CN102286714A - 一种铜镍锡合金的制备方法 - Google Patents

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柳瑞清
蔡薇
彭丽军
杨胜利
肖翔鹏
柳羏
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Abstract

本发明公开了一种铜镍锡合金的制备方法，该制备方法：由熔炼铸造、固溶、粗轧、退火、冷轧、时效处理、冷轧等工序组成。本发明铜镍锡合金的制备方法在熔炼和粗轧之间不需均匀化处理，直接经过高温短时间的固溶热处理后，可使合金内的富Sn相固溶到铜基体内，消除在铸造过程中产生的脆性相NixSny，使得合金获得良好的塑性加工性能，有利于后续的加工。此外，在固溶处理后直接粗轧，省去了现有制备方法中的均匀化处理、热轧工序，从而节省了能源，缩短了工艺流程，提高了生产效率，降低了生产成本。

Description

一种铜镍锡合金的制备方法
技术领域
本发明属于铜合金材料加工技术领域,尤指一种铜镍锡合金制备方法。
 
背景技术
铜镍锡合金因具有高的强度、弹性、优良的导电稳定性及热应力松弛性能等优点，而深受人们的青睐，被认为是最具发展前景的新一代高强度、高弹性、高性能铜合金。但是，由于铜镍锡合金中Sn含量过高，在熔炼铸造过程中存在严重枝晶偏析和Sn的反偏析，使其加工性能差、产品性能不均匀、表面质量差，在加工变形前需进行长时间的高温退火，即均匀化处理（通常需要保温25～30小时），能源消耗大、工艺流程长、生产效率低、生产成本高、不利于工业化生产。如国内的发明专利CN87100204、CN91105605均采用了真空熔炼，铸态组织中还存在成分不均匀现象，故需要进行高温长时间的均匀化处理。
此外，国内外一些专利在铜镍锡合金的基础上进行了一些改进，以改善合金铸态组织成分不均匀和合金的某些性能。例如国内专利CN200410053071采用喷射沉淀成型法生产Cu-15Ni-8Sn-3.5Y合金，该专利通过此法制备的铜镍锡合金成分偏析较小，合金的性能良好，但是，该方法难以实现铜镍锡合金板带材的产业化生产。专利CN03151047、CN101517105A，分别在Cu-15Ni-8Sn合金中添加适量的Ti元素和利用烧结的方法制备铜镍锡合金，可以有效的改善该合金的Sn偏析和提高合金的耐磨性和强度，但此类铜镍锡合金主要应用于铸造滑动轴套。
 
发明内容
针对现有技术存在的问题，本发明提供一种节省能源、缩短工艺、提高生产效率的铜镍锡合金制备方法。
为实现上述目的，本发明的铜镍锡合金的制备方法，具体步骤如下：1）熔炼铸锭：将合金在熔炉内进行熔炼、保温、除气、除渣，然
后进行铸锭；
2）固溶处理：铸锭在通有保护性气体的加热炉中加热到800-900℃，保温2-5小时后进行水冷；
3）粗轧：将经过固溶处理的合金进行80-85%的粗轧变形；
4）中间退火：将粗轧后的合金装入热处理退火炉中，进行中间退火，退火温度为600-700℃，保温4-10小时后进行随炉冷却；
5）冷轧：将中间退火的合金进行冷轧，冷轧加工率50-60%；
6）时效处理：冷轧后的合金进行时效处理，时效温度为350-400℃，保温时间为6-8h，冷却方式为空冷；
7）冷轧：将经过时效处理的合金进行冷轧，冷轧加工率25-30%。
进一步，步骤1）的熔炼铸锭步骤具体为：将电解铜和镍一起放入熔炼炉内，加热至熔体完全熔化后，加覆盖剂保温5～10min，经除气、除杂后，再覆盖灼烧木炭，保温10min后，加入烘干的Cu-P中间合金、Zn、Sn，充分搅拌、静置5～10min后出炉浇铸，浇铸温度为1200℃-1250℃。
本发明的铜镍合金锡合金的制备方法在熔炼铸锭后进行高温短时间固溶处理，可使合金内的富Sn相固溶到铜基体内，消除在铸造过程中产生的脆性相NixSny，使得合金具有良好的塑性，有利于后续的加工。此外，在固溶处理后直接粗轧，省去了现有制备方法中的均匀化处理、热轧工序，从而节省了能源，缩短了工艺流程，提高了生产效率，降低了生产成本。
 
