一種銅鎳錫合金及其制備方法技術

本發(fā)明專利技術公開了一種銅鎳錫合金，按質(zhì)量百分比計，包括以下化學成分：Ni 7

【技術實現(xiàn)步驟摘要】
一種銅鎳錫合金及其制備方法


[0001]本專利技術涉及銅鎳錫合金
，尤其是涉及一種銅鎳錫合金及其制備方法。

技術介紹

[0002]銅鎳錫合金具有耐磨、耐腐蝕、潤滑性高和高溫穩(wěn)定性好等優(yōu)點，常用于制作高溫重載軸承基材，被認為是具有廣闊發(fā)展前景的新一代高性能銅合金。另外，與鈹青銅相比，銅鎳錫合金生產(chǎn)成本低、無污染且具有較高的強度硬度、良好的抗腐蝕性以及更為優(yōu)良的機械加工性，使用溫度達300℃以上，作為鈹銅的最具潛力的替代材料被人們關注。因銅鎳錫合金在生產(chǎn)過程中存在Sn元素反偏析的問題，特別是大規(guī)格產(chǎn)品，極易引起材料成分和性能不均勻，產(chǎn)品殘余應力大，容易引起材料開裂，國內(nèi)仍處于實驗室研究階段，工藝主要以熱加工為主。
[0003]專利CN111101018B銅鎳錫合金由Sn 7.9％
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8.2％、Ni+Co 14.0％
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16.0％、其余為Cu。采用真空熔煉、澆注得到鑄錠、并進一步對鑄錠進行均勻化處理、鍛造，而專利CN113789459B 公開一張銅鎳錫合金，由Ni 8
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16％，Sn 5
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9％，其余為Cu，并采用電磁攪拌工藝，得到鑄態(tài)坯料的直徑為200mm，鑄造后的坯料經(jīng)冷加工或熱加工得到最終的產(chǎn)品，合金元素偏析控制在1％以內(nèi)，但是該工藝為熱成型，工藝復雜，適用于小規(guī)格產(chǎn)品；CN113755716A技術中銅鎳錫合金采用常規(guī)石墨鑄型模具進行鑄造成形，產(chǎn)品經(jīng)均勻化退火得到最終產(chǎn)品，雖不經(jīng)過冷成形/熱成型，但是依然受限于產(chǎn)品規(guī)格。其鑄態(tài)坯料的直徑無法超過200mm。上述多種合金工藝，其產(chǎn)品均存在無法兼顧產(chǎn)品規(guī)格和宏觀的問題，無法同時實現(xiàn)產(chǎn)品規(guī)格大、產(chǎn)品宏觀偏析較小。綜上所述，當前銅鎳錫合金的相關制備工藝主要以熱成形/冷成形為主，工藝復雜；產(chǎn)品以小規(guī)格為主，不利于產(chǎn)品推廣和應用。

