[發(fā)明專利]一種能提高熱疲勞性能的銅鋁鐵鎳錳鎢鉬合金

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201410189980.4
• 申請(qǐng)日: 2014-05-07
• 公開（公告）號(hào): CN105088002A
• 公開（公告）日: 2015-11-25
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張志敏;管志鋒;李萌;萬浩;白高鵬
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 鎮(zhèn)江憶諾唯記憶合金有限公司
• 主分類號(hào): C22C9/01
• 分類號(hào): C22C9/01;C22C1/02;C22C1/06
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• 代理人: 暫無信息

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于銅合金技術(shù)領(lǐng)域，特指一種能提高熱疲勞性能的銅鋁鐵鎳錳鎢鉬合金。

背景技術(shù)

由于銅鋁基合金具有優(yōu)良的特性，越來越收到青睞，在民用和軍事工業(yè)中起著重要的作用。銅鋁基合金材料的宏觀性能受許多條件的影響。然而，結(jié)構(gòu)決定性能是自然界永恒的規(guī)律，性能是由內(nèi)部的微觀組織結(jié)構(gòu)所決定的。為了準(zhǔn)確的分析鋁青銅的顯微組織結(jié)構(gòu)，進(jìn)行了不少有益的嘗試。如利用彩色金相的方法對(duì)銅合金的顯微組織進(jìn)行處理，以此來定性鑒別物相、晶粒位向等顯微組織特征。為進(jìn)一步提高合金的綜合性能打下了基礎(chǔ)。

在冶金工業(yè)中，稀土常被稱作是金屬材料的“維生素”。其特點(diǎn)是以少量甚至微量的稀土作用于合金中，便能顯著的提高其綜合性能。稀土元素在銅合金中主要用于改善熱加工性能和鑄件組織，防止偏析；獲得高強(qiáng)度、良好的熱疲勞性能以及耐腐蝕性能。在銅合金中加入稀土元素還有一定的脫氧效果，這樣銅合金的表面能形成一層氧化膜，阻止了合金的外界介質(zhì)原子向內(nèi)部擴(kuò)散，有效的提高了合金的耐腐蝕性能。銅合金的耐磨性能也能通過稀土元素來得以提高。銅合金中加入稀土元素能改善銅的組織結(jié)構(gòu)、機(jī)械性能和導(dǎo)電性。合金的硬度和抗拉強(qiáng)度隨著稀土元素含量的增加而增加，同時(shí)合金的塑性也到達(dá)很好的效果。鋁青銅合金具有強(qiáng)度高、耐磨性能好、鑄造性能優(yōu)良、熔煉工藝簡單、耗能少、無污染及原材料成本低等一系列優(yōu)點(diǎn)，因而受到國內(nèi)外專家的普遍重視，因此鋁青銅合金具有很強(qiáng)的市場(chǎng)競(jìng)爭力。但其也有性能不夠均勻等缺點(diǎn)，限制了其應(yīng)用范圍。為了擴(kuò)大鋁青銅合金的應(yīng)用范圍，提高零件的可靠性，特別是防止其在高溫下的熱疲勞斷裂，需要進(jìn)一步提高其熱疲勞性能。本發(fā)明開發(fā)出一種能提高熱疲勞性能的銅鋁鐵鎳錳鎢鉬合金。

發(fā)明內(nèi)容

一種能提高熱疲勞性能的銅鋁鐵鎳錳鎢鉬合金，其特征為：以電解銅、工業(yè)鋁錠A00號(hào)、普通不含銹的鐵釘、電解鎳、電解錳、純鎢、純鉬、復(fù)合稀土添加劑，（組分按重量百分比計(jì)算，Nd10-15％、Tb8-12％、V7-10％、Sb7-10％、Ce6-9％、La+Sc+Sm+Er+Yb+Lu+Gd+Nb+Ti+Ba合計(jì)為15-20%，余量為銅。）為原料。成分按重量百分比計(jì)算，按Al10%、Fe4-5%、Ni3-4%、Mn1.5-2.5%、W0.8-1.2%、Mo0.4-0.6%、復(fù)合稀土添加劑0-1.2%、余量是銅的比例稱重后在感應(yīng)熔煉爐中熔煉。熔煉工藝為：先加入鋁錠、電解銅、普通不含銹的鐵釘、電解鎳、電解錳、純鎢、純鉬、復(fù)合稀土添加劑，待材料全部熔化后，升溫至1250~1300℃時(shí)保溫4min-6min使各元素均勻化，然后撒入銅合金用精煉除渣劑，靜置5min-4min后扒渣除氣，待溫度為1200~1250℃時(shí)準(zhǔn)備澆注。鑄造工藝為：砂型鑄造，底板為金屬型，金屬型內(nèi)部通水冷卻，將熔煉好的銅鋁鐵鎳錳合金液澆鑄成長250mm、寬40mm、高70mm的毛坯，根據(jù)加入復(fù)合稀土添加劑的含量不同，澆鑄出七組復(fù)合稀土添加劑含量不同的銅鋁鐵鎳錳合金毛坯，其復(fù)合稀土添加劑加入量分別為0%、0.2%、0.4%、0.6%、0.8%、1.0%、1.2%，再在毛坯上取樣，通過線切割加工出熱疲勞試樣，熱疲勞試樣尺寸為長40mm、寬10mm、高5mm，試樣頂部帶有V型缺口，如圖1所示。

采用電阻爐加熱自約束熱疲勞試驗(yàn)機(jī)進(jìn)行熱疲勞試驗(yàn)。板狀試樣裝卡在立方卡具的四個(gè)側(cè)面，保證每塊試樣的加熱與冷卻位置一致，通過傳動(dòng)裝置上下垂直運(yùn)動(dòng)，從而達(dá)到試樣加熱以及冷卻的自動(dòng)化完成。采用設(shè)時(shí)自控，熱電偶測(cè)量并控制溫度，試樣在室溫20℃至450℃之間進(jìn)行加熱與冷卻的熱循環(huán)，采用計(jì)數(shù)器進(jìn)行自動(dòng)計(jì)數(shù)，調(diào)整并保持爐溫450℃，水溫20℃（流動(dòng)自來水）。快速加熱試樣，加熱、冷卻一次作為一個(gè)循環(huán)，每次循環(huán)加熱時(shí)間為120s，入水冷卻時(shí)間為5s，直至預(yù)定循環(huán)次數(shù)。對(duì)于研究熱疲勞裂紋萌生的試樣，每循環(huán)500次，取下試樣，拋光去除表面氧化膜，測(cè)量表面裂紋長度，以0.1mm作為裂紋萌生長度，記下試樣裂紋萌生循環(huán)次數(shù)，觀察并對(duì)裂紋的萌生位置照相。對(duì)于研究熱疲勞裂紋擴(kuò)展的試樣，每循環(huán)1000次，取下試樣，拋光并觀察。測(cè)量表面裂紋長度。表1為加入不同復(fù)合稀土添加劑對(duì)銅鋁基合金裂紋長度的影響。由表1可以看出，復(fù)合稀土添加劑加入量為0.8%－1.0%時(shí)，銅鋁基合金熱疲勞性能最好。

表1銅鋁基合金加入不同復(fù)合稀土添加劑在20℃-450℃循環(huán)后的的裂紋長度（mm）。

附圖說明

圖1　熱疲勞試樣尺寸（單位mm）

圖2　未加入復(fù)合稀土添加劑試樣在20℃-450℃循環(huán)9000次裂紋圖