CN106566950A

CN106566950A - 一种具有高强度高弹性高耐腐蚀性的镍铍合金及其制造方法

Info

Publication number: CN106566950A
Application number: CN201610657666.3A
Authority: CN
Inventors: 纪晓琳; 李雪辰; 孙海忠; 郑新文; 王晶; 李婷婷; 王志强; 何振宇; 么丽娜; 李思思
Original assignee: Shenyang Non Ferrous Metals Research Institute Co Ltd
Current assignee: Shenyang Non Ferrous Metals Research Institute Co Ltd
Priority date: 2016-08-12
Filing date: 2016-08-12
Publication date: 2017-04-19
Anticipated expiration: 2036-08-12
Also published as: CN106566950B

Abstract

一种高强度高弹性镍铍合金及其制造方法，其技术要点是：它是以金属铍为主要成分，镍为基体的合金，杂质≤1.45%。本发明是通过在真空感应熔炼炉中经高温熔化、精炼、冷凝结壳浇铸成型等步骤,再制备成相应厚度的合金成品，本发明由于具有高强度高弹性和耐疲劳，其抗拉强度可达到1190N/mm²，比CY态的QBe2.0的抗拉强度高出46.6%，具有良好的耐蚀、耐磨以及铸造性能等。本发明具良好的加工性能，可生产0.1~1.0mm的带材，具有优异的成型性，广泛地应用于电气、飞机仪表弹簧、电子系统、重型设备以及机电设备等要求高性能高弹性的零件。

Description

一种具有高强度高弹性高耐腐蚀性的镍铍合金及其制造方法

技术领域

本发明涉及一种镍铍合金技术领域，具体地说是一种具有高强度高弹性高耐腐蚀性的镍铍合金及其制造方法。

背景技术

由于镍基合金耐蚀、机械性能高，具有良好的冷、热压力加工性能等优点，被广泛地应用于电气、飞机仪表弹簧、电子系统、重型设备以及机电设备等要求高强度能高弹性的零件，可制造膜片、自动调温器、烧焊连接器和插座等。

铍在镍中的固溶度较小，并且随温度的下降而减少，但是铍能显著地提高镍的强度、弹性以及硬度。镍铍合金耐磨、耐蚀，铸造加工性能好，含铍1.5%以上的合金再进行淬火和时效处理，可进一步提高镍铍合金的各项性能。而QBe2.0对生产要求及其严格，非真空熔炼对人及环境保护构成威胁，另外材料的性能不稳定且存在一定的铸造缺陷。在370℃下弹性性能就下降。

发明内容

本发明针对以上的问题，而提供一种高强度、高弹性的镍铍合金带，本发明大幅度提高强度以及弹性性能，并且在高温情况下弹性和导电性也优于QBe2.0。

本发明的目的是通过如下技术方案实现的，改变镍铍合金的成分的重量百分比组成为：金属铍1.7~2.9%，金属镍为余量，其他杂质成分要控制在一定的范围：C≤0.03%,Mn≤0.3%，Si≤0.2%，S≤0.01%,P≤0.01%,Al≤0.3%，Fe≤0.5%，Cu≤0.1%.

本发明镍-铍合金优选的重量的百分比组成为：金属铍2.1~2.5%，金属镍为余量，其他杂质成分要控制在一定的范围：C≤0.03%,Mn≤0.3%，Si≤0.2%，S≤0.01%,P≤0.01%,Al≤0.3%，Fe≤0.5%，Cu≤0.1%。

本发明还包括一种高强度高弹性的镍铍合金的制造方法，其特征是：电解镍和铍珠为原料，各组分按下述的重量百分比设计重量，分别将一定量的电解镍和铍珠放入真空感应炉的镁砂坩埚和加料斗中，其具体操作程序如下：电解镍装入镁砂坩埚内，铍珠放入加料斗中，封盖抽真空，当真空度达到0.09~0.1MPa时，送电熔化，等熔化完，调整功率30-45KW，充氩气-0.09MPa，精炼30-40分钟，然后加入铍珠倾炉2-4次，在倾炉之后60-70秒后测温带电浇铸，冷却20分钟之后成型的模块与模具分离，取化学成分合格的铸块进行打磨处理后，加热到900~950℃开坯轧制成带，中间退火温度为880-890℃，保温时间为2.5-3小时，两次退火间的总加工率为50-55%之间，轧制道次加工率为10-20%左右，成品加工率控制在35-40%，即Y态的合金成品；该合金成分的重量百分比为金属铍珠2.1~2.5%，金属镍为余量，其他杂质成分要控制在一定范围C≤0.03%,Mn≤0.3%，Si≤0.2%，S≤0.01%,P≤0.01%,Al≤0.3%，Fe≤0.5%，Cu≤0.1%。

