一種連續(xù)鑄造的航空航天領(lǐng)域用的合金管及其制造方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種連續(xù)鑄造的航空航天領(lǐng)域用的合金管及其制造方法，合金管的重量百分?jǐn)?shù)組份組成為，鎳：20-25％，錫：8-12％，鋁：9-11％，錳：1-3％，鐵：1.5-3％，磷：0.05-0.3％，鉻：0.01-0.1％，鈷：0.01-0.1％，余量為銅。本發(fā)明利用銅鎳合金與鋁錫合金完全融合，形成的多元合金能夠達(dá)到需要的強(qiáng)度以代替鈹銅合金中有毒的鈹元素，同時(shí)改善了合金材料的性能。
【專利說(shuō)明】一種連續(xù)鑄造的航空航天領(lǐng)域用的合金管及其制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及合金管制造領(lǐng)域，特別是涉及一種連續(xù)鑄造的航空航天領(lǐng)域用的合金管及其制造方法。
【背景技術(shù)】
[0002]目前，銅鈹合金熔合而成的鈹青銅具有優(yōu)越的性能，比如其屈服強(qiáng)度可高于965MPa，因此被廣泛航空航天領(lǐng)域用的襯套等高端產(chǎn)品零部件。然而，美國(guó)職業(yè)安全與健康管理局呼吁減少鈹?shù)氖褂昧?，因?yàn)?，鈹具有一定的毒性，人體一旦吸入相應(yīng)劑量的鈹粉塵，將會(huì)引起致命性的肺部疾病。工業(yè)生產(chǎn)當(dāng)中，現(xiàn)有的幾種材料比如鋁青銅的屈服強(qiáng)度43IMPa,銅-鎳-錫合金屈服強(qiáng)度724MPa等材料的性能都不能夠達(dá)到鈹青銅的屈服強(qiáng)度，一直不能夠完全被人們接受。因此，使用可完全取代鈹青銅的材料將是未來(lái)的一種趨勢(shì)并能夠在市場(chǎng)中占據(jù)優(yōu)勢(shì)。

【發(fā)明內(nèi)容】
[0003]為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提供了一種利用銅鎳合金與鋁錫合金完全融合以替代鈹銅合金的合金管及其制造方法。
[0004]為了實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下:
[0005]一種連續(xù)鑄造的航空航天領(lǐng)域用的合金管，由以下重量百分?jǐn)?shù)組份組成:鎳:20-25 %,錫:8-12 %,鋁:9-11 %,錳:1_3 %,鐵:1.5-3 %,磷:0.05-0.3 %，鉻:
0.01-0.1%，鈷:0.01-0.1%，余量為銅。
[0006]優(yōu)選地，連續(xù)鑄造的航空航天領(lǐng)域用的合金管，由以下重量百分?jǐn)?shù)組份組成:鎳:21-24 %，錫:8.5-11.5 %，鋁:9.25-10.75 %，錳:1.25-2.75 %，鐵:1.75-2.75 %，磷:
0.075-0.275%，鉻:0.02-0.09%，鈷:0.02-0.09%，余量為銅。
[0007]優(yōu)選地，連續(xù)鑄造的航空航天領(lǐng)域用的合金管，由以下重量百分?jǐn)?shù)組份組成:鎳:22-23 %,錫:9-11 %，鋁:9.5-10.5 %，錳:1.5-2.5 %，鐵:2_2.5 %，磷:0.1-0.25 %，鉻:
0.04-0.07%，鈷:0.04-0.07%，余量為銅。
[0008]優(yōu)選地，連續(xù)鑄造的航空航天領(lǐng)域用的合金管，由以下重量百分?jǐn)?shù)組份組成:鎳:22.5%，錫:10%，鋁:10%，錳:2%，鐵:2.25%，磷:0.175%，鉻:0.055%，鈷:0.055%，余
