[发明专利]一种高强度高弹性铜镍锰合金及其制备方法

说明书

本发明公开了一种高强度高弹性铜镍锰合金及其制备方法，属于特种材料制备技术领域，采用真空熔炼，能够充分排除气体以及低熔炼杂质，纯化坯锭组织。铸锭组织均匀化经过均匀化处理后再进行热轧，可以降低成分不均匀造成变形开裂，同时热轧也可以破碎合金中粗大的晶粒。通过大变形冷轧进一步破碎合金的晶粒，形成纤维状的变形组织，利用固溶处理使得合金组织发生完全再结晶，同时溶质原子回溶于基体中，形成过饱和固溶体。通过时效处理，使得溶质原子以第二相的形式析出，控制时效的温度和时间，使析出第二相细小且均匀的分布在基体中，强化合金的强度。

技术领域

本发明属于特种材料制备技术领域，具体涉及一种高强度高弹性铜镍锰合金及其制备方法。

背景技术

高强高弹铜合金是一类具有高强度、高弹性模量的铜合金，除了强度和弹性之外，其在抗疲劳、耐腐蚀和耐磨等性能方面也表现优异，主要应用于仪器、航海、电子、石油化工、航空航天等领域。其中应用最为广泛的高强高弹铜合金是铍青铜。铍青铜是一种性能极其优异的高弹高强铜合金。然而，铍青铜中铍元素具有剧毒，会严重危害人的身体健康；当温度达到200℃以上时，铍青铜的强度和弹性会急剧的下降，其应力松弛率高达40％，这将导致铍青铜在高温服役条件下失效，不能满足材料的高温服役条件。随着新一代信息技术产业技术的不断发展，为了满足深加工的需求，对铜合金的晶粒尺寸和各向异性均提出了更高的要求。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种不含铍元素、高强度、高弹性模量的铜镍锰合金，该铜镍锰合金晶粒组织细小且均匀，维氏硬度大于等于450HV，抗拉强度大于等于1400MPa，延伸率大于等于6％，可以加工制备成高精度的铜合金产品。

为了达到上述目的，本发明提供以下技术方案：

本发明提供的这种高强度高弹性铜镍锰合金，由以下组分按重量百分比组成：Ni18～22％，Mn18～22％，Nb0.2～0.5％，Cr0.2～0.5％，Zr0.05～0.2％，余量为Cu，各成分的质量百分比之和为100％，所述高强度高弹性铜镍锰合金组织的平均晶粒尺寸为5～30μm。

优选的，所述高强度高弹性铜镍锰合金由以下组分按重量百分比组成：Ni19～21％，Mn19～21％，Nb0.2～0.4％，Cr0.2～0.4％，Zr0.08～0.12％，余量为Cu，各成分的质量百分比之和为100％。

优选的，所述高强度高弹性铜镍锰合金组织的平均晶粒尺寸为15μm。

优选的，所述高强度高弹性铜镍锰合金，维氏硬度大于等于450HV，抗拉强度大于等于1400MPa，延伸率大于等于6％。

作为一个总的发明构思，本发明还提供了所述高强度高弹性铜镍锰合金的制备方法，包括以下步骤：

(1)真空熔炼：根据铜镍锰合金的组分进行配料，采用真空熔炼炉对合金进行熔炼，得到合金溶液；

(2)铸造：将合金溶液在设定温度下进行铸造，冷却后得到合金铸锭；

(3)均匀化：将铸锭进行均匀化处理，得到均匀化的铸锭；

(4)热轧开坯：开坯总变形量65％～85％，开坯温度800～900℃；

(5)退火处理：将热轧后的合金进行退火处理；

(6)冷轧：冷轧的总变形量为75％～90％，通过大变形冷轧进一步破碎合金的晶粒，形成纤维状的变形组织；

(7)固溶：将冷轧后的合金进行固溶处理；

(8)时效处理：将固溶后的合金进行时效处理，得到所述高强度高弹性铜镍锰合金。

进一步，步骤(1)中，熔炼温度为1250～1350℃。

进一步，步骤(2)中，浇铸温度为1100～1200℃。