一種能提高熱疲勞性能的銅鋁鐵鎳錳鎢鉬合金的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于銅合金技術(shù)領(lǐng)域，特指一種能提高熱疲勞性能的銅鋁鐵鎳錳鎢鑰合 金。
【背景技術(shù)】
[0002] 由于銅鋁基合金具有優(yōu)良的特性，越來越收到青睞，在民用和軍事工業(yè)中起著重 要的作用。銅鋁基合金材料的宏觀性能受許多條件的影響。然而，結(jié)構(gòu)決定性能是自然界 永恒的規(guī)律，性能是由內(nèi)部的微觀組織結(jié)構(gòu)所決定的。為了準確的分析鋁青銅的顯微組織 結(jié)構(gòu)，進行了不少有益的嘗試。如利用彩色金相的方法對銅合金的顯微組織進行處理，以此 來定性鑒別物相、晶粒位向等顯微組織特征。為進一步提高合金的綜合性能打下了基礎(chǔ)。
[0003] 在冶金工業(yè)中，稀土常被稱作是金屬材料的"維生素"。其特點是以少量甚至微量 的稀土作用于合金中，便能顯著的提高其綜合性能。稀土元素在銅合金中主要用于改善熱 加工性能和鑄件組織，防止偏析；獲得高強度、良好的熱疲勞性能以及耐腐蝕性能。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)、機械性能和導(dǎo)電 性。合金的硬度和抗拉強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很好 的效果。鋁青銅合金具有強度高、耐磨性能好、鑄造性能優(yōu)良、熔煉工藝簡單、耗能少、無污 染及原材料成本低等一系列優(yōu)點，因而受到國內(nèi)外專家的普遍重視，因此鋁青銅合金具有 很強的市場競爭力。但其也有性能不夠均勻等缺點，限制了其應(yīng)用范圍。為了擴大鋁青銅 合金的應(yīng)用范圍，提高零件的可靠性，特別是防止其在高溫下的熱疲勞斷裂，需要進一步提 高其熱疲勞性能。本發(fā)明開發(fā)出一種能提高熱疲勞性能的銅鋁鐵鎳錳鎢鑰合金。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 一種能提高熱疲勞性能的銅鋁鐵鎳錳鎢鑰合金，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、純鎢、純鑰、復(fù)合稀土添加 劑，（組分按重量百分比計算，Ndl〇-15 %、Tb8-12 %、V7-10 %、Sb7-10 %、Ce6-9 %、 La+Sc+Sm+Er+Yb+Lu+Gd+Nb+Ti+Ba合計為15-20%，余量為銅。）為原料。成分按重量百分比 計算，按A110%、Fe4-5%、Ni3-4%、MnL5-2. 5%、W0? 8-1. 2%、MoO. 4-0. 6%、復(fù)合稀土添加劑 0-1. 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、純鎢、純鑰、復(fù)合稀土添加劑，待材料全部熔化后，升溫 至125(T130(TC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 70_的毛坯，根據(jù)加入復(fù)合稀土添加劑的含量不同，澆鑄出七組復(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%、 I. 2%，再在毛坯上取樣，通過線切割加工出熱疲勞試樣，熱疲勞試樣尺寸為長40mm、寬10mm、高5mm，試樣頂部帶有V型缺口，如圖1所示。
[0005] 采用電阻爐加熱自約束熱疲勞試驗機進行熱疲勞試驗。板狀試樣裝卡在立方卡 具的四個側(cè)面，保證每塊試樣的加熱與冷卻位置一致，通過傳動裝置上下垂直運動，從而達 到試樣加熱以及冷卻的自動化完成。采用設(shè)時自控，熱電偶測量并控制溫度，試樣在室溫 20°C至450°C之間進行加熱與冷卻的熱循環(huán)，采用計數(shù)器進行自動計數(shù)，調(diào)整并保持爐溫 450°C，水溫20°C(流動自來水)?？焖偌訜嵩嚇?，加熱、冷卻一次作為一個循環(huán)，每次循環(huán)加 熱時間為120s，入水冷卻時間為5s，直至預(yù)定循環(huán)次數(shù)。對于研究熱疲勞裂紋萌生的試樣， 每循環(huán)500次，取下試樣，拋光去除表面氧化膜，測量表面裂紋長度，以0.Imm作為裂紋萌生 長度，記下試樣裂紋萌生循環(huán)次數(shù)，觀察并對裂紋的萌生位置照相。對于研究熱疲勞裂紋擴 展的試樣，每循環(huán)1000次，取下試樣，拋光并觀察。測量表面裂紋長度。表1為加入不同復(fù) 合稀土添加劑對銅鋁基合金裂紋長度的影響。由表1可以看出，復(fù)合稀土添加劑加入量為 0. 8% - 1. 0%時，銅鋁基合金熱疲勞性能最好。
