本發(fā)明涉及一種高彈性、耐腐蝕、耐磨Cu-Ni-Sn合金的制備方法，屬于銅合金材料加工
技術(shù)領(lǐng)域：
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背景技術(shù)：
：高強(qiáng)度銅合金當(dāng)以鈹青銅應(yīng)用最為廣泛，但鈹銅合金在生產(chǎn)過(guò)程中所散發(fā)的含鈹化合物粉塵、煙霧會(huì)引起人體多種器官急慢性中毒，因此鈹被列入各種工業(yè)毒害中最為嚴(yán)重的污染物，世界各國(guó)都限制定含鈹材料在本國(guó)的生產(chǎn)。上世紀(jì)70年代美國(guó)率先開(kāi)展了鈹青銅代用材料的研究，采用spinodal熱處理工藝開(kāi)發(fā)了3種Cu-Ni-Sn合金材料，并于80年代納入了AMS標(biāo)準(zhǔn)體系。國(guó)內(nèi)在該領(lǐng)域的研究工作已持續(xù)20余年，但到目前為止，很多研究成果尚處于實(shí)驗(yàn)室階段，大規(guī)格棒材產(chǎn)品的研發(fā)仍屬空白；尤其是當(dāng)Cu-Ni-Sn合金成分中Sn含量較高時(shí)，鑄態(tài)組織是存在明顯成分偏析的樹(shù)枝晶，主要表現(xiàn)為液態(tài)合金首先結(jié)晶出Cu、Ni原子富集的樹(shù)枝狀ɑ固溶體，枝晶間為富集著溶質(zhì)原子Sn的固溶體，以及數(shù)量、尺寸不等的(Cu,Ni)3Sn化合物，因而增加了材料塑性成形的難度，易誘發(fā)組織內(nèi)的顯微裂紋、降低產(chǎn)品的疲勞壽命。技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：本發(fā)明的目的是提供一種高彈性、耐腐蝕、耐磨Cu-Ni-Sn合金制備方法，該制備方法能夠消除該系合金微觀和宏觀偏析，改善該系合金的塑性加工性能，提高合金使用壽命，且具有節(jié)約能源、提高生產(chǎn)效率、降低生產(chǎn)成本的優(yōu)勢(shì)。本發(fā)明的目的是通過(guò)下述技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的。一種高彈性、耐腐蝕、耐磨Cu-Ni-Sn合金制備方法，所述制備方法的步驟為：步驟一：準(zhǔn)備制備Cu-Ni-Sn合金的各個(gè)組分的重量百分比為：Ni3~41%，Sn1~26%，微量元素Cr、Mn、Nb、Si、Zr和Ti中的至少一種，且Cr、Mn、Nb、Si、Zr、Ti總量為0.03%~0.3%；余量為Cu；步驟二：上述合金采用真空感應(yīng)熔煉方式或者利用覆蓋保護(hù)的非真空熔煉方式進(jìn)行熔煉，投料是，Cu和Ni同時(shí)加，等Cu和Ni熔融并精煉后再加Sn和其他微量元素；熔清后進(jìn)行澆鑄；步驟三：凝固過(guò)程中施加電磁攪拌至合金液完全凝固，電磁攪拌的攪拌時(shí)間為20s~100s；步驟四：將上述鑄態(tài)合金經(jīng)均勻化退火水冷固溶冷變形時(shí)效處理。本發(fā)明一種高彈性、耐腐蝕、耐磨Cu-Ni-Sn合金制備方法，所述步驟一中：Ni和Sn的重量百分比含量為：Ni14~16%;Sn8.5~10.5%。本發(fā)明一種高彈性、耐腐蝕、耐磨Cu-Ni-Sn合金制備方法，所述步驟二中：控制出爐溫度為1100~1300℃。