一种提高Cu-Ni-Mn-Fe合金力学性能的方法

摘要

本发明公开了一种提高Cu‑Ni‑Mn‑Fe合金力学性能的方法，首先对真空感应熔炼后的Cu‑Ni‑Mn‑Fe合金铸锭进行固溶处理，然后对固溶处理后的Cu‑Ni‑Mn‑Fe合金在低温液氮环境中进行形变处理，再依次进行时效处理与电脉冲处理，得到力学性能得到提高的Cu‑Ni‑Mn‑Fe合金。本发明的目的是提供一种提高Cu‑Ni‑Mn‑Fe合金力学性能的方法，解决了现有强化方式下Cu‑Ni‑Mn‑Fe合金易出现脆性断裂的问题。

权利要求

1.一种提高Cu-Ni-Mn-Fe合金力学性能的方法，其特征在于，首先对真空感应熔炼后的Cu-Ni-Mn-Fe合金铸锭进行固溶处理，然后将经固溶处理后的Cu-Ni-Mn-Fe合金铸锭加工成板材并对合金板材表面进行打磨，再在低温液氮环境下进行形变处理，最后依次进行时效处理与电脉冲处理，得到力学性能得到提高的Cu-Ni-Mn-Fe合金；

所述电脉冲处理的具体过程为：对经时效处理后的Cu-Ni-Mn-Fe合金板材表面进行打磨，然后设定充电电压为60V，脉冲频率为275～375Hz，待Cu-Ni-Mn-Fe合金电脉冲处理时间达到90～180s后，空冷。

2.根据权利要求1所述的一种提高Cu-Ni-Mn-Fe合金力学性能的方法，其特征在于，所述对真空感应熔炼后的Cu-Ni-Mn-Fe合金铸锭进行固溶处理的具体过程为：将真空感应熔炼后的Cu-Ni-Mn-Fe合金铸锭置于箱式电阻炉中，设定固溶温度为520℃，保温时间为

60min，水淬至室温。

3.根据权利要求1所述的一种提高Cu-Ni-Mn-Fe合金力学性能的方法，其特征在于，所述形变处理中控制合金变形量为20～75％，形变过程每次变形前在液氮中浸泡20～30min。

4.根据权利要求1所述的一种提高Cu-Ni-Mn-Fe合金力学性能的方法，其特征在于，所述时效处理的具体过程为：将经低温液氮环境下形变处理后的Cu-Ni-Mn-Fe合金板材置于箱式电阻炉中，设定时效温度为430℃，保温时间为72h，空冷。

5.根据权利要求1所述的一 种提高Cu-Ni-Mn-Fe合金力学性能的方法，其特征在于，所述电脉冲处理的整个电脉冲处理过程在TDHM-2型设备上完成。

说明书

一种提高Cu-Ni-Mn-Fe合金力学性能的方法

技术领域

[0001] 本发明属于有色金属材料强韧化方法技术领域，具体涉及一种提高Cu-Ni-Mn-Fe合金力学性能的方法。

背景技术

[0002] Cu-Ni-Mn-Fe合金是在锰白铜中加入少量Fe元素形成的一种新型超高强度弹性铜合金。该合金具有良好的高温性能，在400℃下仍能保持较高的强度和硬度，抗应力腐蚀性能好，导电、导热性能好，因而是特种机电工程领域的理想材料。目前，主要采用传统的固溶时效强化方式来提高Cu-Ni-Mn-Fe合金力学性能。但由于Cu-Ni-Mn-Fe合金是一种多组元铜合金，合金中溶质含量大于40wt％，溶质元素的添加改变了Cu基体的晶格常数，导致其物理性能、力学性能及铸造性能与纯Cu相比发生了很大变化，合金凝固组织中存在粗大的树枝晶和大尺寸初生相，造成严重地成分偏析。因此，现有的固溶时效强化方式虽然可以获得高强度Cu-Ni-Mn-Fe合金，但晶界间化合物的聚集以及合金组织中成分偏析等严重影响了合金的塑性，导致在一些重要零部件使用过程中往往会出现脆性断裂。

发明内容

[0003] 本发明的目的是提供一种提高Cu-Ni-Mn-Fe合金力学性能的方法，解决了现有强化方式下Cu-Ni-Mn-Fe合金易出现脆性断裂的问题。

[0004] 本发明所采用的技术方案是，一种提高Cu-Ni-Mn-Fe合金力学性能的方法，首先对真空感应熔炼后的Cu-Ni-Mn-Fe合金铸锭进行固溶处理，然后对固溶处理后的Cu-Ni-Mn-Fe合金在低温液氮环境中进行形变处理，再依次进行时效处理与电脉冲处理，得到力学性能得到提高的Cu-Ni-Mn-Fe合金。

