一種護(hù)環(huán)用高強(qiáng)高韌Cu?Al?Fe?Ni?RE材料及其制備方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明涉及一種護(hù)環(huán)用高強(qiáng)高韌Cu?Al?Fe?Ni?RE材料及其制備方法。合金成分（wt%）為：Al：5?10，F(xiàn)e：3?6，Ni：2?5，RE：0.01?0.5，余量為Cu或?yàn)镃u和不可避免的雜質(zhì)元素。本發(fā)明通過(guò)在多元微合金化和稀土改性手段設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)新型Cu?Al?Fe?Ni?RE合金，制得的合金具有高的強(qiáng)度韌性和導(dǎo)熱性能；本發(fā)明采用真空熔煉、加壓凝固制備鑄錠，有效改善鑄態(tài)缺陷，提高鑄錠致密度。
【專(zhuān)利說(shuō)明】
_種護(hù)環(huán)用局強(qiáng)局鋇Gu-A 1-Fe-N 1-RE材料及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001 ] 本發(fā)明涉及一種稀土含量0.01%?0.5%的護(hù)環(huán)用高強(qiáng)高韌Cu-Al-Fe-N1-RE合金及其制備工藝，屬于材料制備技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]護(hù)環(huán)是電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子上的重要部件之一，其熱套于端環(huán)上，受緊配合力、本身及繞組端部的離心力、彎曲應(yīng)力等作用，疊加應(yīng)力很高。為降低轉(zhuǎn)子溫升，減少轉(zhuǎn)子端部斷裂，要求護(hù)環(huán)材料具有高的強(qiáng)度、韌性和良好的導(dǎo)熱性及抗應(yīng)力腐蝕。同時(shí)，為減少漏磁和渦流損耗，要求護(hù)環(huán)材料必須無(wú)磁性。目前，Cu-Al-Fe-Ni鋁青銅作為一種優(yōu)良的高強(qiáng)高韌合金被大量應(yīng)用于護(hù)環(huán)的生產(chǎn)。傳統(tǒng)的Cu-Al-Fe-Ni合金生產(chǎn)采用普通中頻無(wú)芯感應(yīng)電爐熔煉+連續(xù)鑄造或者半連續(xù)鑄造，由于合金中鎳和鋁的含量較高，這兩種元素在熔煉過(guò)程中易氧化形成高熔點(diǎn)的懸浮渣;Cu-Al-Fe-Ni合金中合金元素含量高且為復(fù)相合金，澆鑄過(guò)程中由于非平衡凝固造成結(jié)晶時(shí)不可避免地會(huì)出現(xiàn)各種非平衡組織，性能不均勻、塑性差、變形抗力大等情況可能導(dǎo)致熱鍛時(shí)產(chǎn)生開(kāi)裂現(xiàn)象;此外，傳統(tǒng)鑄造方式生產(chǎn)的合金組織致密度低，且易產(chǎn)生鑄態(tài)缺陷等問(wèn)題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明針對(duì)上述缺陷，目的在于提供一種具有高的強(qiáng)度韌性和導(dǎo)熱性能的一種護(hù)環(huán)用高強(qiáng)高韌Cu-Al-Fe-N1-RE材料及其制備方法。
[0004]為此本發(fā)明采用的技術(shù)方案是:本發(fā)明提供一種護(hù)環(huán)用高強(qiáng)高韌Cu-Al-Fe-N1-RE合金及其制備方法，通過(guò)向Cu-Al-Fe-Ni合金中添加微量稀土元素，并采用真空恪煉+加壓凝固技術(shù)等工藝，以制備出組織致密、性能優(yōu)異、能滿(mǎn)足產(chǎn)品性能要求和服役條件的高強(qiáng)高韌Cu-Al-Fe-N1-RE合金。具體工藝參數(shù)如下:
1.高強(qiáng)高韌Cu-Al-Fe-N1-RE合金成分(wt%)為:Al 5-10 ,Fe 3-6,Ni 2-5,RE 0.01-0.5，其它雜質(zhì)元素總和<0.28，余量為Cu。
