[发明专利]一种Cu15Ni8Sn高强耐磨合金杆/丝的制备方法

说明书

一种Cu15Ni8Sn高强耐磨合金杆/丝的制备方法，该杆/丝材的化学组分是（wt%）：Ni（14.5%～15.5%），Sn（7.5%～8.8%），杂质Mn（0.05%～0.3%），杂质Fe，Zn均不得大于0.5%，其余为Cu。本发明合金杆/丝制备工艺主要为中频无芯感应电炉熔炼及其后续工序。制备工艺流程为：配料→熔炼→铸锭→锻造→轧制退火→酸洗、修磨→多道次拉拔→去氢退火等。该合金杆/丝可应用于化工、机械、电子、航空航天、国防军工、海洋工程、高端制造业等领域。本发明的杆/丝合金元素含量相对较少，易于配料，成本低，且能满足重载抗磨场合下高强度、高耐磨性和耐腐蚀性的技术要求。

技术领域

本发明属于合金材料制备技术领域，具体涉及Ni含量较高的Cu基高强耐磨合金杆/丝的制备技术。

背景技术

在上个世纪70年代，Schwartz等应用透射电子显微镜（TEM）分析技术，观察到了Cu-Ni-Sn系合金时效过程中的调幅分解现象，这为具有调幅分解现象的材料强化提供了理论依据。随后，Plewes在时效之前对Cu-Ni-Sn系合金施以较大的冷加工变形，从而合金塑韧性增强，获得了较高力学性能的合金。目前，在一些重载抗磨场合，精密仪器仪表及电器工业中主要使用的材料是铍青铜，这种材料组织不是很均匀，所制成的杆/丝材横向和纵向性能差异较大，而且热稳定性不高，高温抗应变能力低下等缺点，现需一种Cu-Ni-Sn系合金逐渐取代铍青铜，该种材料具有高强度、高耐磨性以及优异的抗腐蚀性能，而且在高温下还能保持形态稳定的能力。

近年来随着工业技术的发展，人们对合金杆/丝的性能有了较高要求。目前使用的铍青铜是典型的时效析出强化型合金，具体工艺是在760～830℃保温1～2h，使溶质原子铍充分固溶于铜母体中，形成面心立方晶格α相过饱和固溶体。然后在320～340℃下保温2～3h，脱溶析出形成γ相，与母体共格而强化基体。而铍原子在高温下会形成氧化铍（BeO），大量的氧化铍会附着在毛坯表面，在之后的拉制、机加工和抛光等操作中，细小的颗粒粉尘会悬浮在空气中，造成环境污染，如果操作工人吸入过量，还会造成中毒等。所以需发明一种具有高强度、高耐磨性、高弹性和优良抗腐蚀性能的合金材料取代铍青铜，Cu-Ni-Sn系合金是一种非常具有发展前景的Cu基高强耐磨合金，可代替铍青铜用以制备一些重载抗磨场合，精密仪器仪表及电器工业中的合金杆/丝材。这种杆/丝材的合金元素含量相对较少，易于配料，成本低。

发明内容

本发明的目的是提供一种Cu15Ni8Sn高强耐磨合金杆/丝的制备方法。

本发明是一种Cu15Ni8Sn高强耐磨合金杆/丝的制备方法，其步骤为：

（1）配料；按重量百分比计，其组分为：Ni 14.5%～15.5%，Sn 7.5%～8.8%，杂质Mn0.05%～0.3%，杂质Fe，Zn均不得大于0.5%，其余为Cu；

（2）熔炼；将电解铜和纯镍加入到中频无芯感应电炉中，逐渐升温至原料开始融化时，在炉内通入氮气将空气排出，为了防止熔炼过程中吸收空气，可将木炭覆盖在熔体表面，在1320℃～1380℃熔炼，加入精炼剂、脱氧剂后搅拌，再加入晶粒细化剂和变质剂，最后进行扒渣处理；

（3）铸锭；将脱硫、脱氧和脱磷后的金属液进行精炼制成φ100mm的铸锭；

（4）锻造；将铸锭放入加热炉中加热至1110℃～1200℃后进行自由锻；

（5）轧制退火；采用步进式加热炉加热，将锻造后的合金坯进行热轧；

（6）酸洗、修磨；用硫酸清洗轧制后的棒材，去除表面的氧化皮和锈蚀物；

（7）多道次拉拔；将棒材进行5～8次的拉拔；

（8）去氢退火；将拉拔后的杆/丝材在520℃～600℃的温度下保温2h～3h，保温结束后随炉冷却。