量為銅。
[0009]本發(fā)明提供的一種上述連續(xù)鑄造的航空航天領(lǐng)域用的合金管的制造方法，包括如下步驟:
[0010]步驟一:制造銅鎳合金:按照重量配比將電解銅、鎳、錫置于工頻電爐內(nèi)，加熱至950度-1000度，熔煉1-1.5小時(shí)，待完全熔化后保溫至900度，保溫時(shí)間為0.5-1小時(shí)；
[0011]步驟二:制造鋁錫合金:按照重量配比將鋁、錫置于工頻電爐內(nèi)，加熱至660度-700度，熔煉1-1.5小時(shí)，待完全熔化后保溫至550度，保溫時(shí)間為0.5-1小時(shí)；
[0012]步驟三:將保溫完成的鋁錫合金熔液添加到銅鎳合金熔液當(dāng)中，用石墨棒進(jìn)行攪拌之后升溫至1000度；
[0013]步驟四:將錳、鐵、磷、鉻、鈷采用研磨的方式進(jìn)行粉末化處理，處理后的粉末粒徑在100-300微米；
[0014]步驟五:將研磨完成的錳、鐵、磷、鉻、鈷粉末按照重量添加到合金液體當(dāng)中，再次使用石墨棒攪拌，使其完全分散到合金液體當(dāng)中，然后將工頻電爐保溫至1000度，保溫時(shí)間為I小時(shí)；
[0015]步驟六:用直讀光譜儀對(duì)從爐內(nèi)取出的樣品進(jìn)行3-6次成分檢驗(yàn)，以確定其合金成分在規(guī)定范圍之內(nèi)；
[0016]步驟七:采用連續(xù)鑄造的方式將合金液體鑄造成為合金管材，鑄造溫度為950度，鑄造速度為2mm/s ；
[0017]步驟八:對(duì)鑄造完成的合金管材放置在廂式退火爐中進(jìn)行回火熱處理，溫度為220-280度，時(shí)間為1-1.5小時(shí)；將熱處理完成的合金管侵入濃度為5%的鹽水溶液中，時(shí)間為5分鐘；
[0018]步驟九:對(duì)冷卻完成后的合金管才進(jìn)行探傷及矯直，并按照需要的長(zhǎng)度切割并包裝入庫(kù)。
[0019]采用上述技術(shù)方案，本發(fā)明的有益效果有:
[0020]本發(fā)明采用銅-鎳合金材料與鋁-錫合金完全融合，能夠使相應(yīng)的多元合金相達(dá)到需要的強(qiáng)度，以實(shí)現(xiàn)代替鈹-銅合金的目的。同時(shí)在合金中添加其他微量元素，利用多個(gè)微量元素的作用結(jié)合相應(yīng)的軋制及鹽水淬火工藝從而實(shí)現(xiàn)最終合金材料卓越的性能，此材料的屈服強(qiáng)度大于lOOOMPa。在實(shí)現(xiàn)替代有毒的鈹元素的同時(shí)，又改善了合金材料的性能，從而實(shí)現(xiàn)完全取代鈹青銅的目標(biāo)。并且生產(chǎn)出的合金管材便于加工成軸套，與實(shí)心棒材相比節(jié)省了材料，提高了生產(chǎn)效率，降低了成本。
【具體實(shí)施方式】
[0021]為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，下面結(jié)合附圖及實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。
[0022]實(shí)施例1
[0023]一種連續(xù)鑄造的航空航天領(lǐng)域用的合金管，由以下重量百分?jǐn)?shù)組份組成:鎮(zhèn):20 *%，錫:8 *%，招:9 %,猛:I *%，鐵:1.5 *%，憐:0.05 %，絡(luò):0.01 %,鉆:0.01 *%，銅:60.43%。
[0024]其制造方法包括如下步驟:
[0025]1.制造銅鎳合金:按照重量配比將電解銅、鎳、錫置于工頻電爐內(nèi)，加熱至950度-1000度，熔煉1-1.5小時(shí)，待完全熔化后保溫至900度，保溫時(shí)間為0.5-1小時(shí)；
