專利名稱：高強(qiáng)度鎳鉻硅銅合金材料及其加工工藝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種銅合金材料及其加工工藝，更具體地說(shuō)，是涉及高強(qiáng)度鎳鉻硅銅 合金材料及其加工工藝。
背景技術(shù)：
目前，我國(guó)各大型發(fā)電機(jī)制造廠家為了提高汽輪發(fā)電機(jī)的不平衡運(yùn)行能力和保證 由于發(fā)電機(jī)負(fù)序電流造成溫度升高后機(jī)組的安全可靠性，對(duì)所選用的轉(zhuǎn)子槽楔材料要求必 須有較高的導(dǎo)電性和具備很高的常溫和高溫機(jī)械性能。多年來(lái)，國(guó)內(nèi)一些大型汽輪發(fā)電機(jī)組制造廠家對(duì)300MW以上發(fā)電機(jī)組所選用的汽 輪發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子槽楔材料多數(shù)采用美國(guó)西屋發(fā)電公司技術(shù)條件所提出的合金材料，即鈹鈷鋯 銅合金材料，其化學(xué)成分為=Pe 0. 45 0. 75%,Co :2. 5 2. 7%、Zr :0. 2 0. 3%、雜質(zhì)總 量<0.3%、Cu余量。該種材料經(jīng)固溶強(qiáng)化處理后，其各項(xiàng)性能指標(biāo)優(yōu)良。然而，這種合金 存在以下的不足鈹毒性較大，每一立方米的空氣中只要有一毫克鈹?shù)姆蹓m，就會(huì)使人染上 急性肺炎_鈹肺病；鈹、鈷金屬的價(jià)格昂貴，使鈹鈷鋯銅合金材料成本較高。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明就是針對(duì)上述問(wèn)題，提供了一種毒性小、成本低的高強(qiáng)度鎳鉻硅銅合金材 料及其加工工藝。為了實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案，本發(fā)明的組成的質(zhì)量配 比為:Ni 2. 2. 9%, Cr 0. 4%~ 0. 7%, Si 0. 3%~ 0. 7%、雜質(zhì)總量彡 0. 3%, Cu 余量。本發(fā)明的加工工藝為1、熔鑄采用工頻電爐熔煉半連續(xù)鑄造的方法進(jìn)行，熔鑄時(shí)Cu、Ni可直接裝爐加入，Cr以 鉻粉形式預(yù)先裝入紫銅管中，將銅管兩端封閉，然后以料包的形式加入，Si待出爐澆鑄前加 入；熔鑄IOOkg鎳鉻硅銅合金材料時(shí)，加入94. 35kg 95. 2kg的銅和2. Ikg 2. 9kg 的鎳直接裝爐，熔鑄溫度達(dá)到1290 1310°C時(shí)加入含鉻0. 4kg 0. 7kg的紫銅管料包，紫 銅管的質(zhì)量為1. 5kg，熔鑄溫度達(dá)到1330 1350°C時(shí)加入質(zhì)量為0. 3kg 0. 7kg的Si，然 后在爐口液面加入硼砂進(jìn)行覆蓋，防止氧化造渣，覆蓋厚度為30 40mm，待熔鑄溫度達(dá)到 1350 1370°C時(shí)出爐澆鑄坯料，熔鑄坯料的規(guī)格可根據(jù)要求配備不同規(guī)格結(jié)晶器實(shí)現(xiàn)；2、壓力加工熔鑄后的坯料經(jīng)表面打磨或脫皮去除表面缺陷后，進(jìn)行壓力加工開坯，壓力加工 開坯可采用加熱鍛造、加熱擠壓或熱軋的方法，加熱溫度為920 960°C，終了溫度不低于 800 0C ；3、高溫固溶淬火熱處理