[0005]2.按上述組分進(jìn)行原材料準(zhǔn)備，后續(xù)的制備工藝主要步驟包括:
(I)配料:根據(jù)Cu-Al-Fe-N1-RE合金各組分要求配料。原材料選用99.5%電解銅、99.99%純鎳板、99.9%純鋁板、99.9%純鐵板，稀土元素以中間合金形式加入。熔煉前對(duì)原材料進(jìn)行表面烘干、除油除銹等預(yù)處理。
[0006](2)真空熔煉+加壓凝固:熔煉過(guò)程在真空感應(yīng)熔煉爐中進(jìn)行，將原材料按照Cu、Fe、N1、Al和稀土中間合金的順序加入，其中，在加入稀土元素前，對(duì)熔液要進(jìn)行充分的脫氧、除氣、除渣等預(yù)處理，紅外測(cè)溫儀測(cè)溫，熔煉溫度為1200?1300 °C，真空度保持在10一2MPa以下；熔煉過(guò)程完成后，在真空室內(nèi)進(jìn)行澆注，澆注的同時(shí)進(jìn)行氣體加壓，壓力保持在
0.5-1.0 MPa，澆注完成后脫模。
[0007](3)熱處理:對(duì)步驟(2)得到的鑄錠進(jìn)行均勻化退火，均勻化處理工藝為在800-900°C下保溫6-8 h;對(duì)均勻化退火之后的鑄錠進(jìn)行固溶和時(shí)效熱處理，固溶溫度為880-900°C，保溫1-3 h，快速水冷;時(shí)效溫度為480-600 °C，保溫1-4 h，空冷，對(duì)熱處理后合金性能測(cè)試。
[0008]本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是:本發(fā)明的目的在于針對(duì)高鐵用高強(qiáng)高韌護(hù)環(huán)材料的的苛刻服役工況，開(kāi)發(fā)出新型護(hù)環(huán)用高強(qiáng)高韌Cu-Al-Fe-N1-RE合金及其制備方法，并通過(guò)真空熔煉+加壓凝固技術(shù)，減少了合金元素在熔煉過(guò)程中的氧化，解決了傳統(tǒng)鑄造工藝制備合金組織致密度低、易產(chǎn)生元素偏析和鑄態(tài)缺陷等問(wèn)題，可以顯著提高合金材料的綜合性能。
[0009]本發(fā)明通過(guò)在多元微合金化和稀土改性手段設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)新型Cu-Al-Fe-N1-RE合金，制得的合金具有高的強(qiáng)度韌性和導(dǎo)熱性能;本發(fā)明采用真空熔煉、加壓凝固制備鑄錠，有效改善鑄態(tài)缺陷，提高鑄錠致密度。
【具體實(shí)施方式】
[0010]
實(shí)施例1:
合金配料比(wt%)為:Al=8，F(xiàn)e=4，Ni=3 RE =0.1，其它雜質(zhì)總和彡0.28，余量為Cu。
[0011 ]模具在放入真空爐前，內(nèi)腔涂抹涂料，并進(jìn)行預(yù)熱，預(yù)熱溫度400 V，保溫2小時(shí)。將配制好的坯料按順序放進(jìn)真空熔煉爐的石墨坩禍中，抽真空，使真空度達(dá)到10—2 MPa，加熱溫度1250 °C，熔化后保溫溫度為1200 °C。在真空室內(nèi)進(jìn)行澆注，澆注的同時(shí)進(jìn)行氣體加壓，使真空爐內(nèi)的氣壓從10—2 MPa上升到0.6 MPa。待鑄錠凝固后，冷卻一段時(shí)間后，恢復(fù)真空爐內(nèi)氣壓。從真空爐中取出金屬型，打開(kāi)模具，取出鑄錠。鑄錠進(jìn)行均勻化退火，均勻化處理工藝為在850 °C下保溫6 h;對(duì)均勻化退火之后的鑄錠進(jìn)行固溶和時(shí)效熱處理，固溶溫度為880 °C，保溫3 h，快速水冷;時(shí)效溫度為480 °C，保溫4 h，空冷。對(duì)熱處理后合金性能測(cè)試。
[0012]通過(guò)上述方法所制得的材料的合金性能指標(biāo):室溫抗拉強(qiáng)度為770 MPa、屈服強(qiáng)度為450MPa、延伸率為13%，導(dǎo)熱系數(shù)為140 ff/(m.K)。
[0013]實(shí)施實(shí)例2:
