CN103695702B - 一种轧制的航空航天领域用的合金棒及其制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种轧制的航空航天领域用的合金棒及其制造方法，合金棒由以下重量百分数组份组成，镍：11-18％，锡：1-3％，铝：5-8％，锰：0.05-0.3％，钛：0.05-0.1％，银：0.05-0.1％，余量为铜。本发明利用铜镍合金与铝锡合金完全融合，形成的多元合金能够达到需要的强度以代替铍铜合金，同时改善了合金材料的性能。

Description

一种轧制的航空航天领域用的合金棒及其制造方法

技术领域

本发明涉及合金棒制造领域，特别是涉及一种轧制的航空航天领域用的合金棒及其制造方法。

背景技术

目前，铜铍合金熔合而成的铍青铜具有优越的性能，比如其屈服强度可高于965MPa，因此被广泛航空航天领域用的衬套等高端产品零部件。然而，美国职业安全与健康管理局呼吁减少铍的使用量，因为，铍具有一定的毒性，人体一旦吸入相应剂量的铍粉尘，将会引起致命性的肺部疾病。工业生产当中，现有的几种材料比如铝青铜的屈服强度431MPa,铜-镍-锡合金屈服强度724MPa，其性能都不能够达到铍青铜的程度，一直不能够完全被人们接受。因此，使用可完全取代铍青铜的材料将是未来的一种趋势并能够在市场中占据优势。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提供了一种利用铜镍合金与铝锡合金完全融合以替代铍铜合金的合金棒及其制造方法。

为了实现上述发明目的，本发明采用的技术方案如下：

一种轧制的航空航天领域用的合金棒，由以下重量百分数组份组成：镍：11-18％，锡：1-3％，铝：5-8％，锰：0.05-0.3％，钛：0.05-0.1％，银：0.05-0.1％，余量为铜。

优选地，轧制的航空航天领域用的合金棒，由以下重量百分数组份组成：镍：12-17％，锡：1.25-2.75％，铝：5.5-7.5％，锰：0.1-0.25％，钛：0.063-0.088％，银：0.063-0.088％，余量为铜。

优选地，轧制的航空航天领域用的合金棒，由以下重量百分数组份组成：镍：13-16％，锡：1.5-2.5％，铝：6-7％，锰：0.15-0.2％，钛：0.068-0.083％，银：0.068-0.083％，余量为铜。

优选地，轧制的航空航天领域用的合金棒，由以下重量百分数组份组成：镍：14.5％，锡：2％，铝：6.5％，锰：0.175％，钛：0.075％，银：0.075％，余量为铜。

本发明提供的上述的轧制的航空航天领域用的合金棒的制造方法，包括如下步骤：

步骤一：制造铜镍合金：按照重量配比将电解铜﹑镍置于工频电炉内，加热至900度-950度，熔炼1-1.5小时，待完全熔化后保温至850度，保温时间为0.5-1小时；

步骤二：制造铝锡合金：按照重量配比将铝﹑锡置于工频电炉内，加热至660度-700度，熔炼1-1.5小时，待完全熔化后保温至550度，保温时间为0.5-1小时；

步骤三：将保温完成的铝锡合金熔液添加到铜镍合金熔液当中，用石墨棒进行搅拌之后升温至1000度；

步骤四：将锰、钛、银原料采用研磨的方式进行粉末化处理，处理后的粉末粒径在300-500微米；

步骤五：将研磨完成的锰，钛，银按照重量比例添加到合金液体当中，再次使用石墨棒搅拌，使其完全分散到合金液体当中，然后将工频电炉保温至900度，保温时间为30分钟。

步骤六：用直读光谱仪对从炉内取出的样品进行3-6次成分检验，以确定其合金成分在规定范围之内；

步骤七：采用连续铸造的方式将合金液体铸造成锭，再用4辊轧机将合金锭轧制成需要的直径。到厢式退火炉中进行回火，回火温度为400-450度，时间为2-2.5小时；对回火完成的材料进行自然冷却后进行相应机械加工以制成产品待用；

步骤八：将轧制完成后的合金棒放置在厢式退火炉中进行热处理，处理温度为300-350度，时间为1.5-2小时；然后将处理完成后的棒材放入浓度为5％的盐水中冷却；

步骤九：冷却完成后的合金棒才进行探伤及矫直，并按照需要的长度切割并包装入库。

采用上述技术方案的有益效果为：

采用铜镍合金与铝锡合金完全融合，能够使相应的多元合金达到需要的强度，以实现代替铍铜合金的目的。同时在合金中添加其他微量元素，利用多个微量元素的作用结合相应的轧制及盐水淬火工艺从而实现最终合金材料卓越的性能，此材料的屈服强度大于1000MPa。在实现替代有毒的铍元素的同时，又改善了合金材料的性能，从而实现完全取代铍青铜的目标。并且生产出的合金管材便于加工成轴套，与实心棒材相比节省了材料，提高了生产效率，降低了成本。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，下面结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

