[發明專利]一種超高強高彈銅鎳錳合金及其制備方法

有效

• 申請號: 201910229166.3
• 申請日: 2019-03-25
• 公開（公告）號: CN109943750B
• 公開（公告）日: 2020-09-08
• 發明（設計）人: 龔深;李周;肖柱;劉斌;唐帥康
• 申請（專利權）人: 中南大學
• 主分類號: C22C9/06
• 分類號: C22C9/06;C22C9/00;C22C1/02;C22F1/08
• 代理公司: 長沙永星專利商標事務所(普通合伙) 43001
• 代理人: 何方

本發明公開了一種超高強高彈銅鎳錳合金及其制備方法，屬于金屬材料及其制備技術領域，本發明通過多尺度多重強化機制疊加，合理抑制不連續析出，從而達到超高強高彈的設計目的；Ni、Mn作為合金的主元素，除了提供固溶強化之外，還通過析出MnNi相來達到析出強化效果；Si的作用是優先析出Ni₂Si相，占據不連續析出的形核點位，從而起到抑制不連續析出作用；Nb與基體是非共格關系，與Cr將形成幾百納米級別的Cr₂Nb相；Cr的作用是在基體中析出幾十納米級別的沉淀相；Zr的作用是抑制Cr相的長大；本發明制備銅合金晶粒均勻且細小，具有超高的強度、彈性和塑性，可廣泛用于汽車、軌道交通、電子電氣、航空航天等高新技術領域。

技術領域

本發明屬于金屬材料及其制備技術領域，具體涉及一種超高強高彈銅鎳錳合金及其制備方法。

背景技術

高強高彈銅鎳錳合金是一類具有高強度、高彈性模量的銅合金，除了強度和彈性之外，其在抗疲勞、耐腐蝕和耐磨等性能方面也表現優異，主要應用于儀器、航海、電子、石油化工、航空航天等領域，隨著新一代信息技術產業技術的不斷發展，為了滿足深加工的需求，對銅合金的晶粒尺寸和各向異性均提出了更高的要求。

銅鎳錳合金中，錳與鎳形成的MnNi化合物具有細化晶粒的作用，且可借助MnNi的沉淀硬化提高合金的力學性能和加工性能。銅鎳合金加入錳后，電阻值穩定，電阻溫度系數較小，具有良好的導電性能。研究表明，銅鎳錳合金是可通過熱處理強化、且具備高強、高彈和優良導電性能的新型彈性合金。然而，現有的銅鎳錳合金的抗拉強度、延伸率不能滿足特殊領域的需求，如航空航天、軌道交通等，在銅鎳錳合金的高溫熔煉鑄造過程中，極易吸氣，導致鑄錠內部存在大量的氣孔、夾雜、疏松等缺陷，合金在軋制過程中易開裂，至今尚未得到較好的應用。

發明內容

針對現有技術的不足，本發明的目的在于提供一種超高強高彈銅鎳錳合金及其制備方法，維氏硬度大于等于480HV，抗拉強度大于等于1500MPa，延伸率大于等于5％。

為了達到上述目的，本發明提供以下技術方案：

本發明提供的這種超高強高彈銅鎳錳合金，由以下組分按重量百分比組成：Ni 18～22％，Mn 18～22％，Si 0.2～0.5％，Nb 0.2～0.5％，Cr 0.2～0.5％，Zr 0.05～0.2％，余量為Cu，各成分的質量百分比之和為100％，所述超高強高彈銅鎳錳合金組織的平均晶粒尺寸為5～30μm。

在一個具體實施方式中，所述超高強高彈銅鎳錳合金由以下組分按重量百分比組成：Ni 19～21％，Mn 19～21％，Si 0.2～0.4％，Nb 0.2～0.4％，Cr 0.2～0.4％，Zr 0.08～0.12％，余量為Cu，各成分的質量百分比之和為100％。

在一個具體實施方式中，所述超高強高彈銅鎳錳合金組織的平均晶粒尺寸為15μm。

在一個具體實施方式中，所述超高強高彈銅鎳錳合金，維氏硬度大于等于480HV，抗拉強度大于等于1500MPa，延伸率大于等于5％。

本發明還提供了所述超高強高彈銅鎳錳合金的制備方法，包括以下步驟：

(1)真空熔煉：根據銅鎳錳合金的組分進行配料，采用真空熔煉爐對銅鎳錳合金進行熔煉，得到合金溶液；

(2)鑄造：將合金溶液在設定溫度下進行鑄造，水冷后得到合金鑄錠；

(3)均勻化：將鑄錠進行均勻化處理，得到均勻化的鑄錠；

(4)熱軋開坯：開坯總變形量65％～85％，開坯溫度900～950℃；

(5)退火處理：將熱軋后的合金進行退火處理；

(6)冷軋：冷軋的總變形量為75％～90％，通過大變形冷軋進一步破碎合金的晶粒，形成纖維狀的變形組織；