[發(fā)明專利]一種高硅鎳銅合金鑄件的制備方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201310363031.9
• 申請(qǐng)日: 2013-08-16
• 公開（公告）號(hào): CN104372188A
• 公開（公告）日: 2015-02-25
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 鄭啟;韋華;張洪宇;王志輝;張朝威;金濤;孫曉峰;胡壯麒
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國(guó)科學(xué)院金屬研究所
• 主分類號(hào): C22C1/03
• 分類號(hào): C22C1/03;B22D27/04
• 代理公司: 沈陽(yáng)科苑專利商標(biāo)代理有限公司 21002
• 代理人: 許宗富;周秀梅

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種有色合金鑄件的制備技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種可有效改善高硅鎳銅合金塑性及其機(jī)械加工性能的高硅鎳銅合金鑄件的制備方法。

背景技術(shù)

鎳-銅合金（GB5235-38），是以70/30的鎳銅固溶體為基體的一類合金，在工程應(yīng)用上具有悠久的歷史。合金具有易成型、易釬焊、易切削等特點(diǎn)，同時(shí)還具有高的強(qiáng)度和硬度及優(yōu)良的耐熱，耐腐蝕性能。因此被廣泛的使用于航空、航海、化工、原子能、等領(lǐng)域。

高硅鎳銅合金材料是一種彌散強(qiáng)化型合金，結(jié)合Cu、Fe、Mn等固溶強(qiáng)化。俄羅斯相近牌號(hào)為НМКЖМц30-4-2-1，美國(guó)相應(yīng)牌號(hào)主要有S?Monel和Monel505，也稱高強(qiáng)度蒙乃爾合金。與普通鎳銅合金比較，其中Si含量高達(dá)4wt.%，形成Ni₃Si彌散強(qiáng)化相，顯著提高了合金的強(qiáng)度和再結(jié)晶溫度，使合金具有高硬度、高強(qiáng)度、高耐磨和優(yōu)良的抗粘合、抗高溫、耐腐蝕等特點(diǎn)，綜合性能超過(guò)鋁青銅和普通鎳銅合金，特別適合于制作先進(jìn)航空發(fā)動(dòng)機(jī)燃油調(diào)節(jié)系統(tǒng)的精密摩擦器件。俄羅斯現(xiàn)行生產(chǎn)的AЛ-31ф和HP-31B發(fā)動(dòng)機(jī)主燃油泵、PCф-31B發(fā)動(dòng)機(jī)噴口加力燃油泵、Aц25-TЛ發(fā)動(dòng)機(jī)的燃油調(diào)節(jié)器等附件的摩擦零件，以及英國(guó)道蒂公司現(xiàn)行生產(chǎn)的燃油附件均采用高硅鎳銅合金制造，顯著提高了燃油調(diào)節(jié)系統(tǒng)的可靠性和工作壽命。

鎳銅合金中加入顯量Si元素后顯著提高了合金的使用性能，但也大幅度降低合金的工藝性能，合金形成氣孔、縮孔和裂紋傾向性增大，給合金冶煉和鑄造帶來(lái)新的難題。由于Cu30%左右的鎳銅合金的液固相線間距約為50℃。凝固時(shí)，富鎳樹枝晶首先從熔體中析出，最后凝固的是相對(duì)富銅部分。其典型組織是單相固溶體，鑄態(tài)下形成樹枝晶并產(chǎn)生偏析，由于樹枝晶相當(dāng)發(fā)達(dá)，凝固時(shí)嚴(yán)重阻礙了合金液的補(bǔ)縮，這成為鑄件內(nèi)部產(chǎn)生顯微縮松的主要原因。另外，常溫下Ni和Cu在大氣中很穩(wěn)定，不易氧化。但在高溫下，液態(tài)鎳和銅很容易被空氣中的氧所氧化，還有爐氣中的水蒸氣、一氧化碳、二氧化碳等都能使合金發(fā)生氧化。氧化產(chǎn)物Cu₂O、NiO以及Ni2C、Ni₃S₂等都可溶解在鎳銅合金中，且隨溫度升高溶解度增加。在凝固時(shí)，一方面，由于Cu₂O、Ni₃S₂等以低熔點(diǎn)共晶體形式析出于晶界，使合金變脆。另一方面，NiO，Ni₂C，Ni₃S₂等的溶解度隨溫度下降而促使氧化反應(yīng)逆向進(jìn)行，在合金中產(chǎn)生析出性氣孔。

國(guó)內(nèi)一些部門也曾有類似合金的開發(fā)，但在合金工藝和綜合性能上與國(guó)外相比性能差距較大。存在的最主要問(wèn)題是在鑄件中存在嚴(yán)重的褐色斷口，部分鑄件甚至出現(xiàn)了整體斷裂的現(xiàn)象，難以鑄造與加工成形。另外，高硅鎳銅合金主要用作發(fā)動(dòng)機(jī)燃油調(diào)控系統(tǒng)，其零件形狀復(fù)雜，精度要求高。但由于現(xiàn)有工藝制備的合金鑄件塑性低、加工性能差，故零件加工成品率極低，限制了其使用。所以就需要開發(fā)一種新的高硅鎳銅合金及其鑄件的鑄造工藝和零件制備技術(shù)，滿足零部件的制造和使用需求。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)存在的不足之處，提供一種可有效改善合金塑性及機(jī)械加工性能，提高零件加工成品率的高硅鎳銅合金鑄件的制備方法。

本發(fā)明的技術(shù)方案是：

一種高硅鎳銅合金鑄件的制備方法，該方法包括如下步驟：

（1）合金熔煉：按照高硅鎳銅合金的化學(xué)成分和配比配料，采用真空感應(yīng)爐熔煉并鑄造成母合金錠，再采用真空感應(yīng)爐熔化母合金錠，并在1450～1550℃精煉3-7min，然后降溫至澆鑄溫度，爐內(nèi)真空度為0.1～5Pa；

（2）澆鑄過(guò)程：經(jīng)步驟（1）處理后的合金進(jìn)行澆鑄，獲得近成型合金鑄件；澆鑄溫度1260～1320℃；

（3）凝固過(guò)程：近成型合金鑄件凝固控制工藝為：初始冷卻速度為90～180℃/s，鑄件溫度達(dá)到900～1100℃后，將冷卻速度降至0.01～0.1℃/s，當(dāng)合金鑄件冷卻至400℃以下，自然冷卻至室溫獲得高硅鎳銅合金鑄件。

制得的高硅鎳銅合金鑄件按使用要求不同，可在鑄態(tài)或熱處理狀態(tài)下使用。

熱處理制度為：固溶處理：920～980℃，保溫30～45min，油淬；

時(shí)效處理：580℃，保溫6～8h，空冷。

步驟（2）澆鑄過(guò)程中，澆鑄近成型合金鑄件采用Al₂O₃制備陶瓷型殼。

步驟（2）澆鑄前，澆鑄的模殼在850℃以上預(yù)熱3～5h。