采用電阻加熱爐進(jìn)行高溫固溶淬火熱處理，將料裝爐升溫至950 970°C，并在該 溫度下保溫50 70分鐘，待料溫均勻后出爐，水淬速冷，水溫控制在30°C以下；4、冷壓力加工可采用冷鍛造、冷拉拔或冷軋的方法進(jìn)行加工，冷變形率控制在50% 60. 9% ；5、時(shí)效熱處理采用電阻加熱爐進(jìn)行時(shí)效熱處理，將料裝爐升溫至450 470°C，并在該溫度下保 溫5 6小時(shí)，然后隨爐冷卻，當(dāng)料溫降至150°C以下時(shí)出爐；6、機(jī)械加工。本發(fā)明的有益效果含鎳、鉻、硅元素的銅合金材料具有機(jī)械性能高、耐蝕、耐磨、可熱、冷壓力加工，無(wú) 磁性，沖擊時(shí)不易產(chǎn)生火花的優(yōu)點(diǎn)。本發(fā)明以造價(jià)低、毒性小的鎳、鉻、硅作為高強(qiáng)度鎳鉻硅銅合金材料的元素組成， 既實(shí)現(xiàn)了環(huán)保，又節(jié)約了成本，而且實(shí)驗(yàn)證明，高強(qiáng)度鎳鉻硅銅合金材料與鈹鈷鋯銅合金材 料的性能參數(shù)相接近。本發(fā)明對(duì)幾種銅合金材料的性能進(jìn)行了比較，見表1。表1不同銅合金材料的性能比較
權(quán)利要求
1.高強(qiáng)度鎳鉻硅銅合金材料，其特征在于本發(fā)明的組成的質(zhì)量配比為Ni:2. 2. 9%, Cr 0. 4% 0. 7%, Si 0. 3% 0. 7%、雜質(zhì)總量彡 0. 3%、Cu 余量。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高強(qiáng)度鎳鉻硅銅合金材料，其特征在于本發(fā)明的組成的質(zhì)量 配比為=Ni 2. 9%, Cr 0. 55%, Si :0. 7%、雜質(zhì)總量彡 0.3%、Cu 余量。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高強(qiáng)度鎳鉻硅銅合金材料，其特征在于本發(fā)明的組成的質(zhì)量 配比為:Ni 2. 5%, Cr :0. 5%, Si :0· 5%、雜質(zhì)總量彡 0. 3%、Cu 余量。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高強(qiáng)度鎳鉻硅銅合金材料，其特征在于本發(fā)明的組成的質(zhì)量 配比為:Ni 2. l%,Cr :0. 7%, Si :0· 3%、雜質(zhì)總量彡 0. 3%、Cu 余量。
5.高強(qiáng)度鎳鉻硅銅合金材料的加工工藝，其特征在于，本發(fā)明的加工工藝為(1)熔鑄采用工頻電爐熔煉半連續(xù)鑄造的方法進(jìn)行，熔鑄時(shí)Cu、Ni可直接裝爐加入，Cr以鉻粉 形式預(yù)先裝入紫銅管中，將紫銅管兩端封閉，然后以料包的形式加入，Si待出爐澆鑄前加 入；熔鑄IOOkg鎳鉻硅銅合金材料時(shí)，加入94. 35kg 95. 2kg的銅和2. Ikg 2. 9kg的鎳 直接裝爐，熔鑄溫度達(dá)到1290 1310°C時(shí)加入含鉻0. 4kg 0. 7kg的紫銅管料包，紫銅管 的質(zhì)量為1. 5kg，熔鑄溫度達(dá)到1330 1350°C時(shí)加入質(zhì)量為0. 3kg 0. 7kg的Si，然后在 爐口液面加入硼砂進(jìn)行覆蓋，覆蓋厚度為30 40mm，待熔鑄溫度達(dá)到1350 1370°C時(shí)出 爐澆鑄坯料；(2)壓力加工熔鑄后的坯料經(jīng)表面打磨或脫皮去除表面缺陷后，進(jìn)行壓力加工開坯，壓力加工開 坯可采用加熱鍛造、加熱擠壓或熱軋的方法，加熱溫度為920 960°C，終了溫度不低于 800 0C ；(3)高溫固溶淬火熱處理采用電阻加熱爐進(jìn)行高溫固溶淬火熱處理，將料裝爐升溫至950 970°C，并在該溫度 下保溫50 70分鐘，待料溫均勻后出爐，水淬速冷，水溫控制在30°C以下；(4)冷壓力加工可采用冷鍛造、冷拉拔或冷軋的方法進(jìn)行加工，冷變形率控制在50% 60. 9% ；(5)時(shí)效熱處理采用電阻加熱爐進(jìn)行時(shí)效熱處理，將料裝爐升溫至450 470°C，并在該溫度下保溫 5 6小時(shí)，然后隨爐冷卻，當(dāng)料溫降至150°C以下時(shí)出爐；(6)機(jī)械加工。