權(quán)利要求
1.一種高強度
銅鎳錫合金材料的制備方法，其特征在于，包括如下步驟：
S1、原材料準(zhǔn)備
按照質(zhì)量百分比稱取鎳板8～10wt%、錫塊5～7wt%、
錳片0～0.2wt%、鈮片0～0.4wt%，余量為銅板及不可避免的微量雜質(zhì);
將稱取好的上述原料放入真空感應(yīng)熔煉爐的坩堝中，抽真空至爐內(nèi)壓力低于10-3Pa，然后充入高純氬氣作為保護(hù)氣體;
S2、熔煉鑄造
以10-15℃/min的升溫速率將爐料加熱至1200-1300℃，使原料充分熔化，并在此溫度下保溫30-40min，利用電磁攪拌作用確保合金成分均勻混合，然后向熔煉爐內(nèi)加入改性澆注劑，繼續(xù)攪拌15-20min，使其均勻分散在合金液中;
采用底注式鑄造方法，將熔化均勻且添加了改性澆注劑的合金液澆注到預(yù)熱至300-400℃的鑄模中，鑄模采用石墨材質(zhì)，得到直徑為80mm的鑄錠;
S3、均勻化處理
將鑄錠放入電阻加熱爐中，以5-8℃/min的升溫速率加熱至800℃，并在該溫度下保溫8h，均勻化處理后，隨爐冷卻至600℃，然后取出空冷至室溫;
S4、鍛造加工
采用自由鍛造以及小變形鍛造相結(jié)合的方式對上述鑄錠進(jìn)行鍛造，鍛造完成后，將鍛件進(jìn)行空冷至室溫，然后進(jìn)行表面清理，去除氧化皮和其他雜質(zhì)，可采用酸洗和機(jī)械打磨相結(jié)合的方法，使表面粗糙度達(dá)到Ra0.8-Ra1.6μm;
S5、固溶淬火
將清理后的鍛件放入鹽浴爐中，鹽浴介質(zhì)采用50%+50%的混合鹽，以10-12℃/min的升溫速率加熱至820℃，并在此溫度下保溫1h，使元素充分溶解到基體中，形成過飽和固溶體，固溶處理后，迅速將鍛件從鹽浴爐中取出，放入60-80℃的熱水中進(jìn)行淬火，淬火時間控制在3-5min;
S6、時效處理
將固溶淬火后的合金放入空氣循環(huán)烘箱中，在200-500℃下進(jìn)行時長為10-960分鐘的時效處理，時效過程中烘箱內(nèi)的溫度波動控制在±5℃以內(nèi)，確保時效效果的一致性;
時效處理完成后，隨爐冷卻至室溫，得到最終的銅鎳錫合金材料。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高強度銅鎳錫合金材料的制備方法，其特征在于，步驟S2中，改性澆注劑的加入量為合金液質(zhì)量的0.2%-0.3%。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高強度銅鎳錫合金材料的制備方法，其特征在于，步驟S2中，改性澆注劑的制備方法為：取適量的天然橡膠乳液，加入其質(zhì)量3%-5%的納米二氧化硅，在60-70℃下高速攪拌30-40min，使納米二氧化硅均勻分散在天然橡膠乳液中，得到混合乳液;
向上述混合乳液中緩慢滴加質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10%-15%的丙烯酸單體，同時滴加引發(fā)劑，在70-80℃下進(jìn)行乳液聚合反應(yīng)2-3h，得到聚合產(chǎn)物;
將聚合產(chǎn)物用去離子水洗滌3-5次，然后在50-60℃下真空干燥4-6h，得到改性澆注劑。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種高強度銅鎳錫合金材料的制備方法，其特征在于，步驟S2中，引發(fā)劑采用過硫酸銨，引發(fā)劑用量為丙烯酸單體質(zhì)量的0.5%-1%。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高強度銅鎳錫合金材料的制備方法，其特征在于，步驟S4中，自由鍛造過程：初始鍛造溫度控制在850-900℃，先采用大噸位水壓機(jī)進(jìn)行鐓粗操作，鐓粗比控制在1.5-2，每次鐓粗的壓下速率控制在5-8mm/s，鐓粗后回爐加熱至原始鍛造溫度，重復(fù)鐓粗1-3次;然后進(jìn)行拔長操作。