一種能提高力學(xué)性能的銅鋁鐵鎳錳合金的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于銅合金技術(shù)領(lǐng)域，特指一種能提高力學(xué)性能的銅鋁鐵鎳錳合金。
【背景技術(shù)】
[0002] 銅鋁鐵鎳錳合金作為一種性能優(yōu)良，應(yīng)用廣泛的工程材料，其研究越來越受到國 內(nèi)外研究者的關(guān)注。銅鋁鐵鎳錳合金的成分優(yōu)化、制備加工工藝、熱處理工藝，從而提高其 力學(xué)性性能等一直是國內(nèi)外研究者關(guān)注的重點，研究者希望通過不同的處理方法對合金的 組織與性能進(jìn)行改善。
[0003] 適量的稀土在合金的熔煉過程中可以起到精煉、除雜的作用。在合金的凝固過程 中，一方面能形成多種高熔點化合物，彌散于熔體中作為異質(zhì)核心，顯著細(xì)化銅合金；另一 方面可以防止偏析、阻礙晶粒的長大。少量的稀土即可顯著改善銅合金性能。在提高銅合 金的高溫塑性同時，其切削性能也得到了很大的改善。同時在銅合金中加入稀土元素還有 一定的脫氧效果，這樣銅合金的表面能形成一層氧化膜，阻止了合金的外界介質(zhì)原子向內(nèi) 部擴(kuò)散，有效的提高了合金的耐腐蝕性能。銅合金的耐磨性能也能通過稀土元素來得以提 高。銅合金中加入稀土元素能改善銅的組織結(jié)構(gòu)、機(jī)械性能和導(dǎo)電性。合金的硬度和抗拉 強(qiáng)度隨著稀土元素含量的增加而增加，同時合金的塑性也到達(dá)很好的效果。銅鋁鐵鎳錳合 金目前是機(jī)械制造中一種常用的材料，為進(jìn)一步提高其力學(xué)性能，本發(fā)明開發(fā)出一種能提 高力學(xué)性能的銅鋁鐵鎳錳合金。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 一種能提高力學(xué)性能的銅鋁鐵鎳錳合金，其特征為：以電解銅、工業(yè)鋁錠 AOO號、普通不含銹的鐵釘、電解鎳、電解錳、復(fù)合稀土添加劑，（其中組分按重量百 分比計算，Lal〇-14 %、Y10-14 %、Nd6-9 %、Tb5-8 %、Ce5-8 %、Ti3-6 %、Zr3-6 %、 Pr+Sm+Er+Ho+Lu+Gd+Nb+V+B合計為10-15%，余量為銅。）為原料。成分按重量百分比計 算，按A19-10%、Fe4-5%、Ni4-5%、MnL5-2. 5%、復(fù)合稀土添加劑O-L0%、余量是銅的比例 稱重后在感應(yīng)熔煉爐中熔煉。熔煉工藝為：先加入鋁錠、電解銅、普通不含銹的鐵釘、電解 鎳、電解錳、復(fù)合稀土添加劑，待材料全部熔化后，升溫至125(Tl300°C時保溫4min-6min 使各元素均勻化，然后撒入銅合金用精煉除渣劑，靜置5min-4min后扒渣除氣，待溫度為 120(Tl25(rC時準(zhǔn)備澆注。鑄造工藝為：砂型鑄造，底板為金屬型，金屬型內(nèi)部通水冷卻，將 熔煉好的銅鋁鐵鎳錳合金液澆鑄成長250mm、寬40mm、高70mm的毛坯，根據(jù)加入復(fù)合稀土添 加劑的含量不同，澆鑄出六組復(fù)合稀土添加劑含量不同的銅鋁鐵鎳錳合金毛坯，其復(fù)合稀 土添加劑加入量分別為〇%、〇. 2%、0. 4%、0. 6%、0. 8%、1. 0%，然后加工成國家標(biāo)準(zhǔn)試棒。室溫拉 伸力學(xué)性能測試在WE-10型液壓式拉伸實驗機(jī)上進(jìn)行。
[0005] 表1所示為添加不同含量復(fù)合稀土添加劑時，銅鋁鐵鎳錳合金的抗拉強(qiáng)度，伸長 率及硬度。由表1可以看出，：（1)添加適量的復(fù)合稀土添加劑后，銅鋁鐵鎳錳合金合金的 常溫力學(xué)性能均有很大改善；（2)隨著稀土含量的繼續(xù)增加，銅鋁鐵鎳錳合金合金的常溫 力學(xué)性能先升高后降低，過量的稀土?xí)夯辖鹦阅?，因此為獲得最佳力學(xué)性能，銅鋁鐵鎳 猛合金中復(fù)合稀土添加量以0. 6 - 0. 8%為最佳。