[0005] 本发明的特征还在于，

[0006] 对真空感应熔炼后的Cu-Ni-Mn-Fe合金铸锭进行固溶处理的具体过程为：将真空感应熔炼后的Cu-Ni-Mn-Fe合金铸锭置于箱式电阻炉中，设定固溶温度为520℃，保温时间为60min，水淬至室温。

[0007] 对固溶处理后的Cu-Ni-Mn-Fe合金在低温液氮环境中进行形变处理的具体过程为：将经固溶处理后的Cu-Ni-Mn-Fe合金铸锭加工成板材并对合金板材表面进行打磨，然后在低温液氮环境下进行形变处理。

[0008] 形变处理中控制合金变形量为20～75％，形变过程每次变形前在液氮中浸泡20～30min。

[0009] 时效处理的具体过程为：将经低温液氮环境下形变处理后的Cu-Ni-Mn-Fe合金板材置于箱式电阻炉中，设定时效温度为430℃，保温时间为72h，空冷。

[0010] 电脉冲处理的具体过程为：对经时效处理后的Cu-Ni-Mn-Fe合金板材表面进行打磨，然后设定充电电压为60V，脉冲频率为275～375Hz，待Cu-Ni-Mn-Fe合金电脉冲处理时间达到90～180s后，空冷。

[0011] 电脉冲处理的整个电脉冲处理过程在TDHM-2型设备上完成。

[0012] 本发明的有益效果是，本发明本发明一种提高Cu-Ni-Mn-Fe合金力学性能的方法，通过对固溶处理后的Cu-Ni-Mn-Fe合金进行低温形变处理，在合金组织中引入了更多的位错或孪晶，有效地促进了合金时效过程沉淀相的充分析出，保证合金热处理后获得了更高的强度。其次引入电脉冲处理工艺，促进了合金晶界处快速发生回复与再结晶，消除了形变过程部分位错缠结，最终获得了综合力学性能良好的Cu-Ni-Mn-Fe合金，其抗拉强度可达1080MPa以上，伸长率大于12％。

附图说明

[0013] 图1是传统固溶时效处理后的Cu-Ni-Mn-Fe合金组织照片；

[0014] 图2是本发明实施例2低温形变时效与电脉冲处理后的Cu-Ni-Mn-Fe合金组织照片；

[0015] 图3是实施例2低温形变时效与电脉冲处理后的Cu-Ni-Mn-Fe合金应力应变曲线；

[0016] 图4是实施例1-3低温形变时效与电脉冲处理后的Cu-Ni-Mn-Fe合金硬度的统计结果；

[0017] 图5为实施2与传统热处理处理后的Cu-Ni-Mn-Fe合金硬度及抗拉强度的对比。

具体实施方式

[0018] 下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。

[0019] 一种提高Cu-Ni-Mn-Fe合金力学性能的方法，首先对真空感应熔炼后的Cu-Ni-Mn-Fe合金铸锭置于箱式电阻炉中，设定固溶温度为520℃，保温时间为60min，水淬至室温进行固溶处理，然后对固溶处理后的Cu-Ni-Mn-Fe合金加工成板材并对合金板材表面进行打磨，再在低温液氮环境中进行形变处理，控制合金变形量为20～75％，形变过程每次变形前在液氮中浸泡20～30min，再依次将经低温液氮环境下形变处理后的Cu-Ni-Mn-Fe合金板材置于箱式电阻炉中，设定时效温度为430℃，保温时间为72h，空冷进行时效处理，最后，对经时效处理后的Cu-Ni-Mn-Fe合金板材表面进行打磨，然后设定充电电压为60V，脉冲频率为275～375Hz，处理时间为90～180s，待Cu-Ni-Mn-Fe合金电脉冲处理时间达到90～180s后，空冷，得到力学性能得到提高的Cu-Ni-Mn-Fe合金，电脉冲处理的整个电脉冲处理过程在TDHM-2型设备上完成。