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高強度銅鎳錫合金材料的制備方法，其特征在于，拔長操作過程為：將鐓粗后的坯料沿軸向進(jìn)行拔長，每次拔長的變形量控制在20%-30%，拔長過程中的送進(jìn)量與單邊壓下量之比控制在0.5-0.8，拔長速度控制在3-5mm/s，每拔長2-4次后回爐加熱一次，確保坯料溫度在合適的鍛造范圍內(nèi)，經(jīng)過多次拔長操作，使坯料的長度達(dá)到預(yù)定尺寸的1.2-1.5倍。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高強度銅鎳錫合金材料的制備方法，其特征在于，步驟S4中，小變形鍛造過程：將經(jīng)過自由鍛造的坯料再次加熱至800-850℃，采用精鍛機(jī)進(jìn)行小變形鍛造精鍛機(jī)的鍛造頻率設(shè)置為80-100次/min，每次的壓下量控制在2-3mm，通過多次小變形累積，逐步將坯料的橫截面尺寸鍛造至20mm×20mm，同時嚴(yán)格控制鍛造過程中的溫度，避免過熱和過燒，最終鍛造溫度應(yīng)保持在600℃以上。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高強度銅鎳錫合金材料的制備方法，其特征在于，步驟S4中，酸洗方式為：酸洗溶液采用10-15%的硫酸溶液，酸洗時間控制在10-15min;機(jī)械打磨方式為：酸洗后用清水沖洗干凈，再用砂紙進(jìn)行打磨。
9.一種如權(quán)利要求1-8任一項所述的高強度銅鎳錫合金材料的制備方法制備得到的高強度銅鎳錫合金材料。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的一種高強度銅鎳錫合金材料，其特征在于，所述銅鎳錫合金材料的直徑為80mm，截面尺寸為20mm×20mm，抗拉強度≥850MPa，維氏硬度≥400HV。
說明書
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及
銅合金材料技術(shù)領(lǐng)域，具體是一種高強度銅鎳錫合金材料及其制備方法。
背景技術(shù)
[0002]隨著現(xiàn)代工業(yè)的快速發(fā)展，對合金材料的性能要求日益提高。在眾多合金材料中，銅鎳錫合金因其良好的導(dǎo)電性、耐腐蝕性以及一定的強度和硬度，在電子、航空航天、汽車制造等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用前景。
[0003]然而，傳統(tǒng)的銅鎳錫合金在硬度和抗拉強度方面逐漸難以滿足一些高端應(yīng)用場景的嚴(yán)苛需求。例如，在電子設(shè)備的散熱部件制造中，需要合金材料具備更高的強度以承受復(fù)雜的熱應(yīng)力和機(jī)械應(yīng)力，而現(xiàn)有銅鎳錫合金的力學(xué)性能有限，可能導(dǎo)致散熱部件在長期使用過程中出現(xiàn)變形、損壞等問題，影響電子設(shè)備的穩(wěn)定性和使用壽命。
[0004]在航空航天領(lǐng)域，對于結(jié)構(gòu)件的材料要求更為苛刻，不僅需要具備高強度和硬度，還需要在極端環(huán)境下保持良好的性能穩(wěn)定性。傳統(tǒng)銅鎳錫合金的組織晶粒相對粗大，內(nèi)部存在不連續(xù)沉淀持續(xù)析出的問題，這使得合金的強度和硬度無法進(jìn)一步提升，限制了其在航空航天關(guān)鍵部件中的應(yīng)用。
[0005]汽車制造行業(yè)同樣面臨著類似的挑戰(zhàn)，發(fā)動機(jī)部件、傳動系統(tǒng)等需要使用高強度的合金材料來提高零部件的耐磨性和可靠性，降低能耗和維護(hù)成本。但現(xiàn)有銅鎳錫合金的性能瓶頸阻礙了其在這些關(guān)鍵部位的廣泛應(yīng)用，迫切需要一種新的技術(shù)方案來突破這些限制，提高銅鎳錫合金的綜合性能，以滿足不斷發(fā)展的工業(yè)需求。
[0006]因此，研發(fā)一種能夠顯著提高硬度和抗拉強度、優(yōu)化組織結(jié)構(gòu)的高強度銅鎳錫合金材料及其制備方法具有重要的現(xiàn)實意義和廣闊的市場前景。
發(fā)明內(nèi)容
[0007]本發(fā)明的目的在于提供一種高強度銅鎳錫合金材料及其制備方法，以解決上述背景技術(shù)中提出的問題。
[0008]為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：
