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CN106756227A - 一种高弹性、耐海水腐蚀的铜合金 - Google Patents

一种高弹性、耐海水腐蚀的铜合金 Download PDF

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CN106756227A CN201710092266.7A CN201710092266A CN106756227A CN 106756227 A CN106756227 A CN 106756227A CN 201710092266 A CN201710092266 A CN 201710092266A CN 106756227 A CN106756227 A CN 106756227A
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李小兵
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刘以新
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陈君
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Abstract

本发明一种高弹性、耐海水腐蚀的铜合金，铜合金熔炼时加入的合金元素及其重量百分含量为：Ni：15.0~17.0%，Sn 8%~10%，Cr、Mn、Nb、Si、Zr和Ti中的至少一种，且Cr、Mn、Nb、Si、Zr、Ti总量为0.03%~0.3%，余量为Cu。本发明所得的合金具有良好的强度和弹性，具有良好的耐海水腐蚀特性。

Description

一种高弹性、耐海水腐蚀的铜合金
技术领域
本发明涉及一种铜合金，尤其是涉及一种具有高弹性且耐海水腐蚀的铜合金，属于合金材料技术领域。
背景技术
铜镍合金是以镍为主要添加元素的铜基合金，呈银白色，有金属光泽，故俗称白铜；其突出特性是耐海水冲击性能强、抗海水腐蚀性好、抵抗抗海洋污损特性突出。除此之外，白铜还具有良好的冷热加工性能和良好的焊接性能。因此，铜镍合金被广泛应用在船舰制造业，常见的有作为航母的飞机起落架、海水管系、发电设备冷凝器。
但是，应用于海洋船舶方面的铜镍合金常因合金的微观偏析，造成防腐性能下降，严重危害了海洋船舶方面的应用安全。为了减少偏析，国内外学者研究发现，加入其他合金元素或者稀土元素可以有效减少偏析。如添加Si和Al 的Cu-Ni-Sn合金以改善Sn的偏析现象。对在对改善海洋微生物对船舶用合金的防污和海水对合金的防腐的势在必行，若要扩大铜镍锡合金在海洋工程中的应用，就必须寻求方法减少或消除铜镍锡中锡的偏析，这对我国海洋开发乃至国防都有重大意义。
发明内容
解决的技术问题：本发明提供了一种高弹性、耐海水腐蚀的铜合金，其在CuNiSn合金中加入Cr、Mn、Nb、Si、Zr、 Ti微量元素，使白铜的性能有效地提高。
为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：
一种高弹性、耐海水腐蚀的铜合金，其特征在于：铜合金熔炼时加入的合金元素及其重量百分含量为：
Ni：15.0~17.0%，
Sn 8%~10%，
Cr、Mn、Nb、Si、Zr和Ti中的至少一种，
且Cr、Mn、Nb、Si、Zr、 Ti总量为0.03%~0.3%，余量为Cu。
本发明一种高弹性、耐海水腐蚀的铜合金，合金添加微量元素Cr、Mn、Nb、Si、Zr和Ti时的重量百分比为：
Cr 0.03%~0.3%，
Mn 0.03%~0.3%，
Nb 0.03%~0.3%，
Si 0.03%~0.3%，
Zr 0.03%~0.3%，
Ti 0.03%~0.3%。
所添加微量元素的作用：
Cr：延缓调幅分解过程，提高合金强度，改善淬火时效样品的塑性。
Mn：延缓或加速合金时效和形变时效过程，提高最佳时效温度，增强硬化效果和在酸中的耐蚀性。
Nb：促进白铜合金的Spinodal分解，加速其Spinodal分解的强化，但同时也促进晶界析出相的长大。亦能细化白铜合金的晶粒，改善其强度和塑性。
Si：固溶之余的Si主要与Ni结合形成Ni2Si和Ni3Si相。由于Ni3Si相难溶于基体，在晶界上析出，占据不连续沉淀物的形核位置，从而起到抑制不连续沉淀物的行核、长大和不连续沉淀物前沿界面移动的作用。而Ni2Si相则相反，经固溶处理后，有大部分Ni2Si相固溶于基体形成过饱和的固溶体。时效过程中，析出的Ni2Si相起到与Ni3Si相相同的作用。
Zr：有效地推迟合金晶界上的连续沉淀过程，因此能有效地促进白铜合金的调幅分解过程，并有效地改善该合金的强度和延性。
Ti：可细化合金的晶粒并提高合金的强度和塑性性能。Ti含量超过0.3％时，Ti能与基体中的Ni结合生成新的第二相Ni3Ti，从而有效地抑制合金中的γ第二相的析出，推迟硬度到达峰值的时效时间，同时，也使胞状组织的生长得到抑制。