本發(fā)明一種高彈性、耐腐蝕、耐磨Cu-Ni-Sn合金制備方法，所述步驟四中：，其中均勻化退火工藝：840℃×8h，固溶處理工藝：750~840℃×1h，冷變形量：60%~80%，時(shí)效處理工藝：350~400℃×（0.5~6h）。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是：本發(fā)明能夠解決Cu-Ni-Sn合金鑄態(tài)組織的偏析問(wèn)題，改善該系合金的塑性加工性能，提高合金使用壽命，顯著提高產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)效率，節(jié)約能源，降低生產(chǎn)成本。具體的講，本發(fā)明可細(xì)化晶粒，減小枝晶間距，消除該系合金微觀和宏觀偏析且時(shí)效強(qiáng)化效果優(yōu)異，改善該系合金的塑性加工性能，提高合金使用壽命，且凝固過(guò)中施加電磁攪拌，所得鑄態(tài)組織中的偏析程度小、易消除，因此具有節(jié)約能源、提高生產(chǎn)效率、降低生產(chǎn)成本的優(yōu)勢(shì)。附圖說(shuō)明：圖1為凝固過(guò)程中不同功率電磁攪拌后的Cu-Ni-Sn的合金顯微組織；其中：(a)0KW;(b)1KW;(c)2.5KW;(d)4KW圖2不同冷變形條件下的時(shí)效硬度曲線。具體實(shí)施方式本發(fā)明涉及的一種高彈性、耐腐蝕、耐磨Cu-Ni-Sn合金制備方法，所述制備方法的步驟為：步驟一：準(zhǔn)備制備Cu-Ni-Sn合金的各個(gè)組分的重量百分比為：Ni3~41%，Sn1~26%，微量元素Cr、Mn、Nb、Si、Zr和Ti中的至少一種，且Cr、Mn、Nb、Si、Zr、Ti總量為0.03%~0.3%；余量為Cu；上述Ni、Sn選擇需保證Cu-Ni-Sn合金能發(fā)生調(diào)幅分解；優(yōu)選的，該步驟一中：Ni和Sn的重量百分比含量為：Ni14~16%;Sn8.5~10.5%步驟二：上述合金采用真空感應(yīng)熔煉方式或者利用覆蓋保護(hù)的非真空熔煉方式進(jìn)行熔煉，投料是，Cu和Ni同時(shí)加，等Cu和Ni熔融并精煉后再加Sn和其他微量元素；熔清后進(jìn)行澆鑄；控制出爐溫度為1100~1300℃，步驟三：凝固過(guò)程中施加電磁攪拌至合金液完全凝固，電磁攪拌的攪拌時(shí)間為20s~100s；凝固過(guò)程中施加電磁攪拌一方面能夠細(xì)化晶粒，減小枝晶間距，減小溶質(zhì)擴(kuò)散距離，另一方面使枝晶凝固前沿的液態(tài)金屬溫度梯度分布更為平緩，既降低一次枝晶沿軸距生長(zhǎng)的速度，也相應(yīng)的減少了二次枝晶及更高次枝晶相互之間對(duì)液態(tài)金屬的封鎖區(qū)域，進(jìn)一步緩和枝晶間的溶質(zhì)濃度，減緩合金枝晶偏析的嚴(yán)重程度，抑制甚至消除偏析的產(chǎn)生，并為后續(xù)處理提供有利條件。步驟四：將上述鑄態(tài)合金經(jīng)均勻化退火水冷固溶冷變形時(shí)效處理，其中均勻化退火工藝：840℃×8h，固溶處理工藝：750~840℃×1h，冷變形量：60%~80%，時(shí)效處理工藝：350~400℃×（0.5~6h）。具體的講，步驟一種合金中添加微量元素Cr、Mn、Nb、Si、Zr和Ti時(shí)的重量百分比為：Cr0.03%~0.3%，Mn0.03%~0.3%，Nb0.03%~0.3%，Si0.03%~0.3%，Zr0.03%~0.3%，Ti0.03%~0.3%。且所添加微量元素的作用為：Cr：延緩調(diào)幅分解過(guò)程，提高合金強(qiáng)度，改善淬火時(shí)效樣品的塑性。