附图说明
图1为本发明的铜镍锡合金制备方法的流程框图；
图2为本发明的合金经固溶处理后的金相照片之1；
图3为本发明的合金经固溶处理后的金相照片之2；
图4为本发明的合金经固溶处理后的金相照片之3；
图5为合金经均匀化处理后的金相照片。
 
具体实施方式
实施例1：
如图1所示，本发明的铜镍锡合金制备方法，具体步骤为：
1.熔炼铸锭：采用非真空感应电炉进行熔炼。合金的加入顺序为：电解铜、纯镍，加热至熔体完全熔化后，加覆盖剂（木炭）保温5～10min，经除气、除杂后，再覆盖10mm左右厚的灼烧木炭。保温10min后，加入烘干的Cu-P、Zn、Sn，充分搅拌、静置5～10min后出炉浇铸，浇铸温度为1200℃-1250℃。
2. 固溶处理：铸锭在通有保护性气体的加热炉中进行固溶处理，固溶温度为800℃，保温时间为2-5h，冷却方式为水冷。
3. 粗轧：将经过固溶处理的合金进行80-85%的粗轧变形。
4．中间退火：将粗轧后的合金装入热处理退火炉中，进行中间退火，退火温度为600-700℃，保温时间4-10h，冷却方式为随炉冷却。
5. 冷轧：将中间退火的合金进行冷轧，冷轧加工率50-60%。
6. 时效处理：冷轧后的合金进行时效处理，时效温度为350-400℃，保温时间为6-8h，冷却方式为空冷。
7. 冷轧：将时效处理的合金进行冷轧，冷轧加工率25-30%。
经过上述步骤得到铜镍锡合金，其50μm金相照片如图2所示。
 
实施例2：
1.熔炼铸锭：采用非真空感应电炉进行熔炼。合金的加入顺序为：电解铜、纯镍，加热至熔体完全熔化后，加覆盖剂（木炭）保温5～10min，经除气、除杂后，再覆盖10mm左右厚的灼烧木炭。保温10min后，加入烘干的Cu-P、Zn、Sn，充分搅拌、静置5～10min后出炉浇铸，浇铸温度为1200℃-1250℃。
2. 固溶处理：铸锭在通有保护性气体的加热炉中进行固溶处理，固溶温度为850℃，保温时间为2-5h，冷却方式为水冷。
3. 粗轧：将经过固溶处理的合金进行80-85%的粗轧变形。
4．中间退火：将粗轧后的合金装入热处理退火炉中，进行中间退火，退火温度为600-700℃，保温时间4-10h，冷却方式为随炉冷却。
5. 冷轧：将中间退火的合金进行冷轧，冷轧加工率50-60%。
6. 时效处理：冷轧后的合金进行时效处理，时效温度为350-400℃，保温时间为6-8h，冷却方式为空冷。
7. 冷轧：将时效处理的合金进行冷轧，冷轧加工率25-30%。
经过上述步骤得到铜镍锡合金，其50μm金相照片如图3所示。
 
