CN106967937A

CN106967937A - 一种改善铝青铜微观组织和性能的复合深冷处理方法

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Publication number: CN106967937A
Application number: CN201710115218.5A
Authority: CN
Inventors: 刘光磊; 马倩; 张令瑜; 李茂军; 葛俊杰; 倪凯; 司乃潮
Original assignee: Jiangsu University
Current assignee: Jiangsu University
Priority date: 2017-03-01
Filing date: 2017-03-01
Publication date: 2017-07-21

Abstract

本发明公开了一种改善铝青铜微观组织和性能的复合深冷处理方法，属于金属材料加工处理技术领域，其特征为：步骤（1）固溶处理：在870～930℃下保温1小时，然后进行室温水淬；步骤（2）时效处理：在330～370℃下保温1小时，然后将铝青铜置于空气中使其温度恢复至室温；步骤（3）深冷处理：将铝青铜合金直接浸入液氮中并保持1～3小时，然后置于空气中使其温度恢复至室温即可。其中，铝青铜的化学成分按质量百分比计算，Al为9～11%、Ni为3～5%、Fe为2～4%、Mn为1～3%、不可避免杂质（如Si、C、Pb等）总量<1.5%、余量为Cu。经该复合深冷处理，铝青铜的组织和性能得到极大地提高。

Description

一种改善铝青铜微观组织和性能的复合深冷处理方法

技术领域

本发明属于金属材料加工处理技术领域，具体涉及一种改善铝青铜微观组织和性能的复合深冷处理方法。

背景技术

铝青铜是机械工业领域中广泛应用的重要结构材料，主要由铜、铝元素构成的是二元铝青铜，其优良特性有：（1）蠕变极限高，广泛用于制造各种弹性元件；（2）抗蚀性好，可用来制造耐腐蚀零件，如螺旋桨、阀门等；（3）在冲击作用下不产生火花，用来制造无火花工具材料；（4）具有优良的导热系数和稳定的刚度，已成为一种新型模具材料；（5）具有良好的形状记忆效应，己作为形状记忆合金得到发展和应用。另外，铝青铜价格相对便宜，可以作为一些昂贵金属材料的部分替代品，如替代锡青铜、不锈钢、镍基合金等。目前，铝青铜己被广泛应用于机械制造、交通运输、船舶海洋、冶金、家电、建筑等领域中，在民用和军用中均起着十分重要的作用。

随着科技的进步和人们生活需求的不断提高，为了拓展铝青铜的应用，对其性能的要求也是越来越高。许多传统的方法，如合金化、热处理、精炼变质等方法，已经不能满足发展需求。近年来，深冷处理作为常规热处理的一种延伸，倍受人们的关注。深冷处理又称超低温处理，指以液氮为冷却介质，对材料在-130℃以下进行处理的一种工艺方法。深冷处理配合其他适当的热处理工艺不仅可以显著提高黑色金属、有色金属等材料的力学性能和使用寿命，还能改善组织均匀性、消除残余应力、稳定尺寸，且具有操作简单、不破坏工件、无污染、低成本等优势，其经济效益和市场前景非常可观。

基于此，本发明开发出一种改善铝青铜微观组织和性能的复合深冷处理方法。

发明内容

本发明是为了改善铝青铜的微观组织和性能，提供了一种铝青铜的复合深冷处理工艺方法，按照下述步骤进行：

步骤（1）：将铝青铜合金进行固溶处理，工艺参数为：固溶温度870~930℃，保温时间1小时，然后进行室温（即20~25℃，下同）水淬；

步骤（2）：固溶处理后进行时效处理，工艺参数为：时效温度330~370℃，保温时间1小时，随后置于空气中恢复至室温；

其中步骤（1）和（2）的固溶处理和时效处理需在控温精度为±5℃的热处理炉中进行，下同。

步骤（3）：时效处理后进行深冷处理，工艺参数为：将铝青铜合金直接浸入液氮中（即-196℃，下同），浸入时间1~3小时，随后置于空气中恢复至室温即可获得复合深冷处理强化的铝青铜合金。

其中步骤（3）的深冷处理需在可以装盛液氮的深冷处理容器中进行，下同。

本发明所述的一种改善微观组织和性能的铝青铜合金，其化学成分按质量百分比计算，Al为9～11%、Ni为3～5%、Fe为2～4%、Mn为1～3%、不可避免杂质（如Si、C、Pb等）总量<1.5%、余量为Cu。