一種高強度銅鎳錫合金材料的制備方法，包括如下步驟：
S1、原材料準(zhǔn)備
按照質(zhì)量百分比稱取鎳板8～10wt%、錫塊5～7wt%、錳片0～0.2wt%、鈮片0～0.4wt%，余量為銅板及不可避免的微量雜質(zhì);鎳純度≥99.9%，錫純度≥99.9%，錳純度≥99.5%，鈮純度≥99.5%，銅純度≥99.9%。
[0009]將稱取好的上述原料放入真空感應(yīng)熔煉爐的坩堝中，抽真空至爐內(nèi)壓力低于Pa，然后充入高純氬氣作為保護(hù)氣體，防止金屬在熔煉過程中氧化。
[0010]S2、熔煉鑄造
以10-15℃/min的升溫速率將爐料加熱至1200-1300℃，使原料充分熔化，并在此溫度下保溫30-40min，利用電磁攪拌作用確保合金成分均勻混合，然后向熔煉爐內(nèi)加入改性澆注劑，繼續(xù)攪拌15-20min，使其均勻分散在合金液中;
采用底注式鑄造方法，將熔化均勻且添加了改性澆注劑的合金液澆注到預(yù)熱至300-400℃的鑄模中，鑄模采用石墨材質(zhì)，以保證良好的脫模性能和鑄錠表面質(zhì)量，得到直徑為80mm的鑄錠;
S3、均勻化處理
將鑄錠放入電阻加熱爐中，以5-8℃/min的升溫速率加熱至800℃，并在該溫度下保溫8h，消除鑄錠內(nèi)成分的不均勻分布并促進(jìn)晶粒結(jié)構(gòu)的均勻性，均勻化處理后，隨爐冷卻至600℃，然后取出空冷至室溫;
S4、鍛造加工
采用自由鍛造以及小變形鍛造相結(jié)合的方式對上述鑄錠進(jìn)行鍛造，鍛造完成后，將鍛件進(jìn)行空冷至室溫，然后進(jìn)行表面清理，去除氧化皮和其他雜質(zhì)，可采用酸洗和機(jī)械打磨相結(jié)合的方法，使表面粗糙度達(dá)到Ra0.8-Ra1.6μm;
S5、固溶淬火
將清理后的鍛件放入鹽浴爐中，鹽浴介質(zhì)采用50%+50%的混合鹽，以10-12℃/min的升溫速率加熱至820℃，并在此溫度下保溫1h，使元素充分溶解到基體中，形成過飽和固溶體，并緩解鍛造過程中產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力，固溶處理后，迅速將鍛件從鹽浴爐中取出，放入60-80℃的熱水中進(jìn)行淬火，淬火時間控制在3-5min，以保證獲得良好的固溶效果和組織形態(tài);
S6、時效處理
將固溶淬火后的合金放入空氣循環(huán)烘箱中，在200-500℃下進(jìn)行時長為10-960分鐘的時效處理，時效過程中烘箱內(nèi)的溫度波動控制在±5℃以內(nèi)，確保時效效果的一致性;
時效處理完成后，隨爐冷卻至室溫，得到最終的銅鎳錫合金材料。
[0011]作為本發(fā)明進(jìn)一步的方案：改性澆注劑的制備方法為：取適量的天然橡膠乳液，加入其質(zhì)量3%-5%的納米二氧化硅，在60-70℃下高速攪拌30-40min，使納米二氧化硅均勻分散在天然橡膠乳液中，得到混合乳液;
向上述混合乳液中緩慢滴加質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10%-15%的丙烯酸單體，同時滴加引發(fā)劑，在70-80℃下進(jìn)行乳液聚合反應(yīng)2-3h，得到聚合產(chǎn)物。
[0012]將聚合產(chǎn)物用去離子水洗滌3-5次，然后在50-60℃下真空干燥4-6h，得到改性澆注劑。
[0013]作為本發(fā)明進(jìn)一步的方案：引發(fā)劑采用過硫酸銨，引發(fā)劑用量為丙烯酸單體質(zhì)量的0.5%-1%。
[0014]作為本發(fā)明進(jìn)一步的方案：自由鍛造過程：初始鍛造溫度控制在850-900℃，先采用大噸位水壓機(jī)進(jìn)行鐓粗操作，鐓粗比控制在1.5-2，每次鐓粗的壓下速率控制在5-8mm/s，鐓粗后回爐加熱至原始鍛造溫度，重復(fù)鐓粗1-3次，以改善鑄錠的內(nèi)部組織均勻性和致密性;然后進(jìn)行拔長操作。
[0015]作為本發(fā)明進(jìn)一步的方案：拔長操作過程為：將鐓粗后的坯料沿軸向進(jìn)行拔長，每次拔長的變形量控制在20%-30%，拔長過程中的送進(jìn)量與單邊壓下量之比控制在0.5-0.8，拔長速度控制在3-5mm/s，每拔長2-4次后回爐加熱一次，確保坯料溫度在合適的鍛造范圍內(nèi)，經(jīng)過多次拔長操作，使坯料的長度達(dá)到預(yù)定尺寸的1.2-1.5倍。
