[发明专利]可机加工的铜基合金和生产它的方法

说明书

技术领域

本发明涉及以铜、镍、锡、铅为基础的合金，和它的生产方法。尤其，虽然不是排他地，本发明涉及容易通过车削、切削或铣削进行加工的以铜、镍、锡、铅为基础的合金。

背景技术

以铜、镍和锡为基础的合金是已知和广泛使用的。它们提供优异的机械性能并在应变硬化过程中显示出强烈的硬化。它们的机械性能进一步通过已知的热老化处理如亚稳态分解来改进。对于含有15wt%的镍和8wt%的锡(标准合金ASTM C72900)的合金而言，机械阻力能够达到1500 MPa。这些合金也提供良好的耐应力松弛性和在空气中的高耐腐蚀性。

这些材料的另一个优点是它们的优异成形性，兼有由它们的高屈服应力所带来的有利的弹性特性。此外，这些合金提供良好的耐腐蚀性和优异的耐热松弛性。因此之故，Cu-Ni-Sn弹簧随着年龄的增长不会损失它们的压缩力，甚至在震动和高热或应力之下。

这些有利的性能，还兼有良好热导率和电导率，意味着这些材料广泛地用于制造为通讯和汽车工业所用的高度可靠的连接器。这些合金也用于开关和电气或机电设备或用作电子部件的载体或用于制造经受高负荷的轴承摩擦表面。

在这些合金中的良好机械加工性通常是通过添加铅获得的，后者是作为内含物在合金基质中的精细分散体而分布的。不幸的是，铅的这种添加也会显著地增大合金的热缺陷(warm shortness)，这能在加工和使用中导致问题。

在中等温度(300℃-700℃)下Cu基合金的延性的损失是长期已知的问题并且已经由R. V. Foulger和E. Nicholls在“Metals Technology” 3, 第366-369页 (1976)中和由V. Laporte和A. Mortensen在“International Materials Reviews”, 印刷中 (2009)中进行了综述。在这一温度范围中的晶粒边界滑移的开始会导致在晶粒边界上空隙和空腔的形成并且将铜和它的合金的通常延性破坏改变为晶粒间脆性破坏。对于纯铜而言观察到这种现象，但是当脆化合金元素或杂质元素存在于该合金中时该现象将更加明显得多。在更高的温度下，超过这一临界范围，动态再结晶能够恢复延性。

熔融Pb内含物在该Cu-合金中的存在能够引起液态金属脆化(LME)，特别在高的应变速率下。同时，低至18 ppm的铅含量据报道会脆化Cu-Ni合金的晶粒边界，并且已经在800℃暴露于铅气体的合金是以脆性方式失效的，这表明铅也能够引起固态晶粒边界脆化；与LME相反，这在低应变速率下是更严重的。已知引起在Cu-合金中晶粒边界脆化的其它元素是硫和氧。

发明内容

本发明的目的因此是提出由Cu-Ni-Sn-Pb基合金组成的金属产品，它克服现有技术的至少一些限制。

本发明的另一个目的是提供由Cu-Ni-Sn-Pb基合金组成的金属产品，它具有增强的拉伸性能并具有良好的机械加工性。

根据本发明，这些目的是通过包括独立权利要求的特征的体系和方法来实现的，优选的实施方案在从属权利要求中和在说明书中指明。

这些目的也可通过在Cu中含有1%-20wt%的Ni、1%-20wt%的Sn、0.5%-3wt%的Pb的合金来实现，Cu占合金的至少50wt%；特征在于该合金进一步含有0.01wt%-5wt%的单独或相结合的P或B。

在本发明的一个实施方案中，该合金进一步含有0.01wt%-0.5wt%的单独或相结合的P或B。

在本发明的优选实施方案中，该合金包含9wt%的Ni、6wt%的Sn、1wt%的Pb。

本发明的合金体现特征于在800℃热处理约1小时、随后在水中或在空气中骤冷之后于400℃所测量的分别基本上高于180 MPa和333 MPa的屈服强度Rp_0.2和最大应力R_m。该合金也体现特征于在800℃热处理约1小时之后并在320℃后续老化约12小时后基本上高于190的Hv硬度。

这些目的也通过由本发明的合金构成的金属产品的并且包括以下步骤的生产方法来实现：获得第一块具有均匀结构的该合金；在690-880℃之间的温度下将该合金退火以便均化和改进合金冷成形性能；在50℃/min和50000℃/min之间的冷却速率冷却，这取决于所述产品的横向尺寸和所述合金的组成；和冷成形。