本发明在提高合金强度的同时，大幅度地提高产品的弹性。经过大量的实验，最终采取加入金属Be的方式，镍中加入铍能很大提高镍的强度、硬度、尤其是弹性性能，本发明耐腐蚀，耐磨，铸造及加工性能好，金属铍的加入能很显著地降低镍的磁性转变温度。

本发明与现有的弹性材料QBe2.0相比有如下优点：

1、本发明材料Y态的抗拉强度可达到1190N/mm²，比我国目前生产的CY态的QBe2.0的抗拉强度高出46.6%，在高温350~370℃下，弹性要远高于QBe2.0材料；

2、本发明具有广泛的应用性，抗疲劳，使用寿命长，可生产0.1~1.0mm厚的带材，具有优异的成型性，主要应用于电气、电子系统、重型设备以及机电设备等要求高性能高弹性的零件。本发明具有镍合金良好的加工性能，加工工艺环节相对简单，且易于生产，适用于高强度高弹性的各个领域。

本发明使用真空感应熔炼炉进行熔炼，改变了原来生产含铍合金，先熔炼中间合金的繁琐工艺。

该制造方法使用真空退火工艺，采用真空充氩气保护退火，很大的保护了带材表面质量。

下面将通过实例对本发明作进一步详细说明，但下述的实例仅仅是本发明其中的例子而已，并不代表本发明所限定的权利保护范围，本发明的权利保护范围以权利要求书为准。

附图说明

附图1为Ni-Be二元合金相图。

具体实施方式

实施例1

（1）以电解镍、铍珠为原料配制合金料，各组分设计质量分别为电解镍491.5千克，铍珠8.5千克（分步骤装入500公斤真空感应炉中）。操作如下：电解镍装入镁砂坩埚内，铍珠放入加料斗中，封盖抽真空，当真空度达到0.09~0.1MPa时，送电熔化，等熔化完，调整功率30-45KW，充氩气-0.09MPa，精炼30-40分钟，然后加入铍珠倾炉2-4次，在倾炉之后60-70秒后测温带电浇铸，冷却20分钟之后成型的模块与模具分离，取化学成分分析。

（2）取化学成分合格的铸块进行表面打磨处理后，加热到900~950℃开坯轧制成带，中间退火温度为880-890℃，保温时间为2.5-3小时，两次退火间的总加工率为50-55%之间，轧制道次加工率为10-20%左右，成品加工率控制在35-40%，即Y态的合金成品。

各工序说明：

1.原料需要选择高品质的电解镍、铍珠；

2. 装料之前认真清理炉口及炉子上表面工艺卫生，避免残留镁砂及其他异物的存在；

3. 浇铸后期慢速浇铸进行补缩，减小缩孔深度，以保证铸锭内部质量；

4. 真空感应熔炼炉的真空度达到0.09~0.1MPa时，加温至1520~1550℃，精炼30~40分钟，充氩气保护；

成分分析：金属铍1.7~2.9%，金属镍为余量，其他杂质成分要控制在一定的范围，C≤0.03%,Mn≤0.3%，Si≤0.2%，S≤0.01%,P≤0.01%,Al≤0.3%，Fe≤0.5%，Cu≤0.1%.分析方法略

5.铸块规格为40×220×500（mm），经过表面打磨后厚度为36~35（mm），以表面无缺陷为准；

6. 铸块加热到900~950℃，经第一次热轧开坯至15mm，表面修理后，在经第二次热轧至7mm，表面修理后，进行第三次热轧至3.5mm，经表面处理后进行冷轧；

7. 中间道次间真空退火温度为880-890℃，保温时间为2.5-3小时，两次退火间的总加工率为50-55%之间，轧制道次加工率为10-20%左右，成品加工率控制在35-40%，加工成成品。

实施例2

（1）以电解镍、铍珠为原料配制合金料，各组分设计质量分别为电解镍490.5千克，铍珠9.5千克（分步骤装入500公斤真空感应炉中）。操作如下：电解镍装入镁砂坩埚内，铍珠放入加料斗中，封盖抽真空，当真空度达到0.09~0.1MPa时，送电熔化，等熔化完，调整功率30-45KW，充氩气-0.09MPa，精炼30-40分钟，然后加入铍珠倾炉2-4次，在倾炉之后60-70秒后测温带电浇铸，冷却20分钟之后成型的模块与模具分离，取化学成分分析。

各工序说明及成分分析均与实施例1相同，故省略之。

实施例3

（1）以电解镍、铍珠为原料配制合金料，各组分设计质量分别为电解镍489.5千克，铍珠10.5千克（分步骤装入500公斤真空感应炉中）。操作如下：电解镍装入镁砂坩埚内，铍珠放入加料斗中，封盖抽真空，当真空度达到0.09~0.1MPa时，送电熔化，等熔化完，调整功率30-45KW，充氩气-0.09MPa，精炼30-40分钟，然后加入铍珠倾炉2-4次，在倾炉之后60-70秒后测温带电浇铸，冷却20分钟之后成型的模块与模具分离，取化学成分分析。