Mn：延緩或加速合金時(shí)效和形變時(shí)效過(guò)程，提高最佳時(shí)效溫度，增強(qiáng)硬化效果和在酸中的耐蝕性。Nb：促進(jìn)白銅合金的Spinodal分解，加速其Spinodal分解的強(qiáng)化，但同時(shí)也促進(jìn)晶界析出相的長(zhǎng)大。亦能細(xì)化白銅合金的晶粒，改善其強(qiáng)度和塑性。Si：固溶之余的Si主要與Ni結(jié)合形成Ni2Si和Ni3Si相。由于Ni3Si相難溶于基體，在晶界上析出，占據(jù)不連續(xù)沉淀物的形核位置，從而起到抑制不連續(xù)沉淀物的行核、長(zhǎng)大和不連續(xù)沉淀物前沿界面移動(dòng)的作用。而Ni2Si相則相反，經(jīng)固溶處理后，有大部分Ni2Si相固溶于基體形成過(guò)飽和的固溶體。時(shí)效過(guò)程中，析出的Ni2Si相起到與Ni3Si相相同的作用。Zr：有效地推遲合金晶界上的連續(xù)沉淀過(guò)程，因此能有效地促進(jìn)白銅合金的調(diào)幅分解過(guò)程，并有效地改善該合金的強(qiáng)度和延性。Ti：可細(xì)化合金的晶粒并提高合金的強(qiáng)度和塑性性能。Ti含量超過(guò)0.3％時(shí)，Ti能與基體中的Ni結(jié)合生成新的第二相Ni3Ti，從而有效地抑制合金中的γ第二相的析出，推遲硬度到達(dá)峰值的時(shí)效時(shí)間，同時(shí)，也使胞狀組織的生長(zhǎng)得到抑制。下面，結(jié)合具體實(shí)施例進(jìn)行分析；真空冶煉試驗(yàn)用Cu-Ni-Sn合金，其化學(xué)成分如表1所示。合金熔清后澆鑄，在凝固過(guò)程中施加不同強(qiáng)度的電磁攪拌至完全凝固，隨后對(duì)鑄態(tài)合金進(jìn)行相同處理，即均勻化退火水冷固溶冷變形時(shí)效處理，其中均勻化退火工藝：840℃×8h，固溶處理工藝：800℃×1h，冷變形量：70%，時(shí)效處理工藝：400℃×（2.5h）。電磁攪拌參數(shù)：比較例1、發(fā)明例1、發(fā)明例2以及發(fā)明例3的攪拌功率分別為0KW，1KW，2.5KW和4KW。不同電磁攪拌功率條件下的顯微組織、均勻化退火固溶處理后的硬度以及不同冷變形條件下的時(shí)效硬度如圖1、表2和圖2所示。表1為各試驗(yàn)用鋼的化學(xué)成分（wt%）CuNiSn其他發(fā)明例174.715.68.71發(fā)明例274.615.68.81發(fā)明例374.815.78.51比較例174.815.68.61表2為均勻化退火固溶處理后的硬度電攪功率0KW1KW2.5KW4KW維氏硬度106.498.6296.5491.41由發(fā)明例1~3結(jié)果可知：凝固過(guò)程中施加電磁攪拌能夠細(xì)化晶粒，減小枝晶間距，抑制偏析的產(chǎn)生；相同均勻化退火及固溶處理?xiàng)l件下，隨電磁攪拌功率升高，硬度逐漸降低，凝固過(guò)程中施加電磁攪拌作用，會(huì)使枝晶凝固前沿的液態(tài)金屬溫度、溶質(zhì)濃度分布均勻，減輕枝晶偏析，在經(jīng)歷相同均勻化退火熱處理?xiàng)l件下，所得組織更加均勻，硬度相對(duì)較低，而且時(shí)效處理后，發(fā)明例硬度強(qiáng)化峰出現(xiàn)較遲，且峰值相對(duì)較高，時(shí)效效果優(yōu)異。當(dāng)前第1頁(yè)1 2 3