熱擠壓制得擠壓棒材。本發(fā)明制得的高鎳含量的變形鋁白銅合金材料具有較高的強(qiáng)度和優(yōu)異的塑性，適合制造需要承受重載的銅合金結(jié)構(gòu)件；同時(shí)也具有較好的耐磨性能，適合制造對(duì)耐磨性要求較高的銅合金結(jié)構(gòu)件。
【IPC分類】C22C9-06, C22F1-08
【公開號(hào)】CN104532055
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201410676507
【發(fā)明人】張衛(wèi)文, 吳偉, 羅宗強(qiáng), 張大童, 楊超
【申請(qǐng)人】華南理工大學(xué)
【公開日】2015年4月22日
【申請(qǐng)日】2014年11月21日