（2）取化学成分合格的铸块进行表面打磨处理后，加热到900~950℃开坯轧制成带，中间退火温度为880-890℃，保温时间为2.5-3小时，两次退火间的总加工率为50-55%之间，轧制道次加工率为10-20%左右，成品加工率控制在35-40%，即Y态的合金成品。各工序说明及成分分析均与实施例1相同，故省略之。

实施例4

（1）以电解镍、铍珠为原料配制合金料，各组分设计质量分别为电解镍488.5千克，铍珠11.5千克（分步骤装入500公斤真空感应炉中）。操作如下：电解镍装入镁砂坩埚内，铍珠放入加料斗中，封盖抽真空，当真空度达到0.09~0.1MPa时，送电熔化，等熔化完，调整功率30-45KW，充氩气-0.09MPa，精炼30-40分钟，然后加入铍珠倾炉2-4次，在倾炉之后60-70秒后测温带电浇铸，冷却20分钟之后成型的模块与模具分离，取化学成分分析。

实施例5

（1）以电解镍、铍珠为原料配制合金料，各组分设计质量分别为电解镍487.5千克，铍珠12.5千克（分步骤装入500公斤真空感应炉中）。操作如下：电解镍装入镁砂坩埚内，铍珠放入加料斗中，封盖抽真空，当真空度达到0.09~0.1MPa时，送电熔化，等熔化完，调整功率30-45KW，充氩气-0.09MPa，精炼30-40分钟，然后加入铍珠倾炉2-4次，在倾炉之后60-70秒后测温带电浇铸，冷却20分钟之后成型的模块与模具分离，取化学成分分析。

实施例6

（1）以电解镍、铍珠为原料配制合金料，各组分设计质量分别为电解镍486.5千克，铍珠13.5千克（分步骤装入500公斤真空感应炉中）。操作如下：电解镍装入镁砂坩埚内，铍珠放入加料斗中，封盖抽真空，当真空度达到0.09~0.1MPa时，送电熔化，等熔化完，调整功率30-45KW，充氩气-0.09MPa，精炼30-40分钟，然后加入铍珠倾炉2-4次，在倾炉之后60-70秒后测温带电浇铸，冷却20分钟之后成型的模块与模具分离，取化学成分分析。

实施例7

（1）以电解镍、铍珠为原料配制合金料，各组分设计质量分别为电解镍485.5千克，铍珠14.5千克（分步骤装入500公斤真空感应炉中）。操作如下：电解镍装入镁砂坩埚内，铍珠放入加料斗中，封盖抽真空，当真空度达到0.09~0.1MPa时，送电熔化，等熔化完，调整功率30-45KW，充氩气-0.09MPa，精炼30-40分钟，然后加入铍珠倾炉2-4次，在倾炉之后60-70秒后测温带电浇铸，冷却20分钟之后成型的模块与模具分离，取化学成分分析。

Claims

1.一种高强度高弹性镍铍合金，其特征在于该镍铍合金成分的重量百分比组成为：金属铍2.1~2.5%，金属镍为余量，其他杂质成分要控制在一定的范围C≤0.03%,Mn≤0.3%，Si≤0.2%，S≤0.01%,P≤0.01%,Al≤0.3%，Fe≤0.5%，Cu≤0.1%。

2.一种高强度高弹性镍铍合金制造方法：其特征是电解镍和铍珠为原料，各组分按下述的重量百分比设计重量，分别将一定量的电解镍和铍珠放入真空感应炉的镁砂坩埚和加料斗中，其具体操作程序如下：电解镍装入镁砂坩埚内，铍珠放入加料斗中，封盖抽真空，当真空度达到0.09~0.1MPa时，送电熔化，等熔化完，调整功率30-45KW，充氩气-0.09MPa，精炼30-40分钟，然后加入铍珠倾炉2-4次，在倾炉之后60-70秒后测温带电浇铸，冷却20分钟之后成型的模块与模具分离，取化学成分合格的铸块进行打磨处理后，加热到900~950℃开坯轧制成带，中间退火温度为880-890℃，保温时间为2.5-3小时，两次退火间的总加工率为50-55%之间，轧制道次加工率为10-20%左右，成品加工率控制在35-40%，即Y态的合金成品；该合金成分的重量百分比为金属铍珠2.1~2.5%，金属镍为余量，其他杂质成分要控制在一定范围C≤0.03%,Mn≤0.3%，Si≤0.2%，S≤0.01%,P≤0.01%,Al≤0.3%，Fe≤0.5%，Cu≤0.1%。