【附圖說明】
[0007] 圖1未加入復(fù)合稀土添加劑時合金組織； 圖2加入復(fù)合稀土添加劑0. 2%時合金組織； 圖3加入復(fù)合稀土添加劑0. 4%時合金組織； 圖4加入復(fù)合稀土添加劑0. 6%時合金組織； 圖5加入復(fù)合稀土添加劑0. 8%時合金組織； 圖6加入復(fù)合稀土添加劑1. 0%時合金組織 圖1 一圖6為加入復(fù)合稀土添加劑對合金組織的影響，由圖1可看出，未加入復(fù)合稀土 添加劑時其鑄態(tài)組織晶格尺寸較大，組織分不均勻，基體和晶界有雜質(zhì)分布；當(dāng)加入〇. 2% 復(fù)合稀土添加劑時（圖2)，合金鑄態(tài)組織明顯均勻，網(wǎng)胞尺寸減小，晶胞變小，內(nèi)部質(zhì)點變得 細(xì)小均勻；當(dāng)加入〇. 4% - 0. 8%復(fù)合稀土添加劑時（圖3 -圖5)，合金的鑄態(tài)組織更加均勻， 晶粒間的黑色質(zhì)點更少；當(dāng)加入1. 0%復(fù)合稀土添加劑時（圖6)，合金鑄態(tài)組織晶粒又變大。 由此可見，復(fù)合稀土添加劑對銅鋁鐵鎳錳合金的鑄態(tài)組織具有很好細(xì)化作用。復(fù)合稀土添 加到銅鋁鐵鎳錳合金中，根據(jù)正常凝固條件下的擴(kuò)散動力學(xué)，在合金凝固過程中，復(fù)合稀土 等元素將聚集在固液界面前沿，引起溶質(zhì)再分配，從而增大了合金凝固過程中的成分過冷， 使分枝過程加劇，從而使得枝晶網(wǎng)胞變細(xì)，晶粒變細(xì)。同時復(fù)合稀土能凈化合金并使其中的 雜質(zhì)重新分布，使粗大化合物球化。因此，復(fù)合稀土等元素在銅鋁鐵鎳錳合金中具有良好的 細(xì)化、變質(zhì)作用。添加少量復(fù)合稀土等元素即可增加液態(tài)金屬的異質(zhì)形核結(jié)晶核心及成分 過冷度，在析出相或生長相的表面生成一層吸附膜，阻礙晶粒的正常長大，進(jìn)而達(dá)到細(xì)化晶 粒的目的。但復(fù)合稀土添加劑含量過大時，反而不能達(dá)到細(xì)化變質(zhì)的效果。如圖6所示，復(fù) 合稀土含量大于〇. 8%以后時，晶粒又開紿變得粗大，這是因為復(fù)合稀土含量的增加會導(dǎo)致 復(fù)合稀土氧化物的增多，并在固、液界面處聚集，導(dǎo)致合金層片間距增大。
[0008]
【具體實施方式】 實施例1 以電解銅、工業(yè)鋁錠AOO號、普通不含銹的鐵釘、電解鎳、電解錳、復(fù)合稀土添加劑，（其 中組分按重量百分比計算，Lal〇-14%、Y10-14%、Nd6-9%、Tb5-8%、Ce5-8%、Ti3-6%、 Zr3-6%、Pr+Sm+Er+Ho+Lu+Gd+Nb+V+B合計為10-15%，余量為銅。）為原料。成分按重量百 分比計算，按A19-10%、Fe4-5%、Ni4-5%、MnL5-2. 5%、復(fù)合稀土添加劑0. 2%、余量是銅的比 例稱重后在感應(yīng)熔煉爐中熔煉。熔煉工藝為：先加入鋁錠、電解銅、普通不含銹的鐵釘、電 解鎳、電解錳、復(fù)合稀土添加劑，待材料全部熔化后，升溫至125(Tl300°C時保溫4min-6min 使各元素均勻化，然后撒入銅合金用精煉除渣劑，靜置5min-4min后扒渣除氣，待溫度為 120(Tl25(rC時準(zhǔn)備澆注。鑄造工藝為：砂型鑄造，底板為金屬型，金屬型內(nèi)部通水冷卻，將 熔煉好的銅鋁鐵鎳錳合金液澆鑄成長250mm、寬40mm、高70mm的毛坯，然后加工成國家標(biāo) 準(zhǔn)試棒。室溫拉伸力學(xué)性能測試在WE-10型液壓式拉伸實驗