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的高強(qiáng)度鎳鉻硅銅合金材料的加工工藝，其特征在于，本發(fā)明 的加工工藝為(1)熔鑄采用工頻電爐熔煉半連續(xù)鑄造的方法進(jìn)行，熔鑄時(shí)Cu、Ni可直接裝爐加入，Cr以鉻粉 形式預(yù)先裝入紫銅管中，將紫銅管兩端封閉，然后以料包的形式加入，Si待出爐澆鑄前加 入；熔鑄IOOkg鎳鉻硅銅合金材料時(shí)，加入95. 2kg的銅和2. Ikg的鎳直接裝爐，熔鑄溫度 達(dá)到1290 1310°C時(shí)加入含鉻0. 7kg的紫銅管料包，紫銅管的質(zhì)量為1. 5kg，熔鑄溫度達(dá)到1330 1350°C時(shí)加入0. 5kg的Si，然后在爐口液面加入硼砂進(jìn)行覆蓋，覆蓋厚度為30 40mm，待熔鑄溫度達(dá)到1350 1370°C時(shí)出爐澆鑄坯料，熔鑄坯料的規(guī)格可根據(jù)要求配備不 同規(guī)格結(jié)晶器實(shí)現(xiàn)，熔鑄坯料的規(guī)格為# 180*L;(2)鍛造加工首先將坯料經(jīng)表面打磨或脫皮去除表面缺陷后鋸切鍛造坯料，采用電阻加熱爐加熱， 當(dāng)料溫升溫至920 960°C時(shí)出爐鍛造，坯料鍛造的終了溫度應(yīng)不低于800°C，熱鍛造坯料 尺寸為60*90*L ；(3)高溫固溶淬火熱處理采用電阻加熱爐進(jìn)行高溫固溶淬火熱處理，將料裝爐升溫至950 970°C，并在該溫度 下保溫70分鐘，待料溫均勻后出爐，水淬速冷，水溫控制在30°C以下；(4)冷鍛造加工在常溫下進(jìn)行鍛造，鍛造尺寸為45*60*L，冷變率控制在50% ；(5)時(shí)效熱處理采用電阻加熱爐進(jìn)行時(shí)效熱處理，將料裝爐升溫至450 470°C，并在該溫度下保溫6 小時(shí)，然后隨爐冷卻，當(dāng)料溫降至150°C以下時(shí)出爐；(6)機(jī)械加工鍛造棒材表面利用銑床機(jī)加工。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的高強(qiáng)度鎳鉻硅銅合金材料的加工工藝，其特征在于，本發(fā)明 的加工工藝為(1)熔鑄采用工頻電爐熔煉半連續(xù)鑄造的方法進(jìn)行，熔鑄時(shí)Cu、Ni可直接裝爐加入，Cr以鉻粉 形式預(yù)先裝入紫銅管中，將紫銅管兩端封閉，然后以料包的形式加入，Si待出爐澆鑄前加 入；熔鑄IOOkg鎳鉻硅銅合金材料時(shí)，將94. 35kg電解銅和2. 9kg的鎳直接裝爐，熔鑄溫 度達(dá)到1290 1310°C時(shí)加入含鉻0. 55kg的紫銅管料包，紫銅管的質(zhì)量為1. 5kg，熔鑄溫度 達(dá)到1330 1350°C時(shí)加入0. 7kg的Si，然后在爐口液面加入硼砂覆蓋，覆蓋厚度為30 40mm，待熔鑄溫度達(dá)到1350 1370°C時(shí)出爐澆鑄坯料，熔鑄坯料的規(guī)格可根據(jù)要求配備不 同規(guī)格結(jié)晶器實(shí)現(xiàn)，熔鑄坯料的規(guī)格為# 145禮；(2)擠壓加工首先將坯料經(jīng)表面打磨或脫皮去除表面缺陷后鋸切擠壓坯料，采用電阻加熱爐加熱， 當(dāng)料溫升溫至920 960°C時(shí)出爐擠壓，擠壓設(shè)備為1500噸水封擠壓機(jī)，擠壓的終了溫度應(yīng) 不低于800°C，擠壓尺寸為Φ32* ;(3)高溫固溶淬火熱處理采用電阻加熱爐進(jìn)行高溫固溶淬火熱處理，將料裝爐升溫至950 970°C，并在該溫度 下保溫60分鐘，待料溫均勻后出爐，水淬速冷，水溫控制在30°C以下；(4)冷拉拔加工在常溫下進(jìn)行拉拔，設(shè)備為20噸直線拉伸機(jī)，先將坯料由Φ32* 冷拉拔至Φ27^，接 著將Φ27* 冷拉拔至Φ24* ，然后將Φ24* 冷拉拔至Φ22* ，最后將Φ22* 冷拉拔至 Φ20* ，冷變形率控制在60. 9% ；(5)時(shí)效熱處理采用電阻加熱爐進(jìn)行時(shí)效熱處理，將料裝爐升溫至450 470°C，并在該溫度下保溫 5. 5小時(shí)，然后隨爐冷卻，當(dāng)料溫降至150°C以下時(shí)出爐；(6)機(jī)械加工拉制棒材利用矯直機(jī)矯直。