技術實現(xiàn)思路

[0004]本專利技術為了克服現(xiàn)有技術中銅鎳錫合金產(chǎn)品無法兼顧產(chǎn)品規(guī)格和宏觀偏析的問題，無法同時實現(xiàn)產(chǎn)品規(guī)格大、產(chǎn)品宏觀偏析較小的上述不足，提供一種銅鎳錫合金，具有產(chǎn)品規(guī)格大、降低了產(chǎn)品宏觀偏析等優(yōu)點。
[0005]為了實現(xiàn)上述目的，本專利技術采用以下技術方案：一種銅鎳錫合金，按質(zhì)量百分比計，包括以下化學成分：Ni 7
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16％，Sn 5
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9％，Mn 0.05
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0.3％、添加元素組合物A和余量的Cu，其中添加元素組合物A包括P、Co、Fe、Si、Mg、Zn、Al、Ti、Nb一種或多種，添加元素組合物A還包括稀土元素；其中，所述稀土元素包括稀土La或稀土Ce，所述稀土元素含量小于或等于原料總量的0.3％。本專利技術添加微量元素對合金進行強化的同時，加入稀土元素進一步細化晶粒，降低了產(chǎn)品宏觀偏析，并使得產(chǎn)品規(guī)格得以進一步放大。本專利技術中所述稀土可以單獨添加，也可以混合稀土方式添加。
[0006]作為優(yōu)選，其中P元素為原料總量的0.05
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0.3％；P元素采用磷銅合金中的磷。
[0007]作為優(yōu)選，所述Nb元素含量為0.1
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0.3％，其中Nb元素以鈮鎳中間合金的方式加入。
[0008]作為優(yōu)選，所述鈮鎳中間合金中的鈮含量為≥54％。
[0009]作為優(yōu)選，所述銅鎳錫合金的組分包括Ni 7
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10％，Sn 5
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8％，Mn 0.05
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0.3％；或者，所述銅鎳錫合金的組分包括Ni 14
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16％，Sn 7
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9％，Mn 0.05
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0.3％。
[0010]本專利技術還公開了一種銅鎳錫合金的制備方法，包括以下步驟：1)熔煉工序：熔煉時加入配料進行熔煉，熔煉過程采用木炭對熔體進行覆蓋，熔煉溫度控制在1250
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1350℃，待融化后加入添加元素組合物A進行保溫，并進行澆注前的成分調(diào)整，準備澆注；2)連續(xù)鑄造工序：連續(xù)鑄造時熔體溫度調(diào)整至1100
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1250℃，然后進行鑄造生產(chǎn)，得到鑄態(tài)管材或棒材。本專利技術采用連續(xù)鑄造，鑄造成形過程中采用電磁攪拌工藝可以打斷凝固初期產(chǎn)生的較大的樹枝晶，增加形核率，細化晶粒，減少錫元素的偏析，該鑄造工藝尤其適用于外徑≥200mm的大規(guī)格管材、棒材的制備，所述銅鎳錫合金產(chǎn)品內(nèi)部元素均勻，徑向的Sn元素質(zhì)量百分數(shù)偏差在1％以內(nèi)。3)第一熱處理工序：產(chǎn)品經(jīng)鑄造成形至所需產(chǎn)品形狀，經(jīng)高溫熱處理后，促進合金成分的均勻化分布，改善微觀偏析，消除在鑄造期間產(chǎn)生的樹枝晶組織，經(jīng)高溫處理后合金元素擴散至銅合金基體中，此時的合金處于過飽和狀態(tài)，最大化地增強固溶強化效果，得到具有良好性能的銅合金基體；4)第二熱處理工序：經(jīng)時效處理后在整個晶粒范圍內(nèi)形成富錫區(qū)和貧錫區(qū)呈周期性交替分布的共格亞穩(wěn)態(tài)兩相組織，這一成分不同的兩相保持共格而產(chǎn)生的彈性應變場能強烈阻止位錯移動，從而產(chǎn)生強化效果，使合金的強度和硬度等大幅度提高。本專利技術的連續(xù)鑄造可以是水平連續(xù)鑄造，也可以是垂直連續(xù)鑄造。
[0011]作為優(yōu)選，步驟2)的連續(xù)鑄造工序中采用電磁攪拌工藝。本專利技術采用電磁攪拌工藝可以打斷凝固初期產(chǎn)生的較大的樹枝晶，增加形核率，細化晶粒，減少錫元素的偏析。
[0012]作為優(yōu)選，步驟2)的連續(xù)鑄造工序中，冷卻水進水溫度控制在20
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55℃，水壓 0.2
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0.6MPa。
[0013]作為優(yōu)選，該銅鎳錫合金的制備方法還包括第一熱處理工序，所述第一熱處理工序為將得到的鑄態(tài)坯料或棒材在800
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880℃處理1
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8小時。
[0014]作為優(yōu)選，該銅鎳錫合金的制備方法還包括第二熱處理工序，所述第二熱處理工序為將完成第一熱處理工序的鑄態(tài)坯料或棒材在350
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450℃處理1
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5小時。
[0015]本專利技術的有益效果是：(1)本專利技術的銅鎳錫合金產(chǎn)品添加的元素的作用在于：P：作為脫氧劑，避免鑄錠產(chǎn)生氣孔，改善高溫熔體的流動性，便于成形。所述的P元素采用磷銅合金中的磷，產(chǎn)品為顆粒狀，顆粒尺寸≤50mm，所述磷銅合金中的磷含量為10
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20％，所述 P元素質(zhì)量百分比為原料總量的0.05
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0.3％。Mn：改變合金時效過程，減緩不連續(xù)相得析出，增強合金耐蝕性，提高合金時效硬化時峰值溫度，抑制晶界反應，避免晶粒粗化。Zn：抑制合金在凝固過程中的偏析，改善合金性能。Al：可與Ni形成強化相，可有效阻礙缺陷運動，提高合金強度。Si：和Ni形成與基體相同結(jié)構的析出相，其點陣常數(shù)相近，對細化起主要作用。Ni3Si相在合金中隨溫度變化可以可逆的溶解和析出，時效時，在晶界上沉淀，占據(jù)γ相不連續(xù)沉淀形核位置，抑制時效后期出現(xiàn)的不連續(xù)沉淀，穩(wěn)定合金性能。Ti：少量的Ti元素能夠全部溶解于銅鎳錫合金基體中，不會與其他合金元素形成新相，促進合金中γ相得析出，使合金硬度快速提升，加快合金晶界間不連續(xù)相的生本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術保護點】

【技術特征摘要】
1.一種銅鎳錫合金，其特征是，按質(zhì)量百分比計，包括以下化學成分：Ni 7
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16％，Sn 5
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9％，Mn 0.05
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0.3％、添加元素組合物A和余量的Cu，其中添加元素組合物A包括P、Co、Fe、Si、Mg、Zn、Al、Ti、Nb一種或多種，添加元素組合物A還包括稀土元素；其中，所述稀土元素包括稀土La或稀土Ce，所述稀土元素含量小于或等于原料總量的0.3％。2.根據(jù)權利要求1所述的一種銅鎳錫合金，其特征是，其中P元素為原料總量的0.05
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0.3％；P元素采用磷銅合金中的磷。3.根據(jù)權利要求1所述的一種銅鎳錫合金，其特征是，所述Nb元素含量為0.1
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0.3％，其中Nb元素以鈮鎳中間合金的方式加入。4.根據(jù)權利要求3所述的一種銅鎳錫合金，其特征是，所述鈮鎳中間合金中的鈮含量為≥54％。5.根據(jù)權利要求1所述的一種銅鎳錫合金，其特征是，所述銅鎳錫合金的組分包括Ni 7
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10％，Sn 5
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8％，Mn 0.05
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0.3％；或者，所述銅鎳錫合金的組分包括Ni 14
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16％，Sn 7
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9％，Mn 0.05
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0.3％。6.一種銅鎳錫合...

【專利技術屬性】
技術研發(fā)人員：張國強，夏栓，倪志偉，蔣運友，游曉華，李玲，王弘昶，范建明，施永兵，李克用，楊義忠，張翔云，
申請(專利權)人：上海核工程研究設計院有限公司，
類型：發(fā)明
國別省市：