[发明专利]高强亚稳态弹性铜合金及其制备方法

说明书

本发明涉及有色金属材料制备领域，公开了一种高强亚稳态弹性铜合金及其制备方法，所述高强弹性铜合金成分按质量分数为：Al:9.5‑10.5％，Mn:11.5‑12.5％，Fe:0.5‑1.5％，余量为Cu，所述制备方法比起常见弹性铜合金更为简单，比起常见的铝青铜制备方法增加了亚稳态处理。本发明的弹性铜合金比起常用的高强弹性铜合金成本低，更耐蚀，且不含对环境有害元素。合金的抗拉强度≥1000MPa，延伸率≥6％，合金的抗软化温度超过300℃，基于这些特点，本发明铜合金能够应用于对强度、耐热耐蚀性能要求高的场合，如化工设备用高强弹簧垫片、接触弹簧，腐蚀环境下的仪器仪表中的弹性元件。

技术领域

本发明属于有色金属材料制备领域，具体地涉及一种低成本的高强亚稳态弹性铜合金及其制备方法。

背景技术

弹性铜合金由于具有耐蚀、高强、无磁性等特点，一直是工业设备与仪器制造中很重要的一类弹性材料，其中高强度弹性铜合金主要应用于压力弹性接触片、弹簧垫片、弹性储能器件等缓冲、储能场合。随着工业生产仪器设备使用要求的日益提高和使用环境的日益苛刻，对于弹性铜合金的强度和耐热耐蚀性的要求也随之提高。

目前常用的弹性铜合金有Cu-Be合金、Cu-Ni合金。Cu-Be合金是高强弹性铜合金的代表，这类合金硬态的典型性能是抗拉强度750-1100MPa，延伸率2％-12％，广泛用于做弹簧材料。但由于合金中含有Be，所以不仅合金的成本高，而且在生产和使用过程中会产生有毒释放物，目前在很多场合下铍青铜正逐渐被其它的环境友好型高强铜合金所替代。此外，合金的耐热性不高，超过200℃就有加速失效的可能。

Cu-Ni系合金中的弹性铜合金有Cu-Ni-Sn、Cu-Ni-Mn合金，这类合金的抗拉强度约800MPa-950MPa，延伸率约4％-12％。这类合金中由于含Ni、Sn等金属，因此不仅成本高，而且在熔炼铸造时容易吸气，给最终产品性能带来不良影响。

此外，Cu-Be与Cu-Ni系列的弹性铜合金的生产工艺中都包含有固溶和时效工序，不仅增加了生产成本，而且也给工艺控制增加了难度。

鉴于以上所述情况，开发一种成本低廉、生产工艺简单、强度≥1000MPa，延伸率≥5％的环保型弹性铜合金，用于替代部分现有的高强弹性铜合金，就成为现代仪器设备制造中的一项迫切需求。

现有的弹性铜合金主要以沉淀强化的形式来提高铜合金的机械性能，这一强化机制的缺点就在于基体需要通过固溶处理产生溶质原子的过饱和分布，这就给合金生产带来了难度。

发明内容

本发明的目的是为了克服现有技术存在的上述问题，提供一种低成本的高强环保型的弹性铜合金及其制备方法，以满足工业生产中对这类合金零器件的高性能且制备工艺简单的要求，本发明通过形成亚稳态金属基体以及基体在低温多级时效过程中自发有序化来实现弹性铜合金的强化，通过控制合金成分和热加工方法，即可不需固溶，不需热加工后水冷，只需空冷即可保留CuAlMn合金的高温亚稳态结构，进而在低温多级时效过程中自动形成有序结构最终实现合金的强化。

为了实现上述目的，本发明一方面提供一种高强亚稳态弹性铜合金，所述高强亚稳态弹性铜合金的成分按质量分数配比包括：Al:9.5-10.5％，Mn:11.5-12.5％，Fe:0.5-1.5％，余量为Cu，所述弹性铜合金金相组织包括单一的亚稳态β相组织。

优选地，所述弹性铜合金的抗拉强度≥1000MPa，延伸率≥6％，抗软化温度超过300℃。

通过选择Al与Mn的元素含量配比，可使合金成品组织有单一的亚稳态β相组织，且通过元素配比的控制可保证β相具有高的热稳定性，这样不仅合金热加工后空冷即可得到亚稳的β相，为简化生产工艺奠定组织基础，而且由于β相在多级时效过程中会发生有序强化，所以本发明的合金具有良好的机械性能。

本发明另一方面提供一种上述高强亚稳态弹性铜合金的制备方法，该方法包括以下步骤：