实施例3：
1.熔炼铸锭：采用非真空感应电炉进行熔炼。合金的加入顺序为：电解铜、纯镍，加热至熔体完全熔化后，加覆盖剂（木炭）保温5～10min，经除气、除杂后，再覆盖10mm左右厚的灼烧木炭。保温10min后，加入烘干的Cu-P、Zn、Sn，充分搅拌、静置5～10min后出炉浇铸，浇铸温度为1200℃-1250℃。
2. 固溶处理：铸锭在通有保护性气体的加热炉中进行固溶处理，固溶温度为900℃，保温时间为2-5h，冷却方式为水冷。
3. 粗轧：将经过固溶处理的合金进行80-85%的粗轧变形。
4．中间退火：将粗轧后的合金装入热处理退火炉中，进行中间退火，退火温度为600-700℃，保温时间4-10h，冷却方式为随炉冷却。
5. 冷轧：将中间退火的合金进行冷轧，冷轧加工率50-60%。
6. 时效处理：冷轧后的合金进行时效处理，时效温度为350-400℃，保温时间为6-8h，冷却方式为空冷。
7. 冷轧：将时效处理的合金进行冷轧，冷轧加工率25-30%。
经过上述步骤得到铜镍锡合金，其50μm金相照片如图4所示。
现有的铜镍锡合金制备方法在铜镍锡合金铸锭经过长时间的均匀化退火后，合金中仍存有NixSny化合物（如图5所示），会使合金脆化，导致合金的边部开裂。而合金通过高温短时间固溶处理后，可使合金内的富Sn相固溶到铜基体内，消除在铸造过程中产生的脆性相NixSny（如图2-4所示），解决铜镍锡合金铸态组织中粗大的树枝状晶，成分偏析严重等问题，更重要的是省去了加工过程中的热轧和均匀化退火工序，节省了能源、缩短了工艺、提高了生产效率，为工业化生产节省生产成本。同时得到的铜镍锡合金与同系列的其他合金相比，强度更高，塑性更好，与此同时，弹性也大大提高，适用于铜镍锡合金的短流程加工。
表1为本发明的方法与现有制备方法对比，由表1可知本发明缩短工艺2个，具有高效、节能、短流程特点。
 
表1. 合金制备工艺步骤个数对比
Figure 2011102328322100002DEST_PATH_IMAGE002AA
    表2为本发明的方法与现有制备方法对比，由表2可知本发明在所制造的合金的抗拉强度和伸长率参数上较现有制备方法均有明显提高。
 
表2 合金性能对比
对比合金 抗拉强度 MPa 伸长率%
实施方案1 927 10
实施方案2 1031 7.1
实施方案3 968 6.9
铜镍锡C7270 835-980 ≥3.0
    需要指出的是各步骤中的具体参数可根据实际需要作出适当调整，在符合本发明思想的各种变形都在本发明的保护范围之内。

Claims (2)

1.一种铜镍锡合金的制备方法，具体为：
1）熔炼铸锭：将合金在熔炉内进行熔炼、保温、除气、除渣，然后进行铸锭；
2）固溶处理：铸锭在通有保护性气体的加热炉中加热到800-900℃，保温2-5小时后进行水冷；
3）粗轧：将经过固溶处理的合金进行80-85%的粗轧变形；
4）中间退火：将粗轧后的合金装入热处理退火炉中，进行中间退火，退火温度为600-700℃，保温4-10小时后进行随炉冷却；
5）冷轧：将中间退火的合金进行冷轧，冷轧加工率50-60%；
6）时效处理：冷轧后的合金进行时效处理，时效温度为350-400℃，保温时间为6-8h，冷却方式为空冷；
7）冷轧：将经过时效处理的合金进行冷轧，冷轧加工率25-30%。
2.如权利要求1所述的铜镍锡合金的制备方法，其特征在于，步骤1）的熔炼铸锭步骤具体为：将电解铜和镍一起放入熔炼炉内，加热至熔体完全熔化后，加覆盖剂保温5～10min，经除气、除杂后，再覆盖灼烧木炭，保温10min后，加入烘干的Cu-P中间合金、Zn、Sn，充分搅拌、静置5～10min后出炉浇铸，浇铸温度为1200℃-1250℃。
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