本发明一种高弹性、耐海水腐蚀的铜合金，熔炼时先加入CuNiSn原料，待CuNiSn原料熔化后，分别加入Cr、Mn、Nb、Si、Zr或Ti纯金属单质中的至少一种，熔炼后进行热处理。
本发明一种高弹性、耐海水腐蚀的铜合金，熔炼时当Cr、Mn、Nb、Si、Zr或Ti纯金属单质投料完成后再加入覆盖剂；覆盖剂的添加顺序为先添加冰晶石、后添加硼砂、最后覆盖一层木炭。
本发明一种高弹性、耐海水腐蚀的铜合金，所述熔炼温度为1100~1300℃。
本发明一种高弹性、耐海水腐蚀的铜合金，熔炼后热处理时：固溶温度为700~850℃，保温1~5h，水淬火，时效温度为300~450℃，保温2~6h。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
与其他弹性铜合金相比，本发明的高弹性、耐海水腐蚀白铜合金无论在强度、导电性还是弹性方面、耐腐蚀、加工性能方面都是非常优良的。微量合金元素的加入解决了白铜合金中Sn元素的偏析导致组织不均匀问题。
本发明的高弹性、耐海水腐蚀的白铜合金的抗拉强度σb ≧930MPa，塑性延伸率δ≧8%，，耐海水腐蚀性好。该铜合金具有高弹性、高强度、高疲劳性，可以广泛的应用于制造仪器、仪表、医疗器械。
具体实施方案
本发明涉及的一种高弹性、耐海水腐蚀的铜合金，铜合金熔炼时加入的合金元素及其重量百分含量为：
Ni：15.0~17.0%，
Sn 8%~10%，
Cr、Mn、Nb、Si、Zr和Ti中的至少一种，
且Cr、Mn、Nb、Si、Zr、 Ti总量为0.03%~0.3%，余量为Cu。
其中，合金添加微量元素Cr、Mn、Nb、Si、Zr和Ti时的重量百分比为：
Cr 0.03%~0.3%，
Mn 0.03%~0.3%，
Nb 0.03%~0.3%，
Si 0.03%~0.3%，
Zr 0.03%~0.3%，
Ti 0.03%~0.3%。
本发明涉及的一种高弹性、耐海水腐蚀的铜合金，其在熔炼时先加入CuNiSn原料，待CuNiSn原料熔化后，分别加入Cr、Mn、Nb、Si、Zr、 Ti纯金属单质，熔炼温度控制为1100~1300℃；熔炼后进行热处理，固溶温度为700~850℃，保温1~5h，水淬火，时效温度为300~450℃，保温2~6h。
进一步的，其中熔炼时的投料顺序为：先加入CuNiSn原料，熔化后，分别加入Cr、Mn、Nb、Si、Zr、 Ti纯金属单质；投料完成后再加入覆盖剂。覆盖剂的添加顺序为先添加冰晶石，后添加硼砂最后覆盖一层木炭。其中，熔炼采用真空感应炉熔炼，熔炼温度为1100~1300℃。合金精炼脱气除氧和其他有害杂质，出料成型。成品经后续热处理，具体工艺为固溶温度为700~850℃，保温1~5h，水淬火，时效温度为300~450℃，保温2~6h。
下面结合六个具体实施例实验进行说明：
实施例1
（1）熔炼：采用真空感应炉熔炼，合金的加入顺序为CuNiSn原料、单质Cr、冰晶石、硼砂、木炭。熔炼温度为1100~1300℃。合金精炼脱气除氧和其他有害杂质，出料成型。
（2）热处理：固溶温度为700~850℃，保温1~5h，水淬火，时效温度为300~450℃，保温2~6h。
实施例2
（1）熔炼：采用真空感应炉熔炼，合金的加入顺序为CuNiSn原料、单质Mn、冰晶石、硼砂、木炭。熔炼温度为1100~1300℃。合金精炼脱气除氧和其他有害杂质，出料成型。
（2）热处理：固溶温度为700~850℃，保温1~5h，水淬火，时效温度为300~450℃，保温2~6h。
实施例3
（1）熔炼：采用真空感应炉熔炼，合金的加入顺序为CuNiSn原料、单质Nb、冰晶石、硼砂、木炭。熔炼温度为1100~1300℃。合金精炼脱气除氧和其他有害杂质，出料成型。
（2）热处理：固溶温度为700~850℃，保温1~5h，水淬火，时效温度为300~450℃，保温2~6h。
实施例4
（1）熔炼：采用真空感应炉熔炼，合金的加入顺序为CuNiSn原料、单质Si、冰晶石、硼砂、木炭。熔炼温度为1100~1300℃。合金精炼脱气除氧和其他有害杂质，出料成型。
（2）热处理：固溶温度为700~850℃，保温1~5h，水淬火，时效温度为300~450℃，保温2~6h。
实施例5
（1）熔炼：采用真空感应炉熔炼，合金的加入顺序为CuNiSn原料、单质Zr、冰晶石、硼砂、木炭。熔炼温度为1100~1300℃。合金精炼脱气除氧和其他有害杂质，出料成型。
（2）热处理：固溶温度为700~850℃，保温1~5h，水淬火，时效温度为300~450℃，保温2~6h。
实施例6
（1）熔炼：采用真空感应炉熔炼，合金的加入顺序为CuNiSn原料、单质Ti、冰晶石、硼砂、木炭。熔炼温度为1100~1300℃。合金精炼脱气除氧和其他有害杂质，出料成型。
（2）热处理：固溶温度为700~850℃，保温1~5h，水淬火，时效温度为300~450℃，保温2~6h。
表1 为实施例1-6合金成分配方表（wt.%）
表2为 实施例1-6合金性能表

