[发明专利]一种Cu-Ni-Al系合金性能提升方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种Cu-Ni-Al系合金性能提升方法，属于合金性能优化技术领域。

背景技术

Ｃｕ－Ｎｉ合金具有优良的力学性能、导电性能、耐腐蚀性能、耐热性能等，被广泛地应用于造船、石油、化工、电气仪表、医疗器械等工业中。Ｃｕ－Ｎｉ合金的研究主要集中在两方面：一是以Ｃｕ－Ｎｉ－Ｓｉ和Ｃｕ－Ｎｉ－Ｓｎ合金为代表的高强高导铜合金，主要作为电工材料应用于导线框架、弹性元件等；二是以Ｃｕ－１０Ｎｉ、Ｃｕ－３０Ｎｉ等为主的高强、耐蚀铜合金，主要应用于各种热交换器和水管。大量研究表明，在Ｃｕ－Ｎｉ合金中添加Ａｌ，可使得α固溶体中形成Ｎｉ３Ａｌ，达到强化基体的作用，显著提高合金的强度和硬度。最初的研究表明，在Ｃｕ－１５Ｎｉ合金中添加３％的Ａｌ，合金的力学性能得到大幅度的提高。也有研究认为Ｃｕ与Ｎｉ比为１０∶１左右的Ｃｕ－Ｎｉ合金具有最佳的综合性能。为了进一步提高铝白铜合金的性能，添加不同合金元素是一个重要的途径。在Ｃｕ－１９Ｎｉ－１．８Ａｌ合金基础上添加Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｒ、Ｎｂ等元素，使抗拉强度可达９３０ＭＰａ，屈服强度达７５０ＭＰａ，伸长率达１８％。对于Ｃｕ－（４．７～９．４）Ｎｉ－（１～３）Ａｌ合金，添加Ｔｉ可以在时效处理时抑制Ｎｉ３Ａｌ在晶界处的不连续脱溶析出，从而提高合金的力学性能。经过变形加工和热处理后，合金的强度可达到１１８５ＭＰａ，硬度（ＨＢＳ）为２８０。在Ｃｕ－（２～６）Ｎｉ－（１～３）Ａｌ合金中添加Ｓｉ，使合金的抗拉强度达８６０ＭＰａ，硬度（ＨＢＳ）为２７２。

目前，国内外针对铝白铜合金的研究主要集中于变形铝白铜，材料优异力学性能的获得依赖塑性变形及其后续的热处理工艺，此外，这类变形铝白铜的Ｎｉ含量或Ａｌ含量都比较低。实际上，通过适当的成分设计和工艺优化，具有高Ｎｉ和高Ａｌ含量的白铜合金还可应用于一些需要具有优异耐腐蚀性能和耐磨性能的场合。如以Ｃｕ－１７Ｎｉ－３Ａｌ合金为基础，通过添加多种合金元素，可以获得一种比常用耐磨铜合金（如铝青铜ＱＡｌ１０－４－４）耐磨性能更优异的铸造铜合金。但该合金中添加的微量元素对合金性能的影响还需要开展深入的研究。

发明内容

本发明要解决的问题：提供一种Cu-Ni-Al系合金性能提升方法，旨在提高合金的性能，以满足工业要求。

本发明的技术方案：

一种Cu-Ni-Al系合金性能提升方法，在频感应炉中进行熔炼，按顺序加入电解Ｃｕ、Ｎｉ块、铁钉、Ｃｒ－Ｆｅ中间合金和纯Ａｌ锭，熔炼温度约为１４００℃，并在１３００℃左右浇注即可。

所述Ｆｅ以质量分数计为1.2%。

所述Ｃｒ以质量分数计为0.85%。

本发明的有益效果：

在Ｃｕ－１７Ｎｉ－３Ａｌ合金中，添加Ｆｅ元素可以细化合金的晶粒尺寸和二次枝晶间距，同时添加Ｆｅ和Ｃｒ，合金中除了二次枝晶间距和晶粒尺寸显著减小之外，添加Ｆｅ和Ｃｒ可以提高Ｃｕ－１７Ｎｉ－３Ａｌ合金的力学性能，同时添加Ｆｅ和Ｃｒ的合金抗拉强度可达７９５ＭＰａ，硬度（ＨＢＳ）为２６９。

具体实施方式：

实施例：

合金熔炼在中频感应炉中进行，按顺序加入电解Ｃｕ、Ｎｉ块、铁钉、Ｃｒ－Ｆｅ中间合金和纯Ａｌ锭，熔炼量为３０ｋｇ，熔炼温度约为１４００℃，在１３００℃左右浇注到金属型中，获得３种成分不同的６０ｍｍ×１３０ｍｍ的试样，光谱分析后的Ｃｕ－１７Ｎｉ－３Ａｌ合金成分见表１。

试样均用线切割取自铸锭同心圆的外沿位置。拉伸性能测量试样采用直径为８ｍｍ，标距为４０ｍｍ的圆棒，测试在ＣＭＴ５１０５电子万能试验机上进行，拉伸速度为２ｍｍ／ｍｉｎ，取３个试样的平均值。硬度测试在ＨＢ－３０００布氏硬度计上进行，选用直径为５ｍｍ的钢球，压力为７３５５Ｎ，保压３０ｓ，取５个点的平取值。

表２为３种合金的力学性能。从表２中可知，３号合金的抗拉强度最高，达到795ＭＰａ；２号合金的抗拉强度为786ＭＰａ；１号合金的抗拉强度最小。添加Ｆｅ和Ｃｒ都导致１号合金伸长率的降低，其中３号合金的伸长率为4.7％，比２号合金降低了14.5％，比１号合金的伸长率降低了39.0％。

表３为３种合金的硬度。从表３可以看出，添加Ｆｅ、Ｃｒ都提高了合金的硬度和基体的硬度，特别是同时添加Ｆｅ和Ｃｒ，可使合金的硬度（ＨＢＳ）达到269。

表4为３种合金的二次枝晶间距和平均晶粒尺寸。从表4可知，２号合金的二次枝晶间距和平均晶粒尺寸比１号合金分别小４３％和４１％，３号合金的二次枝晶间距和平均晶粒尺寸比１号合金分别小４３％和５９％左右。