实施例1

一种轧制的航空航天领域用的合金棒，由以下重量百分数组份组成：镍：11％，锡：1％，铝：5％，锰：0.05％，钛：0.05％，银：0.05％，铜：82.85％。

其制造方法包括如下步骤：

1.制造铜镍合金：按照重量配比将电解铜﹑镍置于工频电炉内，加热至900度-950度，熔炼1-1.5小时，待完全熔化后保温至850度，保温时间为0.5-1小时。

2.制造铝锡合金：按照重量配比将铝﹑锡置于工频电炉内，加热至660度-700度，熔炼1-1.5小时，待完全熔化后保温至550度，保温时间为0.5-1小时。

3.将保温完成的铝锡合金熔液添加到铜镍合金熔液当中，用石墨棒进行搅拌之后升温至1000度。

4.将锰、钛和银采用研磨的方式进行粉末化处理，处理后的粉末粒径在300-500微米。

5.将研磨完成的锰，钛，银粉按照重量添加到合金液体当中，再次使用石墨棒搅拌，使其完全分散到合金液体当中。然后将工频电炉保温至900度。保温时间为30分钟。

6.用德国进口斯派克直读光谱仪对从炉内取出的样品进行3-6次成分检验，以确定其合金成分在规定范围之内。

7.采用连续铸造的方式将合金液体铸造成锭，再用4辊轧机将合金锭轧制成需要的直径。到厢式退火炉中进行回火，回火温度为400-450度，时间为2-2.5小时；对回火完成的材料进行自然冷却后进行相应机械加工以制成产品待用。

8.将轧制完成后的合金棒放置在厢式退火炉中进行热处理，处理温度为300-350度，时间为1.5-2小时；然后将处理完成后的棒材放入浓度为5％的盐水中冷却。

9.冷却完成后的合金棒才进行探伤及矫直，并按照需要的长度切割并包装入库。

经检测本实施例得到的合金棒屈服强度为973MPa，大于铍青铜的屈服强度。实现替代有毒铍元素的同时，也改善了合金材料的性能，从而实现完全取代铍青铜的目标。

实施例2

一种轧制的航空航天领域用的合金棒，由以下重量百分数组份组成：镍：18％，锡：3％，铝：8％，锰：0.3％，钛：0.1％，银：0.1％，铜：70.5％。

其制造方法包括如下步骤：

1.制造铜镍合金：按照重量配比将电解铜﹑镍置于工频电炉内，加热至900度-950度，熔炼1-1.5小时，待完全熔化后保温至850度，保温时间为0.5-1小时。

2.制造铝锡合金：按照重量配比将铝﹑锡置于工频电炉内，加热至660度-700度，熔炼1-1.5小时，待完全熔化后保温至550度，保温时间为0.5-1小时。

3.将保温完成的铝锡合金熔液添加到铜镍合金熔液当中，用石墨棒进行搅拌之后升温至1000度。

4.将锰，钛和银采用研磨的方式进行粉末化处理，处理后的粉末粒径在300-500微米。

5.将研磨完成的锰，钛，银粉按照重量添加到合金液体当中，再次使用石墨棒搅拌，使其完全分散到合金液体当中。然后将工频电炉保温至900度。保温时间为30分钟。

6.用德国进口斯派克直读光谱仪对从炉内取出的样品进行3-6次成分检验，以确定其合金成分在规定范围之内。

7.采用连续铸造的方式将合金液体铸造成锭，再用4辊轧机将合金锭轧制成需要的直径。到厢式退火炉中进行回火，回火温度为400-450度，时间为2-2.5小时；对回火完成的材料进行自然冷却后进行相应机械加工以制成产品待用。

8.将轧制完成后的合金棒放置在厢式退火炉中进行热处理，处理温度为300-350度，时间为1.5-2小时；然后将处理完成后的棒材放入浓度为5％的盐水中冷却。

9.冷却完成后的合金棒才进行探伤及矫直，并按照需要的长度切割并包装入库。

经检测本实施例得到的合金棒屈服强度大于986MPa，同样大于铍青铜的屈服强度。实现替代有毒铍元素的同时，改善了合金材料的性能，从而实现完全取代铍青铜的目标。

实施例3

一种轧制的航空航天领域用替代铍青铜的合金棒，由以下重量百分数组份组成：镍：14.5％，锡：2％，铝：6.5％，锰：0.175％，钛：0.075％，银：0.075％，铜：76.675％。