[0020] 低温形变处理会抑制Cu-Ni-Mn-Fe合金组织在变形过程中发生动态回复与再结晶，使合金组织中位错密度进一步提高，在后期时效处理过程中，由于沉淀/位错的相互作用，促进了后期时效强化过程沉淀析出，获得了更高强度的Cu-Ni-Mn-Fe合金。其次，低温下变形处理会细化合金晶粒，从而产生细晶强化作用。低温形变也会引发合金组织中变形孪晶的产生，有助于改善合金塑韧性。然后，采用电脉冲处理工艺对低温形变时效处理后的Cu-Ni-Mn-Fe合金通入脉冲电流，从而在合金中瞬时产生大量定向漂移的自由电子，促进了合金晶界处快速发生回复与再结晶，消除了形变过程部分位错缠结，从而提高了Cu-Ni-Mn-Fe合金的塑性。

[0021] 本发明一种提高Cu-Ni-Mn-Fe合金力学性能的方法，采用低温形变时效与电脉冲处理相结合的方式制备的Cu-Ni-Mn-Fe合金晶粒细小，晶界处发生回复与再结晶消除了部分脆生相，所制得的Cu-Ni-Mn-Fe合金具有良好的综合力学性能，塑性高，其抗拉强度可达1080MPa，伸长率大于12％，该方法工艺周期短，强化效果显著，绿色环保。

[0022] 实施例1

[0023] 低温形变时效与电脉冲处理相结合的方式制备综合力学性能良好的Cu-Ni-Mn-Fe合金，将Cu-Ni-Mn-Fe合金铸锭置于SX-10-12型箱式电阻炉中，设定固溶温度为520℃，保温时间为60min，水淬至室温。

[0024] 将固溶处理后的Cu-Ni-Mn-Fe合金铸锭加工成板状并对合金表面进行打磨，然后在低温液氮环境下进行形变处理，控制合金变形量为25％，形变过程每道次变形前在液氮中浸泡25min。其次，将低温形变处理后的Cu-Ni-Mn-Fe合金板材置于箱式电阻炉中，设定时效温度为430℃，保温时间为72h，空冷。

[0025] 对时效处理后的Cu-Ni-Mn-Fe合金板材表面进行打磨，将合金板材夹持在TDHM-2型电脉冲处理设备电极两端，设定充电电压为60V，脉冲频率为375Hz，待Cu-Ni-Mn-Fe合金电脉冲处理时间达到120s后，空冷，最终得到力学性能良好的Cu-Ni-Mn-Fe合金，其硬度可达HB320，抗拉强度可达930MPa，伸长率可达10％。

[0026] 实施例2

[0027] 低温形变时效与电脉冲处理相结合的方式制备综合力学性能良好的Cu-Ni-Mn-Fe合金，将Cu-Ni-Mn-Fe合金铸锭置于SX-10-12型箱式电阻炉中，设定固溶温度为520℃，保温时间为60min，水淬至室温。

[0028] 将固溶处理后的Cu-Ni-Mn-Fe合金铸锭加工成板状并对合金表面进行打磨，然后在低温液氮环境下进行形变处理，控制合金变形量为50％，形变过程每道次变形前在液氮中浸泡30min。其次，将低温形变处理后的Cu-Ni-Mn-Fe合金板材置于箱式电阻炉中，设定时效温度为430℃，保温时间为72h，空冷。

[0029] 对时效处理后的Cu-Ni-Mn-Fe合金板材表面进行打磨，将合金板材夹持在TDHM-2型电脉冲处理设备电极两端，设定充电电压为60V，脉冲频率为300Hz，待Cu-Ni-Mn-Fe合金电脉冲处理时间达到180s后，空冷，最终得到力学性能良好的Cu-Ni-Mn-Fe合金，其硬度可达HB370，抗拉强度可达1080MPa，伸长率可达12％。

[0030] 图1是传统固溶时效处理后的Cu-Ni-Mn-Fe合金组织，呈现粗大树枝晶方式生长，晶界处未出现细小的再结晶晶粒。图2为本实施例低温形变时效与电脉冲处理相结合的方式得到的Cu-Ni-Mn-Fe合金组织，可以看出，低温形变时效处理后Cu-Ni-Mn-Fe合金粗大树枝晶晶粒明显得到细化，晶粒弯曲变形，组织更加均匀。随后经过电脉冲处理后，合金在短时间内发生回复与再结晶，晶界处产生细小的再结晶晶粒，减弱了原始晶界脆性，使Cu-Ni-Mn-Fe合金在保持高强度的同时具有较高的伸长率。

[0031] 图3为本实施例低温形变时效与电脉冲处理相结合的方式得到的Cu-Ni-Mn-Fe合金进行拉伸实验，所获得的应力应变曲线，从图3中可以看到该实施例下Cu-Ni-Mn-Fe合金抗拉强度为1080MPa，伸长率为12％。