[0016]作為本發(fā)明進(jìn)一步的方案：小變形鍛造過程：將經(jīng)過自由鍛造的坯料再次加熱至800-850℃，采用精鍛機(jī)進(jìn)行小變形鍛造精鍛機(jī)的鍛造頻率設(shè)置為80-100次/min，每次的壓下量控制在2-3mm，通過多次小變形累積，逐步將坯料的橫截面尺寸鍛造至20mm×20mm，同時嚴(yán)格控制鍛造過程中的溫度，避免過熱和過燒，最終鍛造溫度應(yīng)保持在600℃以上。
[0017]作為本發(fā)明進(jìn)一步的方案：酸洗方式為：酸洗溶液采用10-15%的硫酸溶液，酸洗時間控制在10-15min;機(jī)械打磨方式為：酸洗后用清水沖洗干凈，再用砂紙進(jìn)行打磨。
[0018]本發(fā)明還公開了一種高強度銅鎳錫合金材料，采用上述制備工藝制備得到：
所述高強度銅鎳錫合金材料包括如下質(zhì)量百分比成分：鎳板8～10wt%、錫塊5～7wt%、錳片0～0.2wt%、鈮片0～0.4wt%，余量為銅板及不可避免的微量雜質(zhì)。
[0019]所述銅鎳錫合金材料的直徑為80mm，截面尺寸為20mm×20mm，抗拉強度≥850MPa，維氏硬度≥400HV。
[0020]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是：
1、本發(fā)明通過向銅鎳錫合金中添加錳和鈮等微量元素，改變晶體內(nèi)部組織，細(xì)化組織晶粒，進(jìn)一步提高銅鎳錫合金的硬度和抗拉強度，避免合金組織晶粒中不連續(xù)沉淀的持續(xù)析出;
2、本發(fā)明通過在熔煉澆筑過程中添加改性澆注劑，并且采用自由鍛造和小變形鍛造相結(jié)合的鍛造工藝，同時采用固溶處理工藝和時效處理工藝，使得上述元素充分溶解到銅基體中，大大緩解了鍛造過程中所產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力，進(jìn)一步提高了合金材料的強度和硬度。
附圖說明
[0021]圖1為本發(fā)明實施例1中標(biāo)尺比例分別為1：50um的金相圖。
[0022]圖2為本發(fā)明實施例1中標(biāo)尺比例分別為1：100um的金相圖。
[0023]圖3為本發(fā)明實施例2中標(biāo)尺比例分別為1：50um的金相圖。
[0024]圖4為本發(fā)明實施例2中標(biāo)尺比例分別為1：100um的金相圖。
[0025]圖5為本發(fā)明實施例3中標(biāo)尺比例分別為1：50um的金相圖。
[0026]圖6為本發(fā)明實施例3中標(biāo)尺比例分別為1：100um的金相圖。
[0027]圖7為在350℃下進(jìn)行不同時長的時效處理所得到的合金材料的金相圖。
[0028]圖8為本發(fā)明合金材料在350℃時效不同時間的工程應(yīng)力-應(yīng)變曲線圖。
具體實施方式
[0029]下面將結(jié)合本發(fā)明實施例中的附圖，對本發(fā)明實施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例?；诒景l(fā)明中的實施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。
[0030]實施例1
[0031]本發(fā)明實施例中，一種高強度銅鎳錫合金材料的制備方法，包括如下步驟：
S1、原材料準(zhǔn)備
按照質(zhì)量百分比稱取鎳板9wt%、錫塊6wt%、錳片0.1wt%、鈮片0.2wt%，余量為銅板及不可避免的微量雜質(zhì);鎳純度≥99.9%，錫純度≥99.9%，錳純度≥99.5%，鈮純度≥99.5%，銅純度≥99.9%。
[0032]將稱取好的上述原料放入真空感應(yīng)熔煉爐的坩堝中，抽真空至爐內(nèi)壓力低于Pa，然后充入高純氬氣作為保護(hù)氣體，防止金屬在熔煉過程中氧化。
[0033]S2、熔煉鑄造
改性澆注劑制備：
取適量的天然橡膠乳液，加入其質(zhì)量4%的納米二氧化硅，在65℃下高速攪拌35min，使納米二氧化硅均勻分散在天然橡膠乳液中，得到混合乳液。