8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的高強(qiáng)度鎳鉻硅銅合金材料的加工工藝，其特征在于，本發(fā)明 的加工工藝為(1)熔鑄采用工頻電爐熔煉半連續(xù)鑄造的方法進(jìn)行，熔鑄時(shí)Cu、Ni可直接裝爐加入，Cr以鉻粉 形式預(yù)先裝入紫銅管中，將紫銅管兩端封閉，然后以料包的形式加入，Si待出爐澆鑄前加 入；熔鑄IOOkg鎳鉻硅銅合金材料時(shí)，將95kg電解銅和2. 5kg的鎳直接裝爐，熔鑄溫度達(dá) 到1290 1310°C時(shí)加入含鉻0. 5kg的紫銅管料包，紫銅管的質(zhì)量為1. 5kg，熔鑄溫度達(dá)到 1330 1350°C時(shí)加入0. 5kg的Si，然后在爐口液面加入硼砂覆蓋，覆蓋厚度為30 40mm， 待熔鑄溫度達(dá)到1350 1370°C時(shí)出爐澆鑄坯料，熔鑄坯料的規(guī)格可根據(jù)要求配備不同規(guī) 格結(jié)晶器實(shí)現(xiàn)，熔鑄坯料的規(guī)格為60*300*L ；(2)熱軋加工首先將坯料經(jīng)表面打磨或脫皮去除表面缺陷后鋸切軋制坯料，采用電阻加熱爐加熱， 當(dāng)料溫升溫至920 960°C時(shí)出爐擠壓，軋制設(shè)備為Φ550軋機(jī)，軋制的終了溫度應(yīng)不低于 800°C，通過(guò)熱軋制將尺寸為60*300*L的坯料熱軋至22*300*L ；(3)高溫固溶淬火熱處理采用電阻加熱爐進(jìn)行高溫固溶淬火熱處理，將料裝爐升溫至950 970°C，并在該溫度 下保溫50分鐘，待料溫均勻后出爐，水淬速冷，水溫控制在30°C以下；(4)冷軋加工在常溫下進(jìn)行冷軋加工，軋制設(shè)備為Φ550軋機(jī)，先將坯料由22*300*L冷軋至 18*300禮，接著將18*300禮冷軋至15*300禮，然后將15*300禮冷軋至13*300禮，然后將 13*300禮冷軋至11*300*L，最后將11*300*L冷軋至10*300*L，冷變形率控制在54. 6% ；(5)時(shí)效熱處理采用電阻加熱爐進(jìn)行時(shí)效熱處理，將料裝爐升溫至450 470°C，并在該溫度下保溫5 小時(shí)，然后隨爐冷卻，當(dāng)料溫降至150°C以下時(shí)出爐；(6)機(jī)械加工利用矯平機(jī)矯平板面。
全文摘要
高強(qiáng)度鎳鉻硅銅合金材料及其加工工藝涉及一種銅合金材料及其加工工藝，更具體地說(shuō)，是涉及高強(qiáng)度鎳鉻硅銅合金材料及其加工工藝。本發(fā)明提供了一種毒性小、成本低的高強(qiáng)度鎳鉻硅銅合金材料及其加工工藝。本發(fā)明的組成的質(zhì)量配比為Ni2.1％～2.9％、Cr0.4％～0.7％、Si0.3％～0.7％、雜質(zhì)總量≤0.3％、Cu余量。本發(fā)明的加工工藝為熔鑄、壓力加工、高溫固溶淬火熱處理、冷壓力加工、時(shí)效熱處理、機(jī)械加工。
文檔編號(hào)B22D21/02GK102108459SQ20091024865
公開日2011年6月29日 申請(qǐng)日期2009年12月23日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月23日
發(fā)明者李廷元, 楊素娟, 王嗣杰, 白繼明 申請(qǐng)人:沈陽(yáng)興工銅業(yè)有限公司