[0026]2.制造鋁錫合金:按照重量配比將鋁、錫置于工頻電爐內(nèi)，加熱至660度-700度，熔煉1-1.5小時(shí)，待完全熔化后保溫至550度，保溫時(shí)間為0.5-1小時(shí)；
[0027]3.將保溫完成的鋁錫合金熔液添加到銅鎳合金熔液當(dāng)中，用石墨棒進(jìn)行攪拌之后升溫至1000度；
[0028]4.將錳、鐵、磷、鉻、鈷采用研磨的方式進(jìn)行粉末化處理，處理后的粉末粒徑在100-300 微米；
[0029]5.將研磨完成的錳、鐵、磷、鉻、鈷粉末按照重量添加到合金液體當(dāng)中，再次使用石墨棒攪拌，使其完全分散到合金液體當(dāng)中，然后將工頻電爐保溫至1000度，保溫時(shí)間為I小時(shí)；
[0030]6.用德國(guó)進(jìn)口斯派克直讀光譜儀對(duì)從爐內(nèi)取出的樣品進(jìn)行3-6次成分檢驗(yàn)，以確定其合金成分在規(guī)定范圍之內(nèi)；
[0031]7.采用連續(xù)鑄造的方式將合金液體鑄造成為合金管材，鑄造溫度為950度，鑄造速度為2mm/s ；
[0032]8.對(duì)鑄造完成的合金管材放置在廂式退火爐中進(jìn)行回火熱處理，溫度為220-280度，時(shí)間為1-1.5小時(shí)；將熱處理完成的合金管侵入濃度為5%的鹽水溶液中，時(shí)間為5分鐘；
[0033]9.對(duì)冷卻完成后的合金管才進(jìn)行探傷及矯直，并按照需要的長(zhǎng)度切割并包裝入庫(kù)。
[0034]經(jīng)檢測(cè)本實(shí)施例得到的合金棒屈服強(qiáng)度大于980MPa，超過(guò)了鈹青銅的屈服強(qiáng)度。替代有毒鈹元素的同時(shí)，改善了合金材料的性能，從而實(shí)現(xiàn)完全取代鈹青銅的目標(biāo)。
[0035]實(shí)施例2
[0036]一種連續(xù)鑄造的航空航天領(lǐng)域用的合金管，由以下重量百分?jǐn)?shù)組份組成:鎳:25%，錫:12%，鋁:11%,M:3%，鐵:3%，磷:0.3%，鉻:0.1%，鈷:0.1%，銅:45.5%0
[0037]其制造方法包括如`下步驟:
[0038]1.制造銅鎳合金:按照配比將電解銅、鎳、錫置于工頻電爐內(nèi)，加熱至950度-1000度，熔煉1-1.5小時(shí)，待完全熔化后保溫至900度，保溫時(shí)間為0.5-1小時(shí)；
[0039]2.制造鋁錫合金:按照配比將鋁、錫置于工頻電爐內(nèi)，加熱至660度-700度，熔煉1-1.5小時(shí)，待完全熔化后保溫至550度，保溫時(shí)間為0.5-1小時(shí)；
[0040]3.將保溫完成的鋁錫合金熔液添加到銅鎳合金熔液當(dāng)中，用石墨棒進(jìn)行攪拌之后升溫至1000度；
[0041]4.將錳、鐵、磷、鉻、鈷采用研磨的方式進(jìn)行粉末化處理，處理后的粉末粒徑在100-300 微米；
[0042]5.將研磨完成的錳、鐵、磷、鉻、鈷粉末按照重量添加到合金液體當(dāng)中，再次使用石墨棒攪拌，使其完全分散到合金液體當(dāng)中，然后將工頻電爐保溫至1000度，保溫時(shí)間為I小時(shí)；
[0043]6.用德國(guó)進(jìn)口斯派克直讀光譜儀對(duì)從爐內(nèi)取出的樣品進(jìn)行3-6次成分檢驗(yàn)，以確定其合金成分在規(guī)定范圍之內(nèi)；
[0044]7.采用連續(xù)鑄造的方式將合金液體鑄造成為合金管材，鑄造溫度為950度，鑄造速度為2mm/s ；
[0045]8.對(duì)鑄造完成的合金管材放置在廂式退火爐中進(jìn)行回火熱處理，溫度為220-280度，時(shí)間為1-1.5小時(shí)；將熱處理完成的合金管侵入濃度為5%的鹽水溶液中，時(shí)間為5分鐘；
