CN105970126B - 一种压力下凝固制备细晶粒CuNiMnFe合金的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种压力凝固制备细晶粒CuNiMnFe合金的方法，首先将CuNiMnFe合金放置于热压模具中加热至半固态并保温，然后对保温后的CuNiMnFe合金施加压力作用使其在压力条件下凝固，得到。本发明方法通过在CuNiMnFe合金凝固过程中施加一压应力作用，通过强烈搅拌或控制凝固条件等方式抑制树枝晶的生长或破碎所生成的树枝晶，减少固相中排出的低熔点元素的富集，进而缩小成分过冷区域宽度，细化了CuNiMnFe合金原有树枝晶组织，从而得到等轴、均匀、细小的固相。经过压力作用下凝固后的CuNiMnFe合金组织更加均匀，树枝晶组织得到细化，变为细小的等轴晶组织。
Description
技术领域
本发明属于多元铜合金的强韧化领域，具体涉及一种压力下凝固制备细晶粒CuNiMnFe合金的方法。
背景技术
CuNiMnFe合金是一种高强度耐高温腐蚀材料，该合金广泛应用于交通、电力、通讯、工业控制等领域，由于其在物理性能方面表现出不导磁的特性，因而在高强度隔磁材料领域也有广泛应用。目前，国内外主要采用真空感应熔炼的方法制备CuNiMnFe合金，但由于CuNiMnFe合金是一种多组元铜合金，稳定状态下以枝晶方式长大，在凝固过程中容易出现成分偏析和粗大的树枝晶，铸态CuNiMnFe合金硬度值小于120HV。而且，对铸态CuNiMnFe合金进行时效处理后，其次生相分布不均匀，强度与硬度大幅度提高，但合金的塑韧性则急剧下降，这都与合金凝固过程中组织不均匀性有关。
发明内容
本发明的目的是提供一种压力下凝固制备细晶粒CuNiMnFe合金的方法，解决了现有CuNiMnFe合金微观组织偏析严重以及树枝晶粗大的问题。
本发明所采用的技术方案是，一种压力下凝固制备细晶粒CuNiMnFe合金的方法，首先将CuNiMnFe合金放置于热压模具中加热至半固态并保温，然后对保温后的CuNiMnFe合金施加压力作用使其在压力条件下凝固，得到组织较为均匀的CuNiMnFe合金。
本发明的特点还在于，
CuNiMnFe合金加热至半固态：将铸态CuNiMnFe合金放置于热压模具中，整个加热过程在H2气氛保护下完成，加热40～60min，设定加热温度区间为1020～1040℃，保温时间为10min。
半固态CuNiMnFe合金压力条件下凝固具体过程为：对加热至1020～1040℃温度区间保温10min后的半固态CuNiMnFe合金施加压应力，整个压力条件下凝固过程在H2气氛保护下完成，保温过程给热压模具加压0～2MPa，保温30min后随炉冷却至室温，冷却过程在N2气氛保护下完成，得到组织均匀细小的CuNiMnFe合金。
本发明的有益效果是，本发明压力下凝固制备细晶粒CuNiMnFe合金的方法，通过在CuNiMnFe合金凝固过程中施加一压应力作用，通过强烈搅拌或控制凝固条件等方式抑制树枝晶的生长或破碎所生成的树枝晶，减少固相中排出的低熔点元素的富集，进而缩小成分过冷区域宽度，细化了CuNiMnFe合金原有树枝晶组织，从而得到等轴、均匀、细小的固相。经过压力作用下凝固后的CuNiMnFe合金组织更加均匀，合金平均晶粒面积由7747μm2减小至3277μm2，原有树枝晶组织得到细化，变为细小的等轴晶组织，并且压力作用下凝固后的CuNiMnFe合金硬度值可达160HV。
附图说明
图1是无压条件下凝固后的CuNiMnFe合金组织；
图2是实施例2压应力作用下凝固后的CuNiMnFe合金组织；
图3是实施例2压应力作用下凝固后的CuNiMnFe合金晶粒面积测量结果与其它压力条件下的对比图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。
本发明压力下凝固制备细晶粒CuNiMnFe合金的方法，首先将CuNiMnFe合金放置于热压模具中加热至半固态并保温，然后对保温后的CuNiMnFe合金施加压力作用使其在压力条件下凝固，得到组织均匀细小的CuNiMnFe合金。
具体步骤为：
步骤1，CuNiMnFe合金加热至半固态
将铸态CuNiMnFe合金放置于热压模具中，整个加热过程在H2气氛保护下完成，加热40～60min，设定加热温度区间为1020～1040℃，保温时间为10min；
步骤2，半固态CuNiMnFe合金压力条件下凝固
对步骤1处理过的CuNiMnFe合金在1020～1040℃温度区间继续保温并在压应力作用下使合金凝固，整个压力条件下凝固过程在H2气氛保护下完成，保温过程给热压模具加压0.5～2MPa，保温保压30min后随炉冷却至室温，冷却过程在N2气氛保护下完成，得到组织均匀细小的CuNiMnFe合金。
CuNiMnFe合金在压力作用下凝固时，晶粒在生长过程中会受到压应力的剪切作用，引起枝晶臂根部的溶质富集和固液浆料的温度起伏加剧，促使枝晶臂碎断，增加了熔体的晶核数目。同时，由于压力作用会导致合金熔体出现强制对流，减少固相中排出的低熔点元素的富集，进而缩小成分过冷区域宽度，这些因素会使合金组织形貌由原始树粗大树枝晶向均匀细小的等轴晶转变，实现了CuNiMnFe合金组织的细化。