[0034]向上述混合乳液中緩慢滴加質(zhì)量分?jǐn)?shù)為12.5%的丙烯酸單體，同時滴加引發(fā)劑過硫酸銨(引發(fā)劑用量為丙烯酸單體質(zhì)量的0.75%)，在75℃下進(jìn)行乳液聚合反應(yīng)2.5h，得到聚合產(chǎn)物。
[0035]將聚合產(chǎn)物用去離子水洗滌4次，然后在55℃下真空干燥5h，得到改性澆注劑。
[0036]以12.5℃/min的升溫速率將爐料加熱至1250℃，使原料充分熔化，并在此溫度下保溫35min，利用電磁攪拌作用確保合金成分均勻混合，然后向熔煉爐內(nèi)加入制備好的改性澆注劑，加入量為合金液質(zhì)量的0.25%，繼續(xù)攪拌17.5min，使其均勻分散在合金液中。
[0037]采用底注式鑄造方法，將熔化均勻且添加了改性澆注劑的合金液澆注到預(yù)熱至350℃的鑄模中，鑄模采用石墨材質(zhì)，以保證良好的脫模性能和鑄錠表面質(zhì)量，得到直徑為80mm的鑄錠。
[0038]S3、均勻化處理
將鑄錠放入電阻加熱爐中，以5-8℃/min的升溫速率加熱至800℃，并在該溫度下保溫8h，消除鑄錠內(nèi)成分的不均勻分布并促進(jìn)晶粒結(jié)構(gòu)的均勻性。
[0039]均勻化處理后，隨爐冷卻至600℃，然后取出空冷至室溫。
[0040]S4、鍛造加工
自由鍛造階段：
對均勻化處理后的鑄錠進(jìn)行加熱，初始鍛造溫度控制在875℃。
[0041]首先采用大噸位水壓機(jī)進(jìn)行鐓粗操作，鐓粗比控制在1.5-2，每次鐓粗的壓下速率控制在5-8mm/s，鐓粗后回爐加熱至原始鍛造溫度，重復(fù)鐓粗2次，以改善鑄錠的內(nèi)部組織均勻性和致密性。
[0042]然后進(jìn)行拔長操作，將鐓粗后的坯料沿軸向進(jìn)行拔長，每次拔長的變形量控制在25%，拔長過程中的送進(jìn)量與單邊壓下量之比控制在0.65，拔長速度控制在4mm/s，每拔長3次后回爐加熱一次，確保坯料溫度在合適的鍛造范圍內(nèi)，經(jīng)過多次拔長操作，使坯料的長度達(dá)到預(yù)定尺寸的1.35倍。
[0043]小變形鍛造階段：
將經(jīng)過自由鍛造的坯料再次加熱至825℃，采用精鍛機(jī)進(jìn)行小變形鍛造。
[0044]精鍛機(jī)的鍛造頻率設(shè)置為90次/min，每次的壓下量控制在2.5mm，通過多次小變形累積，逐步將坯料的橫截面尺寸鍛造至20mm×20mm，同時嚴(yán)格控制鍛造過程中的溫度，避免過熱和過燒，最終鍛造溫度應(yīng)保持在600℃以上。
[0045]鍛造完成后，將鍛件進(jìn)行空冷至室溫，然后進(jìn)行表面清理，去除氧化皮和其他雜質(zhì)，可采用酸洗和機(jī)械打磨相結(jié)合的方法，酸洗溶液采用12.5%的硫酸溶液，酸洗時間控制在12.5min，酸洗后用清水沖洗干凈，再用砂紙進(jìn)行打磨，使表面粗糙度達(dá)到Ra1.2μm。
[0046]S5、固溶淬火
將清理后的鍛件放入鹽浴爐中，鹽浴介質(zhì)采用50%+50%的混合鹽，以11.5℃/min的升溫速率加熱至820℃，并在此溫度下保溫1h，使元素充分溶解到基體中，形成過飽和固溶體，并緩解鍛造過程中產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力。
[0047]固溶處理后，迅速將鍛件從鹽浴爐中取出，放入70℃的熱水中進(jìn)行淬火，淬火時間控制在4min，以保證獲得良好的固溶效果和組織形態(tài)。
[0048]S6、時效處理
將固溶淬火后的合金放入空氣循環(huán)烘箱中，在350℃進(jìn)行720的時效處理以形成強化微觀結(jié)構(gòu)，最長時效時間達(dá)到16h，時效過程中烘箱內(nèi)的溫度波動控制在±5℃以內(nèi)，確保時效效果的一致性。
[0049]時效處理完成后，隨爐冷卻至室溫，得到最終的銅合金材料。
[0050]實施例2
[0051]本實施例與實施例1不同之處在于，在所述步驟S1中，按照質(zhì)量百分比稱取鎳板8wt%、錫塊5wt%，余量為銅板及不可避免的微量雜質(zhì)。
[0052]實施例3
[0053]本實施例與實施例1不同之處在于，在所述步驟S1中，按照質(zhì)量百分比稱取鎳板10wt%、錫塊7wt%、錳片0.2wt%、鈮片0.4wt%，余量為銅板及不可避免的微量雜質(zhì)。
[0054]實施例4