其制造方法包括如下步骤：

1.制造铜镍合金：按照重量配比将电解铜﹑镍置于工频电炉内，加热至900度-950度，熔炼1-1.5小时，待完全熔化后保温至850度，保温时间为0.5-1小时；

2.制造铝锡合金：按照重量配比将铝﹑锡置于工频电炉内，加热至660度-700度，熔炼1-1.5小时，待完全熔化后保温至550度，保温时间为0.5-1小时；

3.将保温完成的铝锡合金熔液添加到铜镍合金熔液当中，用石墨棒进行搅拌之后升温至1000度；

4.将锰，钛和银采用研磨的方式进行粉末化处理，处理后的粉末粒径在300-500微米；

5.将研磨完成的锰，钛，银粉按照重量添加到合金液体当中，再次使用石墨棒搅拌，使其完全分散到合金液体当中。然后将工频电炉保温至900度。保温时间为30分钟；

6.用德国进口斯派克直读光谱仪对从炉内取出的样品进行3-6次成分检验，以确定其合金成分在规定范围之内；

7.采用连续铸造的方式将合金液体铸造成锭，再用4辊轧机将合金锭轧制成需要的直径。到厢式退火炉中进行回火，回火温度为400-450度，时间为2-2.5小时；对回火完成的材料进行自然冷却后进行相应机械加工以制成产品待用；

8.将轧制完成后的合金棒放置在厢式退火炉中进行热处理，处理温度为300-350度，时间为1.5-2小时；然后将处理完成后的棒材放入浓度为5％的盐水中冷却；

9.冷却完成后的合金棒才进行探伤及矫直，并按照需要的长度切割并包装入库。

经检测本实施例得到的合金棒屈服强度大于1100MPa，不仅大于铍青铜的屈服强度，也大于上述两个实施例的屈服强度。实现替代有毒铍元素的同时，也改善了合金材料的性能，从而实现完全取代铍青铜的目标。

以上所述实施例仅表达了本发明的实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (5)

1.一种轧制的航空航天领域用的合金棒，其特征在于，由以下重量百分数组份组成：镍：11-18％，锡：1-3％，铝：5-8％，锰：0.05-0.3％，钛：0.05-0.1％，银：0.05-0.1％，余量为铜。

2.根据权利要求1所述的轧制的航空航天领域用的合金棒，其特征在于，由以下重量百分数组份组成：镍：12-17％，锡：1.25-2.75％，铝：5.5-7.5％，锰：0.1-0.25％，钛：0.063-0.088％，银：0.063-0.088％，余量为铜。

3.根据权利要求1所述的轧制的航空航天领域用的合金棒，其特征在于，由以下重量百分数组份组成：镍：13-16％，锡：1.5-2.5％，铝：6-7％，锰：0.15-0.2％，钛：0.068-0.083％，银：0.068-0.083％，余量为铜。

4.根据权利要求1所述的轧制的航空航天领域用的合金棒，其特征在于，由以下重量百分数组份组成：镍：14.5％，锡：2％，铝：6.5％，锰：0.175％，钛：0.075％，银：0.075％，余量为铜。

5.权利要求1-4中任意一项所述的一种轧制的航空航天领域用的合金棒的制造方法，其特征在于包括以下步骤：

步骤一：制造铜镍合金：按照重量配比将电解铜﹑镍置于工频电炉内，加热至900度-950度，熔炼1-1.5小时，待完全熔化后保温至850度，保温时间为0.5-1小时；

步骤二：制造铝锡合金：按照重量配比将铝﹑锡置于工频电炉内，加热至660度-700度，熔炼1-1.5小时，待完全熔化后保温至550度，保温时间为0.5-1小时；

步骤三：将保温完成的铝锡合金熔液添加到铜镍合金熔液当中，用石墨棒进行搅拌之后升温至1000度；

步骤四：将锰、钛、银原料采用研磨的方式进行粉末化处理，处理后的粉末粒径在300-500微米；

步骤五：将研磨完成的锰，钛，银粉按照重量添加到合金液体当中，再次使用石墨棒搅拌，使其完全分散到合金液体当中，然后将工频电炉保温至900度，保温时间为30分钟；

步骤六：用直读光谱仪对从炉内取出的样品进行3-6次成分检验，以确定其合金成分在规定范围之内；

步骤七：采用连续铸造的方式将合金液体铸造成锭，再用4辊轧机将合金锭轧制成需要的直径，到厢式退火炉中进行回火，回火温度为400-450度，时间为2-2.5小时；对回火完成的材料进行自然冷却后进行相应机械加工以制成产品待用；

步骤八：将轧制完成后的合金棒放置在厢式退火炉中进行热处理，处理温度为300-350度，时间为1.5-2小时；然后将处理完成后的棒材放入浓度为5％的盐水中冷却；

步骤九：冷却完成后的合金棒才进行探伤及矫直，并按照需要的长度切割并包装入库。