[发明专利]高强高韧铜合金材料及其制备方法

说明书

本发明涉及有色金属材料制备技术领域，公开了一种高强高韧铜合金材料及其制备方法，所述铜合金材料所含化学元素按质量分数占比为：Al:8‑10％，Mn:10‑11％，余量为Cu。本发明提供的高强高韧铜合金材料制备方法能够增强合金塑性，与常用的高强铜合金相比，本发明铜合金材料成本低，更耐蚀，塑性好且不含对环境有害元素，抗拉强度≥1050MPa，延伸率≥10.5％，抗软化温度超过350℃。基于这些特点，本发明提供的高强高韧铜合金材料可应用于对强度和塑性要求较高且在腐蚀和高温环境中工作的零部件，如化工设备用承力件、耐磨件、高强弹簧垫片、接触弹簧，腐蚀环境中的仪器仪表元件。

技术领域

本发明属于有色金属材料制备领域，具体的是一种高强高韧铜合金材料及其制备方法。

背景技术

CuAlMn合金由于具有高强、耐蚀、无磁性的特点，一直是工业重载装备中很重要的结构材料，其主要应用于齿轮、阀条、轴瓦等要求耐磨耐蚀的高工作应力环境，以及腐蚀环境下弹性接触片、弹簧垫片、弹性储能器件等缓冲、储能场合。随着工业生产中对有关装备和仪器使用要求的日益提高和使用环境逐渐苛刻，对于这类CuAlMn合金提出了更高的性能要求，包括更高的强度和塑性。

目前常用的的铝青铜类高强铜合金成分范围是6-8％Al，Mn含量小于5％，合金抗拉强度约800MPa，延伸率10-12％。随着现代工业对这类承力构件使用要求的逐渐提高，提升合金强度成为改进这类合金的一个重要发展方向。通过提高Al、Mn元素含量来提高合金强度，如果不辅以相应的制备工艺改进，就会降低合金塑性，从而导致合金零部件在齿轮、轴承等高疲劳应力工作环境中容易发生疲劳断裂。

其它的结构件常用的铜合金有Cu-Be合金和Cu-Ni合金。Cu-Be合金典型性能是抗拉强度950-1000MPa，延伸率9％-12％，广泛用于做弹簧材料。但由于合金中含有Be，所以合金不仅成本高，而且在生产和使用过程中会产生有毒释放物，目前在很多场合下铍青铜正逐渐被其它的环境友好型高强铜合金所替代。此外，Cu-Be合金的耐热性不高，超过200℃就有加速失效的可能。Cu-Ni系合金中的弹性铜合金有Cu-Ni-Sn、Cu-Ni-Mn合金，这类合金的抗拉强度约800MPa-950MPa，延伸率约4％-12％。这类合金中由于含Ni、Sn等金属，因此不仅成本高，而且在熔炼铸造时容易吸气，给最终产品性能带来不良影响。

发明内容

鉴于以上所述情况，开发一种成本低廉、强度≥1000MPa，延伸率≥10％的环保型耐磨耐蚀铜合金，以满足合金使用于工业装备中高机械性能、低成本、环保无害、易制备的要求，就成为现代工业装备制造中的一项迫切需求。本发明主要通过对铜合金进行成分改进和相应的工艺匹配设计，实现提高铜合金强度的同时，不降低合金塑性，从而实现高强高韧铜合金的制备。

本发明的目的主要通过以下技术方案来实现：

本发明一方面提供一种高强高韧铜合金材料，所述铜合金材料所含化学元素按质量分数配比为：Al：8％～10％，Mn：10％～11％，余量为Cu。

通过选择Al与Mn的元素含量配比，能够使合金成品组织有单一的亚稳态β相组织，从而保证合金具有高的强度。此外，通过元素配比选择可保证β相具有高的热稳定性，这样不仅合金热加工后空冷即可得到亚稳的β相，为简化生产工艺奠定组织基础，而且β在后续温加工时不易发生时效分解，从而为临界温加工产生形变诱导α相析出创造条件，最终使合金具有高强度的同时还具有良好的塑性。

根据本发明，所述铜合金的金相组织为纤维状加工变形组织和晶内弥散分布的α相，其中α的重量分数为3％-5％，其余为基体β相。

本发明另一方面提供了一种高强高韧铜合金材料的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：1)按照合金元素配方进行配料；2)按合金元素配方投料进行熔炼得到合金元素熔液并铸造；3)然后进行热轧；和/或，热挤压；4)然后进行加热；5)然后进行热轧；和/或，热挤压；6)最后进行临界温加工。