[0055]本實施例與實施例1不同之處在于，在所述步驟S2中，改性澆注劑制備：
取適量的天然橡膠乳液，加入其質(zhì)量3%的納米二氧化硅，在60℃下高速攪拌30min，使納米二氧化硅均勻分散在天然橡膠乳液中，得到混合乳液。
[0056]向上述混合乳液中緩慢滴加質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10%的丙烯酸單體，同時滴加引發(fā)劑過硫酸銨(引發(fā)劑用量為丙烯酸單體質(zhì)量的0.5%)，在70℃下進(jìn)行乳液聚合反應(yīng)2h，得到聚合產(chǎn)物。
[0057]將聚合產(chǎn)物用去離子水洗滌3次，然后在50℃下真空干燥6h，得到改性澆注劑。
[0058]以10℃/min的升溫速率將爐料加熱至1200℃，使原料充分熔化，并在此溫度下保溫30min，利用電磁攪拌作用確保合金成分均勻混合，然后向熔煉爐內(nèi)加入制備好的改性澆注劑，加入量為合金液質(zhì)量的0.2%%，繼續(xù)攪拌15min，使其均勻分散在合金液中。
[0059]實施例5
[0060]本實施例與實施例1不同之處在于，在所述步驟S2中，改性澆注劑制備：
取適量的天然橡膠乳液，加入其質(zhì)量5%的納米二氧化硅，在70℃下高速攪拌40min，使納米二氧化硅均勻分散在天然橡膠乳液中，得到混合乳液。
[0061]向上述混合乳液中緩慢滴加質(zhì)量分?jǐn)?shù)為15%的丙烯酸單體，同時滴加引發(fā)劑過硫酸銨(引發(fā)劑用量為丙烯酸單體質(zhì)量的1%)，在80℃下進(jìn)行乳液聚合反應(yīng)3h，得到聚合產(chǎn)物。
[0062]將聚合產(chǎn)物用去離子水洗滌5次，然后在60℃下真空干燥6h，得到改性澆注劑。
[0063]以15℃/min的升溫速率將爐料加熱至1300℃，使原料充分熔化，并在此溫度下保溫40min，利用電磁攪拌作用確保合金成分均勻混合，然后向熔煉爐內(nèi)加入制備好的改性澆注劑，加入量為合金液質(zhì)量的0.3%，繼續(xù)攪拌20min，使其均勻分散在合金液中。
[0064]實施例6
[0065]本實施例與實施例1不同之處在于，在所述步驟S4中，自由鍛造階段：
對均勻化處理后的鑄錠進(jìn)行加熱，初始鍛造溫度控制在850℃。
[0066]首先采用大噸位水壓機(jī)進(jìn)行鐓粗操作，鐓粗比控制在1.5，每次鐓粗的壓下速率控制在5mm/s，鐓粗后回爐加熱至原始鍛造溫度，重復(fù)鐓粗1次，以改善鑄錠的內(nèi)部組織均勻性和致密性。
[0067]然后進(jìn)行拔長操作，將鐓粗后的坯料沿軸向進(jìn)行拔長，每次拔長的變形量控制在20%%，拔長過程中的送進(jìn)量與單邊壓下量之比控制在0.5，拔長速度控制在3mm/s，每拔長2次后回爐加熱一次，確保坯料溫度在合適的鍛造范圍內(nèi)，經(jīng)過多次拔長操作，使坯料的長度達(dá)到預(yù)定尺寸的1.2倍。
[0068]實施例7
[0069]本實施例與實施例1不同之處在于，在所述步驟S4中，自由鍛造階段：
對均勻化處理后的鑄錠進(jìn)行加熱，初始鍛造溫度控制在900℃。
[0070]首先采用大噸位水壓機(jī)進(jìn)行鐓粗操作，鐓粗比控制在2，每次鐓粗的壓下速率控制在8mm/s，鐓粗后回爐加熱至原始鍛造溫度，重復(fù)鐓粗3次，以改善鑄錠的內(nèi)部組織均勻性和致密性。
[0071]然后進(jìn)行拔長操作，將鐓粗后的坯料沿軸向進(jìn)行拔長，每次拔長的變形量控制在30%，拔長過程中的送進(jìn)量與單邊壓下量之比控制在0.8，拔長速度控制在5mm/s，每拔長4次后回爐加熱一次，確保坯料溫度在合適的鍛造范圍內(nèi)，經(jīng)過多次拔長操作，使坯料的長度達(dá)到預(yù)定尺寸的1.5倍。
[0072]實施例8
[0073]本實施例與實施例1不同之處在于，在所述步驟S4中，小變形鍛造階段：
將經(jīng)過自由鍛造的坯料再次加熱至800℃，采用精鍛機(jī)進(jìn)行小變形鍛造。
[0074]精鍛機(jī)的鍛造頻率設(shè)置為80次/min，每次的壓下量控制在2mm，通過多次小變形累積，逐步將坯料的橫截面尺寸鍛造至20mm×20mm，同時嚴(yán)格控制鍛造過程中的溫度，避免過熱和過燒，最終鍛造溫度應(yīng)保持在600℃以上。
