[发明专利]一种能提高热疲劳性能的铜铝铁镍锰钨钼合金

说明书

技术领域

本发明属于铜合金技术领域，特指一种能提高热疲劳性能的铜铝铁镍锰钨钼合金。

背景技术

由于铜铝基合金具有优良的特性，越来越收到青睐，在民用和军事工业中起着重要的作用。铜铝基合金材料的宏观性能受许多条件的影响。然而，结构决定性能是自然界永恒的规律，性能是由内部的微观组织结构所决定的。为了准确的分析铝青铜的显微组织结构，进行了不少有益的尝试。如利用彩色金相的方法对铜合金的显微组织进行处理，以此来定性鉴别物相、晶粒位向等显微组织特征。为进一步提高合金的综合性能打下了基础。

在冶金工业中，稀土常被称作是金属材料的“维生素”。其特点是以少量甚至微量的稀土作用于合金中，便能显著的提高其综合性能。稀土元素在铜合金中主要用于改善热加工性能和铸件组织，防止偏析；获得高强度、良好的热疲劳性能以及耐腐蚀性能。在铜合金中加入稀土元素还有一定的脱氧效果，这样铜合金的表面能形成一层氧化膜，阻止了合金的外界介质原子向内部扩散，有效的提高了合金的耐腐蚀性能。铜合金的耐磨性能也能通过稀土元素来得以提高。铜合金中加入稀土元素能改善铜的组织结构、机械性能和导电性。合金的硬度和抗拉强度随着稀土元素含量的增加而增加，同时合金的塑性也到达很好的效果。铝青铜合金具有强度高、耐磨性能好、铸造性能优良、熔炼工艺简单、耗能少、无污染及原材料成本低等一系列优点，因而受到国内外专家的普遍重视，因此铝青铜合金具有很强的市场竞争力。但其也有性能不够均匀等缺点，限制了其应用范围。为了扩大铝青铜合金的应用范围，提高零件的可靠性，特别是防止其在高温下的热疲劳断裂，需要进一步提高其热疲劳性能。本发明开发出一种能提高热疲劳性能的铜铝铁镍锰钨钼合金。

发明内容

一种能提高热疲劳性能的铜铝铁镍锰钨钼合金，其特征为：以电解铜、工业铝锭A00号、普通不含锈的铁钉、电解镍、电解锰、纯钨、纯钼、复合稀土添加剂，（组分按重量百分比计算，Nd10-15％、Tb8-12％、V7-10％、Sb7-10％、Ce6-9％、La+Sc+Sm+Er+Yb+Lu+Gd+Nb+Ti+Ba合计为15-20%，余量为铜。）为原料。成分按重量百分比计算，按Al10%、Fe4-5%、Ni3-4%、Mn1.5-2.5%、W0.8-1.2%、Mo0.4-0.6%、复合稀土添加剂0-1.2%、余量是铜的比例称重后在感应熔炼炉中熔炼。熔炼工艺为：先加入铝锭、电解铜、普通不含锈的铁钉、电解镍、电解锰、纯钨、纯钼、复合稀土添加剂，待材料全部熔化后，升温至1250~1300℃时保温4min-6min使各元素均匀化，然后撒入铜合金用精炼除渣剂，静置5min-4min后扒渣除气，待温度为1200~1250℃时准备浇注。铸造工艺为：砂型铸造，底板为金属型，金属型内部通水冷却，将熔炼好的铜铝铁镍锰合金液浇铸成长250mm、宽40mm、高70mm的毛坯，根据加入复合稀土添加剂的含量不同，浇铸出七组复合稀土添加剂含量不同的铜铝铁镍锰合金毛坯，其复合稀土添加剂加入量分别为0%、0.2%、0.4%、0.6%、0.8%、1.0%、1.2%，再在毛坯上取样，通过线切割加工出热疲劳试样，热疲劳试样尺寸为长40mm、宽10mm、高5mm，试样顶部带有V型缺口，如图1所示。

采用电阻炉加热自约束热疲劳试验机进行热疲劳试验。板状试样装卡在立方卡具的四个侧面，保证每块试样的加热与冷却位置一致，通过传动装置上下垂直运动，从而达到试样加热以及冷却的自动化完成。采用设时自控，热电偶测量并控制温度，试样在室温20℃至450℃之间进行加热与冷却的热循环，采用计数器进行自动计数，调整并保持炉温450℃，水温20℃（流动自来水）。快速加热试样，加热、冷却一次作为一个循环，每次循环加热时间为120s，入水冷却时间为5s，直至预定循环次数。对于研究热疲劳裂纹萌生的试样，每循环500次，取下试样，抛光去除表面氧化膜，测量表面裂纹长度，以0.1mm作为裂纹萌生长度，记下试样裂纹萌生循环次数，观察并对裂纹的萌生位置照相。对于研究热疲劳裂纹扩展的试样，每循环1000次，取下试样，抛光并观察。测量表面裂纹长度。表1为加入不同复合稀土添加剂对铜铝基合金裂纹长度的影响。由表1可以看出，复合稀土添加剂加入量为0.8%－1.0%时，铜铝基合金热疲劳性能最好。

表1铜铝基合金加入不同复合稀土添加剂在20℃-450℃循环后的的裂纹长度（mm）。

附图说明

图1　热疲劳试样尺寸（单位mm）

图2　未加入复合稀土添加剂试样在20℃-450℃循环9000次裂纹图