[0032] 实施例3

[0033] 低温形变时效与电脉冲处理相结合的方式制备综合力学性能良好的Cu-Ni-Mn-Fe合金，将Cu-Ni-Mn-Fe合金铸锭置于SX-10-12型箱式电阻炉中，设定固溶温度为520℃，保温时间为60min，水淬至室温。

[0034] 将固溶处理后的Cu-Ni-Mn-Fe合金铸锭加工成板状并对合金表面进行打磨，然后在低温液氮环境下进行形变处理，控制合金变形量为38％，形变过程每道次变形前在液氮中浸泡28min。其次，将低温形变处理后的Cu-Ni-Mn-Fe合金板材置于箱式电阻炉中，设定时效温度为430℃，保温时间为72h，空冷。

[0035] 对时效处理后的Cu-Ni-Mn-Fe合金板材表面进行打磨，将合金板材夹持在TDHM-2型电脉冲处理设备电极两端，设定充电电压为60V，脉冲频率为350Hz，待Cu-Ni-Mn-Fe合金电脉冲处理时间达到180s后，空冷，最终得到力学性能良好的Cu-Ni-Mn-Fe合金，其硬度可达HB340，抗拉强度可达980MPa，伸长率可达15％。

[0036] 图4是实施例1-3低温形变时效与电脉冲处理后的Cu-Ni-Mn-Fe合金硬度的统计结果；从图4可以看到，通过调整低温形变变形量与电脉冲处理工艺参数，能够获得综合力学性能良好的Cu-Ni-Mn-Fe合金。

[0037] 图5为实施例2低温形变时效电脉冲处理与传统热处理方式下Cu-Ni-Mn-Fe合金极限抗拉强度与伸长率对比图，能够更好地的说明低温形变时效结合电脉冲处理后能够获得综合力学性能良好的Cu-Ni-Mn-Fe合金。

[0038] 实施例4

[0039] 低温形变时效与电脉冲处理相结合的方式制备综合力学性能良好的Cu-Ni-Mn-Fe合金，将Cu-Ni-Mn-Fe合金铸锭置于SX-10-12型箱式电阻炉中，设定固溶温度为520℃，保温时间为60min，水淬至室温。

[0040] 将固溶处理后的Cu-Ni-Mn-Fe合金铸锭加工成板状并对合金表面进行打磨，然后在低温液氮环境下进行形变处理，控制合金变形量为75％，形变过程每道次变形前在液氮中浸泡20min。其次，将低温形变处理后的Cu-Ni-Mn-Fe合金板材置于箱式电阻炉中，设定时效温度为430℃，保温时间为72h，空冷。

[0041] 对时效处理后的Cu-Ni-Mn-Fe合金板材表面进行打磨，将合金板材夹持在TDHM-2型电脉冲处理设备电极两端，设定充电电压为60V，脉冲频率为300Hz，待Cu-Ni-Mn-Fe合金电脉冲处理时间达到90s后，空冷，最终得到力学性能良好的Cu-Ni-Mn-Fe合金，其硬度可达HB320，抗拉强度可达850MPa，伸长率可达18％。

[0042] 实施例5

[0043] 低温形变时效与电脉冲处理相结合的方式制备综合力学性能良好的Cu-Ni-Mn-Fe合金，将Cu-Ni-Mn-Fe合金铸锭置于SX-10-12型箱式电阻炉中，设定固溶温度为520℃，保温时间为60min，水淬至室温。

[0044] 将固溶处理后的Cu-Ni-Mn-Fe合金铸锭加工成板状并对合金表面进行打磨，然后在低温液氮环境下进行形变处理，控制合金变形量为75％，形变过程每道次变形前在液氮中浸泡20min。其次，将低温形变处理后的Cu-Ni-Mn-Fe合金板材置于箱式电阻炉中，设定时效温度为430℃，保温时间为72h，空冷。

[0045] 对时效处理后的Cu-Ni-Mn-Fe合金板材表面进行打磨，将合金板材夹持在TDHM-2型电脉冲处理设备电极两端，设定充电电压为60V，脉冲频率为325Hz，待Cu-Ni-Mn-Fe合金电脉冲处理时间达到120s后，空冷，最终得到力学性能良好的Cu-Ni-Mn-Fe合金，其硬度可达HB270，抗拉强度可达780MPa，伸长率可达20％。