[0075]鍛造完成后，將鍛件進(jìn)行空冷至室溫，然后進(jìn)行表面清理，去除氧化皮和其他雜質(zhì)，可采用酸洗和機(jī)械打磨相結(jié)合的方法，酸洗溶液采用10%的硫酸溶液，酸洗時間控制在10min，酸洗后用清水沖洗干凈，再用砂紙進(jìn)行打磨，使表面粗糙度達(dá)到Ra0.8μm。
[0076]實施例9
[0077]本實施例與實施例1不同之處在于，在所述步驟S4中，小變形鍛造階段：
將經(jīng)過自由鍛造的坯料再次加熱至850℃，采用精鍛機(jī)進(jìn)行小變形鍛造。
[0078]精鍛機(jī)的鍛造頻率設(shè)置為100次/min，每次的壓下量控制在3mm，通過多次小變形累積，逐步將坯料的橫截面尺寸鍛造至20mm×20mm，同時嚴(yán)格控制鍛造過程中的溫度，避免過熱和過燒，最終鍛造溫度應(yīng)保持在600℃以上。
[0079]鍛造完成后，將鍛件進(jìn)行空冷至室溫，然后進(jìn)行表面清理，去除氧化皮和其他雜質(zhì)，可采用酸洗和機(jī)械打磨相結(jié)合的方法，酸洗溶液采用15%的硫酸溶液，酸洗時間控制在15min，酸洗后用清水沖洗干凈，再用砂紙進(jìn)行打磨，使表面粗糙度達(dá)到Ra1.6μm。
[0080]實施例10
[0081]本實施例與實施例1不同之處在于，在所述步驟S6中，將固溶淬火后的合金放入空氣循環(huán)烘箱中，在200C下進(jìn)行時長為720分鐘的時效處理，時效過程中烘箱內(nèi)的溫度波動控制在±5℃以內(nèi)，確保時效效果的一致性。
[0082]實施例11
[0083]本實施例與實施例1不同之處在于，在所述步驟S6中，將固溶淬火后的合金放入空氣循環(huán)烘箱中，在500℃下進(jìn)行時長為720分鐘的時效處理，時效過程中烘箱內(nèi)的溫度波動控制在±5℃以內(nèi)，確保時效效果的一致性。
[0084]實施例12
[0085]本實施例與實施例1不同之處在于，在所述步驟S6中，在350℃下進(jìn)行時長為10分鐘的時效處理。
[0086]實施例13
[0087]本實施例與實施例1不同之處在于，在所述步驟S6中，在350℃下進(jìn)行時長為60分鐘的時效處理。
[0088]實施例14
[0089]本實施例與實施例1不同之處在于，在所述步驟S6中，在350℃下進(jìn)行時長為240分鐘的時效處理。
[0090]實施例15
[0091]本實施例與實施例1不同之處在于，在所述步驟S6中，在350℃下進(jìn)行時長為480分鐘的時效處理。
[0092]實施例16
[0093]本實施例與實施例1不同之處在于，在所述步驟S6中，在350℃下進(jìn)行時長為960分鐘的時效處理。
[0094]對比例1
本對比例與實施例1不同之處在于，在所述步驟S2中，不向熔煉爐內(nèi)加入改性澆注劑。
[0095]對比例2
本對比例與實施例1不同之處在于，在所述步驟S4中，不采用自由鍛造的鍛造方式。
[0096]對比例3
本對比例與實施例1不同之處在于，在所述步驟S4中，不采用小變形鍛造的鍛造方式。
[0097]對比例4
本對比例與實施例1不同之處在于，在所述步驟S5中，不進(jìn)行固溶處理直接進(jìn)行淬火。
[0098]對實施例1中所制備的銅鎳錫合金材料進(jìn)行金相檢驗，得到如圖1、2所示的標(biāo)尺比例分別為1：50um、1：100um的金相圖，根據(jù)圖1、2觀察可知，采用本發(fā)明方法所制備的銅鎳錫合金材料組織晶粒較細(xì)，密度較高，性能較優(yōu)。
[0099]同時，針對上述各個實施例以及對比例中高強度銅鎳錫合金材料的制備方法，分別測試本發(fā)明中制備方法對銅鎳錫合金材的強度性能的影響，具體如下：
1、探究原材料的中材料配比不同對合金材料強度的影響，并且以實施例1-3進(jìn)行實驗對比，結(jié)果如下表1所示，同時對實施例2以及3中所制備的銅鎳錫合金材料進(jìn)行金相檢驗，得到對應(yīng)材料的金相圖，如圖3-圖6所示。
[0100]
檢測樣品抗拉強度(MPa)硬度(HV)實施例1933.44444.02實施例2680.35340.68實施例3852.56410.42
表1