[0006] 表1銅鋁基合金加入不同復(fù)合稀土添加劑在20°C-450°C循環(huán)后的的裂紋長度 (mm)〇

【附圖說明】
[0007] 圖1熱疲勞試樣尺寸(單位mm) 圖2未加入復(fù)合稀土添加劑試樣在20°C_450°C循環(huán)9000次裂紋圖 圖3加入復(fù)合稀土添加劑0. 4%試樣在20°C_450°C循環(huán)9000次裂紋圖 圖4加入復(fù)合稀土添加劑0. 8試樣在20°C_450°C循環(huán)9000次裂紋圖 圖5加入復(fù)合稀土添加劑1. 2試樣在20°C_450°C循環(huán)9000次裂紋圖 圖2 -圖5為不同復(fù)合稀土添加劑含量的試樣在循環(huán)9000次后的熱疲勞裂紋圖，由 圖2看出，未加入復(fù)合稀土添加試樣的裂紋變得粗大，萌生出二次或三次裂紋，擴展方式為 裂紋與裂紋間的搭橋，小裂紋與主裂紋的尖端將會相遇，使裂紋向前擴展；由圖3看出（加 入復(fù)合稀土添加劑0. 4%)，兩條主裂紋向相同方向擴展，并且有微小裂紋與兩條主裂紋相連 接,此時兩條主裂紋明顯減??；由圖4看出（加入復(fù)合稀土添加劑0. 8%)，兩條主裂紋向相同 方向擴展，但主主裂紋明顯短小，并有生成二次或三次裂紋；由圖5看出（加入復(fù)合稀土添 加劑1. 2%)，合金試樣裂紋又增加，而且周圍均出現(xiàn)了氧化層，裂紋在其中擴展。
[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、純鎢、純鑰、復(fù)合稀 土添加劑，（組分按重量百分比計算，Ndl〇-15%、Tb8-12%、V7-10%、Sb7-10%、Ce6-9%、 La+Sc+Sm+Er+Yb+Lu+Gd+Nb+Ti+Ba合計為15-20%，余量為銅。）為原料。成分按重量百分 比計算，按A110%、Fe4-5%、Ni3-4%、MnL5-2. 5%、W0? 8-1. 2%、MoO. 4-0. 6%、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、純鎢、純鑰、復(fù)合稀土添加劑，待材料全部熔化后，升溫 至125(T130(TC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。再在毛坯上取樣，通過線切割加工出熱疲勞試樣，熱疲勞試樣尺寸為長40mm 、寬10mm、高5mm，試樣頂部帶有V型缺口，如圖1所示。
[0009] 采用電阻爐加熱自約束熱疲勞試驗機進行熱疲勞試驗。板狀試樣裝卡在立方卡 具的四個側(cè)面，保證每塊試樣的加熱與冷卻位置一致，通過傳動裝置上下垂直運動，從而達 到試樣加熱以及冷卻的自動化完成。采用設(shè)時自控，熱電偶測量并控制溫度，試樣在室溫 20°C至450°C之間進行加熱與冷卻的熱循環(huán)，采用計數(shù)器進行自動計數(shù)，調(diào)整并保持爐溫 450°C，水溫20°C(流動自來水)?？焖偌訜嵩嚇?，加熱、冷卻一次作為一個循環(huán)，每次循環(huán)加 熱時間為120s，入水冷卻時間為5s，直至預(yù)定循環(huán)次數(shù)。對于研究熱疲勞裂紋萌生的試樣， 每循環(huán)500次，取下試樣，拋光去除表面氧化膜，測量表面裂紋長度，以0.Imm作為裂紋萌生 長度，記下試樣裂紋萌生循環(huán)次數(shù)，觀察并對裂紋的萌生位置照相。對于研究熱疲勞裂紋擴 展的試樣，每循環(huán)1000次，取下試樣，拋光并觀察。測量表面裂紋長度。由表1可以看出， 復(fù)合稀土添加劑加入量為0. 4%時，銅鋁鐵鎳錳鎢鑰在20°C_450°C循環(huán)12000次后，裂紋長 度為 0? 580mm。
[0010] 實施例2 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、純鎢、純鑰、復(fù)合稀 土添加劑，（組分按重量百分比計算，Ndl〇-15%、Tb8-12%、V7-10%、Sb7-10%、Ce6-9%、 La+Sc+Sm+Er+Yb+Lu+Gd+Nb+Ti+Ba合計為15-20%，余量為銅。）為原料。成分按重量百分 比計算，按A110%、Fe4-5%、Ni3-4%、MnL5-2. 5%、W0? 8-1. 2%、MoO. 4-0. 6%、復(fù)合稀土添加 劑0. 8%、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、純鎢、純鑰、復(fù)合稀土添加劑，待材料全部熔化后，升溫 至125(T130(TC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