[发明专利]一种高硅镍铜合金铸件的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种有色合金铸件的制备技术领域，具体涉及一种可有效改善高硅镍铜合金塑性及其机械加工性能的高硅镍铜合金铸件的制备方法。

背景技术

镍-铜合金（GB5235-38），是以70/30的镍铜固溶体为基体的一类合金，在工程应用上具有悠久的历史。合金具有易成型、易钎焊、易切削等特点，同时还具有高的强度和硬度及优良的耐热，耐腐蚀性能。因此被广泛的使用于航空、航海、化工、原子能、等领域。

高硅镍铜合金材料是一种弥散强化型合金，结合Cu、Fe、Mn等固溶强化。俄罗斯相近牌号为НМКЖМц30-4-2-1，美国相应牌号主要有S Monel和Monel505，也称高强度蒙乃尔合金。与普通镍铜合金比较，其中Si含量高达4wt.%，形成Ni₃Si弥散强化相，显著提高了合金的强度和再结晶温度，使合金具有高硬度、高强度、高耐磨和优良的抗粘合、抗高温、耐腐蚀等特点，综合性能超过铝青铜和普通镍铜合金，特别适合于制作先进航空发动机燃油调节系统的精密摩擦器件。俄罗斯现行生产的AЛ-31ф和HP-31B发动机主燃油泵、PCф-31B发动机喷口加力燃油泵、Aц25-TЛ发动机的燃油调节器等附件的摩擦零件，以及英国道蒂公司现行生产的燃油附件均采用高硅镍铜合金制造，显著提高了燃油调节系统的可靠性和工作寿命。

镍铜合金中加入显量Si元素后显著提高了合金的使用性能，但也大幅度降低合金的工艺性能，合金形成气孔、缩孔和裂纹倾向性增大，给合金冶炼和铸造带来新的难题。由于Cu30%左右的镍铜合金的液固相线间距约为50℃。凝固时，富镍树枝晶首先从熔体中析出，最后凝固的是相对富铜部分。其典型组织是单相固溶体，铸态下形成树枝晶并产生偏析，由于树枝晶相当发达，凝固时严重阻碍了合金液的补缩，这成为铸件内部产生显微缩松的主要原因。另外，常温下Ni和Cu在大气中很稳定，不易氧化。但在高温下，液态镍和铜很容易被空气中的氧所氧化，还有炉气中的水蒸气、一氧化碳、二氧化碳等都能使合金发生氧化。氧化产物Cu₂O、NiO以及Ni2C、Ni₃S₂等都可溶解在镍铜合金中，且随温度升高溶解度增加。在凝固时，一方面，由于Cu₂O、Ni₃S₂等以低熔点共晶体形式析出于晶界，使合金变脆。另一方面，NiO，Ni₂C，Ni₃S₂等的溶解度随温度下降而促使氧化反应逆向进行，在合金中产生析出性气孔。

国内一些部门也曾有类似合金的开发，但在合金工艺和综合性能上与国外相比性能差距较大。存在的最主要问题是在铸件中存在严重的褐色断口，部分铸件甚至出现了整体断裂的现象，难以铸造与加工成形。另外，高硅镍铜合金主要用作发动机燃油调控系统，其零件形状复杂，精度要求高。但由于现有工艺制备的合金铸件塑性低、加工性能差，故零件加工成品率极低，限制了其使用。所以就需要开发一种新的高硅镍铜合金及其铸件的铸造工艺和零件制备技术，满足零部件的制造和使用需求。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术存在的不足之处，提供一种可有效改善合金塑性及机械加工性能，提高零件加工成品率的高硅镍铜合金铸件的制备方法。

本发明的技术方案是：

一种高硅镍铜合金铸件的制备方法，该方法包括如下步骤：

（1）合金熔炼：按照高硅镍铜合金的化学成分和配比配料，采用真空感应炉熔炼并铸造成母合金锭，再采用真空感应炉熔化母合金锭，并在1450～1550℃精炼3-7min，然后降温至浇铸温度，炉内真空度为0.1～5Pa；

（2）浇铸过程：经步骤（1）处理后的合金进行浇铸，获得近成型合金铸件；浇铸温度1260～1320℃；

（3）凝固过程：近成型合金铸件凝固控制工艺为：初始冷却速度为90～180℃/s，铸件温度达到900～1100℃后，将冷却速度降至0.01～0.1℃/s，当合金铸件冷却至400℃以下，自然冷却至室温获得高硅镍铜合金铸件。

制得的高硅镍铜合金铸件按使用要求不同，可在铸态或热处理状态下使用。

热处理制度为：固溶处理：920～980℃，保温30～45min，油淬；

时效处理：580℃，保温6～8h，空冷。

步骤（2）浇铸过程中，浇铸近成型合金铸件采用Al₂O₃制备陶瓷型壳。

步骤（2）浇铸前，浇铸的模壳在850℃以上预热3～5h。