由上述表1，可以得出原材料的配比不同對最終銅鎳錫合金材料的抗拉強度以及硬度有著一定的影響，且通過對比可以得出，實施例1中所得到的合金材料的強度最高，硬度也是最好的，同時結(jié)合圖1-圖6可以看出，實施例1所得到的合金顆粒組織晶粒是最細(xì)的，密度也是最高的。
[0101]2、探究熔煉鑄造、鍛造加工以及時效處理的不同工藝參數(shù)對銅鎳錫合金材料性能的影響。
[0102]以實施例1、4-11作為實驗對比，結(jié)果如下表2所示。
[0103]
檢測樣品抗拉強度(MPa)硬度(HV)實施例1933.44444.02實施例4902.65408.89實施例5899.55402.55實施例6904.35405.63實施例7902.82403.65實施例8903.66404.08實施例9901.55402.86實施例10856.25408.22實施例11865.78411.58
表2
由上述表2，可以得出熔煉鑄造、鍛造加工以及時效處理的不同參數(shù)對最終銅鎳錫合金材料的抗拉強度以及硬度有著一定的影響，且通過對比可以得出，實施例1中所得到的合金材料的強度最高，硬度仍然是最好的，并且熔煉鑄造以及鑄造加工參數(shù)的改變對合金材料的性能改變較小，而時效處理參數(shù)的改變對合金材料的性能改變較大。
[0104]3、進(jìn)一步探究在350℃下進(jìn)行不同時長的時效處理對銅鎳錫合金材料性能的影響。
[0105]以實施例1、12-16作為實驗對比，對上述實施例所制備的合金材料進(jìn)行金相檢驗，結(jié)果如圖7所示;同時繪制合金材料在350℃時效不同時間的工程應(yīng)力-應(yīng)變曲線圖，如圖8所示。
[0106]從圖7和圖8可以得出，在350℃時效下進(jìn)行時長為720分鐘的時效處理所制備得到的合金材料性能較優(yōu)。
[0107]4、進(jìn)一步探究缺省其中關(guān)鍵工藝步驟對銅鎳錫合金材料性能的影響。
[0108]以實施例1、對比例1-4作為實驗對比，結(jié)果如下表3所示。
[0109]
檢測樣品抗拉強度(MPa)硬度(HV)實施例1933.44444.02對比例1720.82358.52對比例2702.53342.66對比例3715.32352.63對比例4692.54339.52
表3
從上述表3可以得出，在缺省關(guān)鍵性的工藝(改性澆注劑的添加工藝、自由鍛造和小變形鍛造相結(jié)合的鍛造工藝方式以及固溶處理工藝)后，最終得到的銅鎳錫合金材料性能存在較為明顯程度的降低。
[0110]對于本領(lǐng)域技術(shù)人員而言，顯然本發(fā)明不限于上述示范性實施例的細(xì)節(jié)，而且在不背離本發(fā)明的精神或基本特征的情況下，能夠以其他的具體形式實現(xiàn)本發(fā)明。因此，無論從哪一點來看，均應(yīng)將實施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本發(fā)明的范圍由所附權(quán)利要求而不是上述說明限定，因此旨在將落在權(quán)利要求的等同要件的含義和范圍內(nèi)的所有變化囊括在本發(fā)明內(nèi)。
[0111]此外，應(yīng)當(dāng)理解，雖然本說明書按照實施方式加以描述，但并非每個實施方式僅包含一個獨立的技術(shù)方案，說明書的這種敘述方式僅僅是為清楚起見，本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)將說明書作為一個整體，各實施例中的技術(shù)方案也可以經(jīng)適當(dāng)組合，形成本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解的其他實施方式。
說明書附圖(8)
聲明：
“高強度銅鎳錫合金材料及其制備方法” 該技術(shù)專利(論文)所有權(quán)利歸屬于技術(shù)(論文)所有人。僅供學(xué)習(xí)研究，如用于商業(yè)用途，請聯(lián)系該技術(shù)所有人。
我是此專利(論文)的發(fā)明人(作者)
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編輯：中冶有色網(wǎng)
來源：國工恒昌新材料（義烏）有限公司
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2025年03月28日 ~ 30日 