本发明压力下凝固制备细晶粒CuNiMnFe合金的方法，CuNiMnFe合金合金平均晶粒面积由7747μm2减小至3277μm2，合金组织得到细化并且分布均匀，同时铸态合金硬度达到160HV，该方式操作简单，合金组织细化效果显著，为后期CuNiMnFe合金进一步强化处理做了铺垫。
实施例1
压力下凝固制备细晶粒CuNiMnFe合金，将真空感应熔炼后的CuNiMnFe合金加工成尺寸为16mm×16mm×20mm立方体；
将加工后的CuNiMnFe合金放置于SLQ-16B型气氛保护热压烧结炉内的热压模具中，为了防止合金发生氧化，向气氛保护热压烧结炉中通入H2，加热60min，温度到1020℃后保温10min。
对加热至1020℃保温10min后的CuNiMnFe合金施加压应力，整个压力条件下凝固过程在H2气氛保护下完成，保温过程给热压模具加压1.5MPa，保温保压30min后随炉冷却至室温，冷却过程在N2气氛保护下完成，得到组织均匀细小的CuNiMnFe合金。
实施例2
压力下凝固制备细晶粒CuNiMnFe合金，将真空感应熔炼后的CuNiMnFe合金加工成尺寸为16mm×16mm×20mm立方体；
将加工后的CuNiMnFe合金放置于SLQ-16B型气氛保护热压烧结炉内的热压模具中，为了防止合金发生氧化，向气氛保护热压烧结炉中通入H2，加热50min，温度到1030℃后保温10min；
对加热至1030℃保温10min后的CuNiMnFe合金施加压应力，整个压力条件下凝固过程在H2气氛保护下完成，保温过程给热压模具加压2MPa，保温保压30min后随炉冷却至室温，冷却过程在N2气氛保护下完成，得到组织均匀细小的CuNiMnFe合金，合金硬度值可达160HV。
图1是无压凝固后的CuNiMnFe合金组织，呈现树枝晶方式生长。
图2为实施例2压应力作用下凝固后的CuNiMnFe合金组织，该条件下CuNiMnFe合金组织得到细化，由粗大树枝晶转变为均匀细小的等轴晶组织，由于细晶强化作用，CuNiMnFe合金硬度值增加。
图3为实施例2压应力作用下凝固后的CuNiMnFe合金晶粒面积测量结果与其它压力条件下的对比图，从图3中可以看到实施例下晶粒面积明显减少，晶粒得到细化。
实施例3
压力下凝固制备细晶粒CuNiMnFe合金，将真空感应熔炼后的CuNiMnFe合金加工成尺寸为16mm×16mm×20mm立方体；
将加工后的CuNiMnFe合金放置于SLQ-16B型气氛保护热压烧结炉内的热压模具中，为了防止合金发生氧化，向气氛保护热压烧结炉中通入H2，加热40min，温度到1040℃后保温10min；
对加热至1040℃保温10min后的CuNiMnFe合金施加压应力，整个压力条件下凝固过程在H2气氛保护下完成，保温过程给热压模具加压1MPa，保温保压30min后随炉冷却至室温，冷却过程在N2气氛保护下完成，得到组织均匀细小的CuNiMnFe合金，合金硬度值可达150HV。
实施例4
压力下凝固制备细晶粒CuNiMnFe合金，将真空感应熔炼后的CuNiMnFe合金加工成尺寸为16mm×16mm×20mm长方体；
将加工后的CuNiMnFe合金放置于SLQ-16B型气氛保护热压烧结炉内的热压模具中，为了防止合金发生氧化，向气氛保护热压烧结炉中通入H2，加热50min，温度到1030℃后保温10min；
对加热至1030℃保温10min后的CuNiMnFe合金施加压应力，整个压力条件下凝固过程在H2气氛保护下完成，保温过程给热压模具加压1.5MPa，保温保压30min后随炉冷却至室温，冷却过程在N2气氛保护下完成，得到组织均匀细小的CuNiMnFe合金，合金硬度值可达140HV。
实施例5
压力下凝固制备细晶粒CuNiMnFe合金，将真空感应熔炼后的CuNiMnFe合金加工成尺寸为16mm×16mm×20mm长方体；
将加工后的CuNiMnFe合金放置于SLQ-16B型气氛保护热压烧结炉内的热压模具中，为了防止合金发生氧化，向气氛保护热压烧结炉中通入H2，加热40min，温度到1040℃后保温10min；
对加热至1040℃保温10min后的CuNiMnFe合金施加压应力，整个压力条件下凝固过程在H2气氛保护下完成，保温过程给热压模具加压0.5MPa，保温保压30min后随炉冷却至室温，冷却过程在N2气氛保护下完成，得到组织均匀细小的CuNiMnFe合金。
Claims (1)
1.一种压力下凝固制备细晶粒CuNiMnFe合金的方法，其特征在于，首先将CuNiMnFe合金放置于热压模具中加热至半固态并保温，然后对保温后的CuNiMnFe合金施加压力作用使其在压力条件下凝固，得到组织较为均匀的CuNiMnFe合金；
所述CuNiMnFe合金加热至半固态：将铸态CuNiMnFe合金放置于热压模具中，整个加热过程在H2气氛保护下完成，加热40～60min，设定加热温度区间为1020～1040℃，保温时间为10min；
半固态CuNiMnFe合金压力条件下凝固具体过程为：对加热至1020～1040℃温度区间保温10min后的半固态CuNiMnFe合金施加压应力，整个压力条件下凝固过程在H2气氛保护下完成，保温过程给热压模具加压，施加压力大于0，小于等于2MPa，保温30min后随炉冷却至室温，冷却过程在N2气氛保护下完成，得到组织均匀细小的CuNiMnFe合金。
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