合金配料比(wt%)為:Al=8，F(xiàn)e=4，Ni=3，RE=0.3其它雜質(zhì)總和彡0.28，余量為Cu。
[0014]工藝同實(shí)施實(shí)例I，經(jīng)測(cè)試，所制得的材料的合金性能指標(biāo):室溫抗拉強(qiáng)度為790MPa、屈服強(qiáng)度為485MPa、延伸率為15%、導(dǎo)熱系數(shù)為145 W/(m.K)。
[0015]實(shí)施實(shí)例3:
合金配料比(wt%)為:Al=8，F(xiàn)e=4，Ni=3，RE=0.5其它雜質(zhì)總和彡0.28，余量為Cu。
[0016]工藝同實(shí)施實(shí)例I，經(jīng)測(cè)試，所制得的材料的合金性能指標(biāo):室溫抗拉強(qiáng)度為760MPa、屈服強(qiáng)度為465 MPa、延伸率為16%、導(dǎo)熱系數(shù)為141 W/(m.K)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種護(hù)環(huán)用高強(qiáng)高韌Cu-Al-Fe-N1-RE材料，其特征在于，合金成分(wt%)為:Al: 5-10,Fe:3-6,Ni:2-5,RE:0.01-0.5，余量為Cu或?yàn)镃u和不可避免的雜質(zhì)元素。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種護(hù)環(huán)用高強(qiáng)高韌Cu-Al-Fe-N1-RE材料，其特征在于，雜質(zhì)元素總和<0.28。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種護(hù)環(huán)用高強(qiáng)高韌Cu-Al-Fe-N1-RE材料，其特征在于，原材料選用99.5%電解銅、99.99%純鎳板、99.9%純鋁板、99.9%純鐵板。4.一種護(hù)環(huán)用高強(qiáng)高韌Cu -A1-F e -N 1-RE材料的制備方法，其特征在于，按以下步驟進(jìn)行: 1)配料:根據(jù)Cu-Al-Fe-N1-RE合金各組分要求配料； 原材料選用99.5%電解銅、99.99%純鎳板、99.9%純鋁板、99.9%純鐵板，稀土元素以中間合金形式加入； 2)真空熔煉+加壓凝固:熔煉過(guò)程在真空感應(yīng)熔煉爐中進(jìn)行，將原材料按照Cu、Fe、N1、Al和稀土中間合金的順序加入，熔煉溫度為1200?1300 °C，真空度保持在10—2 MPa以下；熔煉過(guò)程完成后，在真空室內(nèi)進(jìn)行澆注，澆注的同時(shí)進(jìn)行氣體加壓，壓力保持在0.5-1.0 MPa，饒注完成后脫豐旲; 3)熱處理:對(duì)步驟(2)得到的鑄錠進(jìn)行均勻化退火，均勻化處理工藝為在800-9000C下保溫6-8 h;對(duì)均勻化退火之后的鑄錠進(jìn)行固溶和時(shí)效熱處理，固溶溫度為880-900 °C，保溫1-3 h，快速水冷;時(shí)效溫度為480-600 °C，保溫1_4 h，空冷。5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種護(hù)環(huán)用高強(qiáng)高韌Cu-Al-Fe-N1-RE材料的制備方法，其特征在于，步驟2 )中熔煉前對(duì)原材料進(jìn)行表面烘干、除油除銹預(yù)處理。6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種護(hù)環(huán)用高強(qiáng)高韌Cu-Al-Fe-N1-RE材料的制備方法，其特征在于，步驟2)中在加入稀土元素前，對(duì)熔液要進(jìn)行充分的脫氧、除氣、除渣預(yù)處理。
【文檔編號(hào)】C22F1/08GK106048296SQ201610401789
【公開(kāi)日】2016年10月26日
【申請(qǐng)日】2016年6月11日
【發(fā)明人】宋克興, 周志云, 李軍, 陳小紅, 封心波, 杭弢, 施振川
【申請(qǐng)人】江蘇迅達(dá)電磁線(xiàn)有限公司