Claims (6)

1.一种高弹性、耐海水腐蚀的铜合金，其特征在于：铜合金熔炼时加入的合金元素及其重量百分含量为：
Ni：15.0~17.0%，
Sn 8%~10%，
Cr、Mn、Nb、Si、Zr和Ti中的至少一种，
且Cr、Mn、Nb、Si、Zr、 Ti总量为0.03%~0.3%，余量为Cu。
2.如权利要求1所述一种高弹性、耐海水腐蚀的铜合金，其特征在于：合金添加微量元素Cr、Mn、Nb、Si、Zr和Ti时的重量百分比为：
Cr 0.03%~0.3%，
Mn 0.03%~0.3%，
Nb 0.03%~0.3%，
Si 0.03%~0.3%，
Zr 0.03%~0.3%，
Ti 0.03%~0.3%。
3.如权利要求2所述一种高弹性、耐海水腐蚀的铜合金，其特征在于：熔炼时先加入CuNiSn原料，待CuNiSn原料熔化后，分别加入Cr、Mn、Nb、Si、Zr或Ti纯金属单质中的至少一种，熔炼后进行热处理。
4.如权利要求2所述一种高弹性、耐海水腐蚀的铜合金，其特征在于：熔炼时当Cr、Mn、Nb、Si、Zr或Ti纯金属单质投料完成后再加入覆盖剂；覆盖剂的添加顺序为先添加冰晶石、后添加硼砂、最后覆盖一层木炭。
5.如权利要求2所述一种高弹性、耐海水腐蚀的铜合金，其特征在于：所述熔炼温度为1100~1300℃。
6.如权利要求2所述一种高弹性、耐海水腐蚀的铜合金，其特征在于：熔炼后热处理时：固溶温度为700~850℃，保温1~5h，水淬火，时效温度为300~450℃，保温2~6h。
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