鎳銅鈮合金材料及其在高強度細長軸上的應(yīng)用的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種鎳銅鈮合金材料及其在高強度細長軸中的應(yīng)用，所述的一種鎳銅鈮合金材料按質(zhì)量百分比核算，其配方組成為：Ni：65%-70%，Cu：25%-33%，Nb：1.0%-2.0%，F(xiàn)e：0.5%-1.5%，Mn：0.5%-1.5%，Si：0%-1.5%，Ti：0.3%-1.0%，C：0%-0.25%。按照蒙乃爾合金鑄錠工藝，開爐注錠；再把鑄錠按照高強度細長軸拉伸工藝制作出各種高強度細長軸，包括潛油電泵泵軸、分離器軸、保護器軸。與傳統(tǒng)的利用高強度蒙乃爾合金材料K500制作高強度細長軸相比，應(yīng)用這種鎳銅鈮合金材料制作的各種高強度細長軸對應(yīng)的各項機械強度更好，且拉伸成品率與K500基本持平。
【專利說明】鎳銅鈮合金材料及其在高強度細長軸上的應(yīng)用【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及有色金屬材料成分的設(shè)計，尤其涉及一種鎳銅鈮合金材料的成分設(shè)計，本發(fā)明同時涉及該材料在潛油電泵軸上的應(yīng)用，進而延伸至所有具有高強度要求的細長軸上的應(yīng)用。
【背景技術(shù)】
[0002]鎳銅合金國際上又稱Monel (蒙乃爾合金)，中國目前還沒有制定鎳銅合金的標(biāo)準(zhǔn)，均采用國外標(biāo)準(zhǔn)。
[0003]蒙乃爾合金按其牌號和性能，可分為兩大類，一類是普通型，以MoneWOO為代表，另一類是高強度蒙乃爾合金，以K500為典型；其中K500是在Monel400的基礎(chǔ)上發(fā)展而來的，其抗拉強度較Monel400大幅度提升，關(guān)鍵在于其成分的改變調(diào)整，增加了 2.5%左右的鋁，鋁是固溶強化合金性能的主要元素之一，元素鋁的加入，對蒙乃爾合金的強度起到顯著的提升作用，因此傳統(tǒng)潛油電泵軸的制作材料以K500為主。
[0004]隨著全球深井鉆油行業(yè)的發(fā)展，潛油電泵關(guān)鍵部件中軸的消耗也大幅增加，特別是隨著石油鉆采環(huán)境和條件的日益惡化，潛油電泵工作過程中各種軸的使用壽命變得越來越短。在K500中，鋁元素的加入，除了對強度起到提升作用外，對產(chǎn)品的延伸率卻是降低的，當(dāng)鋁元素加入過量，雖然材料強度進一步提高，但是材料的拉伸成型性能大幅下降，拉伸報廢率高，不能滿足正常的生產(chǎn)需要。因此開發(fā)一種強度更高、且具有一定延伸率、便于軸拉伸成型的合金材料成為潛油電泵軸用材料發(fā)展的迫切要求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]針對現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，本發(fā)明提供了一種鎳銅鈮合金材料并將其應(yīng)用于拉伸成型高強度細長軸，這種材料具有機械強度高且便于拉伸成型，用于潛油電泵軸的制作，各項性能符合潛油電泵各類軸的要求，也可應(yīng)用于其他各類高強度的細長軸中。
[0006]為了實現(xiàn)以上目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案。
[0007]在普通型蒙乃爾合金材料成分的基礎(chǔ)上，加入具有固溶強化合金效果的鈮，根據(jù)材料成分對材料性能的影響，設(shè)計出多個材料成分配比，分別按照蒙乃爾合金鑄錠工藝生產(chǎn)出鑄錠，再利用鑄錠進行潛油電泵軸的拉伸制作，通過對最終成型軸的綜合機械力學(xué)性能和拉伸成品率的測試比較，篩選出具有高強度且拉伸成品率高的材料配方。