[0046]9.對(duì)冷卻完成后的合金管才進(jìn)行探傷及矯直，并按照需要的長(zhǎng)度切割并包裝入庫(kù)。[0047]經(jīng)檢測(cè)本實(shí)施例得到的合金棒屈服強(qiáng)度大于992MPa，同樣大于鈹青銅的屈服強(qiáng)度。替代有毒鈹元素的同時(shí)，改善了合金材料的性能，從而實(shí)現(xiàn)完全取代鈹青銅的目標(biāo)。
[0048]實(shí)施例3
[0049]一種連續(xù)鑄造的航空航天領(lǐng)域用的合金管，鎳:22.5 %，錫:10%，鋁:10%，錳:2%Λ%:2.25%，磷:0.175%，鉻:0.055%，鈷:0.055%，銅:52.965%。
[0050]其制造方法包括如下步驟:
[0051]1.制造銅鎳合金:按照配比將電解銅、鎳、錫置于工頻電爐內(nèi)，加熱至950度-1000度，熔煉1-1.5小時(shí)，待完全熔化后保溫至900度，保溫時(shí)間為0.5-1小時(shí)；
[0052]2.制造鋁錫合金:按照配比將鋁、錫置于工頻電爐內(nèi)，加熱至660度-700度，熔煉1-1.5小時(shí)，待完全熔化后保溫至550度，保溫時(shí)間為0.5-1小時(shí)；
[0053]3.將保溫完成的鋁錫合金熔液添加到銅鎳合金熔液當(dāng)中，用石墨棒進(jìn)行攪拌之后升溫至1000度；
[0054]4.將錳、鐵、磷、鉻、鈷采用研磨的方式進(jìn)行粉末化處理，處理后的粉末粒徑在100-300 微米；
[0055]5.將研磨完成的錳、鐵、磷、鉻、鈷粉末按照重量添加到合金液體當(dāng)中，再次使用石墨棒攪拌，使其完全分散到合金液體當(dāng)中。然后將工頻電爐保溫至1000度。保溫時(shí)間為I小時(shí)；
[0056]6.用德國(guó)進(jìn)口斯派克直讀光譜儀對(duì)從爐內(nèi)取出的樣品進(jìn)行3-6次成分檢驗(yàn)，以確定其合金成分在規(guī)定范圍之內(nèi)；
[0057]7.采用連續(xù)鑄造的方式將合金液體鑄造成為合金管材，鑄造溫度為950度，鑄造速度為2mm/s ；
[0058]8.對(duì)鑄造完成的合金管材放置在廂式退火爐中進(jìn)行回火熱處理，溫度為220-280度，時(shí)間為1-1.5小時(shí)；將熱處理完成的合金管侵入濃度為5%的鹽水溶液中，時(shí)間為5分鐘；
[0059]9.對(duì)冷卻完成后的合金管才進(jìn)行探傷及矯直，并按照需要的長(zhǎng)度切割并包裝入庫(kù)。
[0060]經(jīng)檢測(cè)本實(shí)施例得到的合金棒屈服強(qiáng)度大于1130MPa，遠(yuǎn)大于鈹青銅的屈服強(qiáng)度，也大于實(shí)施例1與實(shí)施例2所得到的合金管的屈服強(qiáng)度。替代有毒鈹元素的同時(shí)，很大的改善了合金材料的性能，從而實(shí)現(xiàn)完全取代鈹青銅的目標(biāo)。
[0061]以上所述實(shí)施例僅表達(dá)了本發(fā)明的實(shí)施方式，其描述較為具體和詳細(xì)，但并不能因此而理解為對(duì)本發(fā)明專利范圍的限制。應(yīng)當(dāng)指出的是，對(duì)于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可以做出若干變形和改進(jìn)，這些都屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。因此，本發(fā)明專利的保護(hù)范圍應(yīng)以所附權(quán)利要求為準(zhǔn)。
【權(quán)利要求】