[0008]經(jīng)過測試篩選，本發(fā)明確定的優(yōu)選配方，按照質(zhì)量百分比核算，N1:63%_70%，Cu:25%-33%，Nb:1.0-2.0%, Fe:0.5%-1.5%, Ti:0.3%-1.0%, Mn:0.5 %_1.5%, Si:0%-l.5%, C:0%-0.25%。
[0009]利用本發(fā)明提高的優(yōu)選配方，按照蒙乃爾合金鑄錠工藝在真空條件下熔煉和澆注成錠，并對鑄錠進行拉伸成型，制作出潛油電泵的泵軸等高強度細長軸。
[0010]采用本技術(shù)方案后產(chǎn)生以下有益的效果:利用所述的一種鎳銅鈮合金材料配方，按照蒙乃爾合金鑄錠工藝，開爐注錠，由于鈮的加入，形成了一種特殊的金相結(jié)構(gòu)，材料強度、硬度提高的同時，延伸率變化不大，進行各種細長軸拉伸成型加工，最終形成的細長軸具有機械強度優(yōu)良且拉伸成型率高的特點，對應(yīng)細長軸的抗拉強度≥ 1200MPa，屈服強度≥900MPa,延伸率≥18%，硬度276-360HB，與傳統(tǒng)用于細長軸拉伸的K500相比，其各項綜合機械力學(xué)性能更優(yōu)，而二者的拉伸成型率基本持平，表明所述的一種鎳銅鈮合金材料應(yīng)用在高強度細長軸上，各項機械力學(xué)性能較傳統(tǒng)材料K500要好，且拉伸成型率高，能夠更好的滿足生產(chǎn)和市場的需要。
【具體實施方式】
[0011]本發(fā)明實施例提供了一種鎳銅鈮合金材料及其在高強度細長軸上的應(yīng)用的三個實施方案，分述如下。
[0012]方案一:一種鎳銅鈮合金材料及其在潛油電泵泵軸中的應(yīng)用。
[0013]本發(fā)明實施方案一中，在普通型蒙乃爾合金材料成分的基礎(chǔ)上，加入具有固溶強化合金效果的鈮，確定材料配方為=N1:63%-70%，Cu:25%-33%，Nb:1.0-2.0%，F(xiàn)e:
0.5%-1.5%, T1:0.3%-1.0%，Mn:0.5 %-l.5%, Si:0%-l.5%, C:0%-0.25%。按照蒙乃爾合金鑄錠工藝，開爐注錠；再將鑄錠通過鍛、軋、拉、時效等工序制作成潛油電泵泵軸，泵軸拉伸成品率為92%，泵軸的抗拉強度、屈服強度、延伸率、硬度等各項綜合機械性能和利用K500生產(chǎn)的泵軸對比如表一，
表一:
【權(quán)利要求】
1.一種鎳銅鈮合金材料，其特征在于，按質(zhì)量百分比核算，其配方組成為:Ni:65%-70%，Cu:25%-33%, Nb:1.0%-2.0%, Fe:0.5%-1.5%, Mn:0.5 %_1.5%, Si:0%-1.5%, Ti:0.3%-1.0%, C:0%-0.25%。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的一種鎳銅鈮合金材料，按照蒙乃爾合金鑄錠工藝在真空條件下熔煉和澆注成錠。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的一種鎳銅鈮合金材料，可以廣泛應(yīng)用于各種高強度細長軸，包括潛油電泵泵軸、保護器軸 、分離器軸和其他高強度細長軸。
【文檔編號】C22C19/03GK103526076SQ201310469470
【公開日】2014年1月22日 申請日期:2013年10月10日 優(yōu)先權(quán)日:2013年10月10日
【發(fā)明者】宋其通, 王為學(xué), 宋相宇 申請人:浙江振興石化機械有限公司