1.一種連續(xù)鑄造的航空航天領(lǐng)域用的合金管，其特征在于，由以下重量百分?jǐn)?shù)組份組成:鎳:20-25 %,錫:8-12 %，鋁:9-11 %，錳:1_3%，鐵:1.5-3 %，磷:0.05-0.3 %，鉻:0.01-0.l%At:0.01-0.1%，余量為銅。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的連續(xù)鑄造的航空航天領(lǐng)域用的合金管，其特征在于，由以下重量百分?jǐn)?shù)組份組成:鎳:21-24%，錫:8.5-11.5%，鋁:9.25-10.75%，錳:1.25-2.75%,鐵:1.75-2.75%，磷:0.075-0.275%，鉻:0.02-0.09%，鈷:0.02-0.09%，余量為銅。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的連續(xù)鑄造的航空航天領(lǐng)域用的合金管，其特征在于，由以下重量百分?jǐn)?shù)組份組成:鎳:22-23 %，錫:9-11 %，鋁:9.5-10.5 %，錳:1.5-2.5%，鐵:2-2.5%，磷:0.1-0.25%，鉻:0.04-0.07%，鈷:0.04-0.07%，余量為銅。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的連續(xù)鑄造的航空航天領(lǐng)域用的合金管，其特征在于，由以下重量百分?jǐn)?shù)組份組成:鎳:22.5%，錫:10%，鋁:10%，錳:2%，鐵:2.25%，磷:0.175%,鉻:0.055%，鈷:0.055%，余量為銅。
5.權(quán)利要求1-4所述的一種連續(xù)鑄造的航空航天領(lǐng)域用的合金管的制造方法，其特征在于包括以下步驟: 步驟一:制造銅鎳合金:按照重量配比將電解銅、鎳、錫置于工頻電爐內(nèi)，加熱至950度-1000度，熔煉1-1.5小時(shí)，待完全熔化后保溫至900度，保溫時(shí)間為0.5-1小時(shí)； 步驟二:制造鋁錫合金:按照重量配比將鋁、錫置于工頻電爐內(nèi)，加熱至660度-700度，熔煉1-1.5小時(shí)，待完全熔化后保溫至550度，保溫時(shí)間為0.5-1小時(shí)； 步驟三:將保溫完成的鋁錫合金熔液添加到銅鎳合金熔液當(dāng)中，用石墨棒進(jìn)行攪拌之后升溫至1000度； 步驟四:將錳、鐵、磷、鉻、鈷采用研磨的方式進(jìn)行粉末化處理，處理后的粉末粒徑在100-300 微米； 步驟五:將研磨完成的錳、鐵、磷、鉻、鈷粉末按照重量添加到合金液體當(dāng)中，再次使用石墨棒攪拌，使其完全分散到合金液體當(dāng)中，然后將工頻電爐保溫至1000度，保溫時(shí)間為I小時(shí)； 步驟六:用直讀光譜儀對(duì)從爐內(nèi)取出的樣品進(jìn)行3-6次成分檢驗(yàn)，以確定其合金成分在規(guī)定范圍之內(nèi)； 步驟七:采用連續(xù)鑄造的方式將合金液體鑄造成為合金管材，鑄造溫度為950度，鑄造速度為2mm/s ； 步驟八:對(duì)鑄造完成的合金管材放置在廂式退火爐中進(jìn)行回火熱處理，溫度為220-280度，時(shí)間為1-1.5小時(shí)；將熱處理完成的合金管侵入濃度為5%的鹽水溶液中，時(shí)間為5分鐘； 步驟九:對(duì)冷卻完成后的合金管才進(jìn)行探傷及矯直，并按照需要的長(zhǎng)度切割并包裝入庫(kù)。
【文檔編號(hào)】C22C1/02GK103540794SQ201310549051
【公開日】2014年1月29日 申請(qǐng)日期:2013年11月7日 優(yōu)先權(quán)日:2013年11月7日
【發(fā)明者】陸海榮, 孫飛, 趙勇 申請(qǐng)人:蘇州天兼金屬新材料有限公司