上述一种铝青铜的复合深冷处理工艺方法，优选按照下述步骤进行：

步骤（1）：将上述的铝青铜合金进行固溶处理，工艺参数为：固溶温度900℃，保温时间1小时，然后进行室温水淬；

步骤（2）：固溶处理后进行时效处理，工艺参数为：时效温度350℃，保温时间1小时，随后置于空气中恢复至室温；

其中步骤（1）和（2）的固溶处理和时效处理需在控温精度为±5℃的热处理炉中进行。

步骤（3）：时效处理后进行深冷处理，工艺参数为：将铝青铜合金直接浸入液氮中，浸入时间2小时，随后置于空气中恢复至室温即可获得复合深冷处理强化的铝青铜合金。

其中步骤（3）的深冷处理需在可以装盛液氮的深冷处理容器中进行。

上述的一种改善微观组织和性能的铝青铜合金，所述的铝青铜合金化学成分优选为：按质量百分比计算，Al为10%、Ni为4%、Fe为3%、Mn为2%、不可避免杂质（如Si、C、Pb等）总量<1.0%、余量为Cu。

有益效果：

本发明通过将深冷处理与传统的固溶、时效处理工艺相结合，可以起到细化晶粒、促进第二相细化且均匀析出的作用，使铝青铜合金的微观组织和性能得到了极大的改善和提升。而且在生产过程中只需增加价格低廉的深冷处理容器，技术工艺改造成本较低，其实际应用价值极高。

附图说明

图1 固溶时效处理后进行1小时深冷处理的铝青铜微观组织照片；

图2 固溶时效处理后进行3小时深冷处理的铝青铜微观组织照片；

图3 固溶时效处理后进行2小时深冷处理的铝青铜微观组织照片；

图4 铝青铜的微观组织照片；

图5 固溶时效处理后铝青铜微观组织照片。

具体实施方式

实施例1

铝青铜合金化学成分（按质量百分比计算）为：Al为9%、Ni为3%、Fe为2%、Mn为1%、不可避免杂质（如Si、C、Pb等）总量<1.5%、余量为Cu。采用线切割的方法，获取测试所需尺寸的铝青铜合金试样。然后在控温精度为±5℃的热处理炉和深冷处理容器中进行复合深冷处理，具体实施过程如下：步骤（1）固溶处理：在870℃下保温1小时，然后进行室温水淬；步骤（2）时效处理：在330℃下保温1小时，然后将铝青铜置于空气中使其温度恢复至室温；步骤（3）深冷处理：将铝青铜合金直接浸入液氮中并保持1小时，然后置于空气中使其温度恢复至室温即可。最后对试样进行组织观察和硬度测试，测试结果如图1和表1所示。

实施例2

铝青铜合金化学成分（按质量百分比计算）为：Al为11%、Ni为5%、Fe为4%、Mn为3%、不可避免杂质（如Si、C、Pb等）总量<1.5%、余量为Cu。采用线切割的方法，获取测试所需尺寸的铝青铜合金试样。然后在控温精度为±5℃的热处理炉和深冷处理容器中进行复合深冷处理，具体实施过程如下：步骤（1）固溶处理：在930℃下保温1小时，然后进行室温水淬；步骤（2）时效处理：在370℃下保温1小时，然后将铝青铜置于空气中使其温度恢复至室温；步骤（3）深冷处理：将铝青铜合金直接浸入液氮中并保持3小时，然后置于空气中使其温度恢复至室温即可。最后对试样进行组织观察和硬度测试，测试结果如图2和表1所示。

实施例3

铝青铜合金化学成分（按质量百分比计算）为：Al为10%、Ni为4%、Fe为3%、Mn为2%、不可避免杂质（如Si、C、Pb等）总量<1.0%、余量为Cu。采用线切割的方法，获取测试所需尺寸的铝青铜合金试样。然后在控温精度为±5℃的热处理炉和深冷处理容器中进行复合深冷处理，具体实施过程如下：步骤（1）固溶处理：在900℃下保温1小时，然后进行室温水淬；步骤（2）时效处理：在350℃下保温1小时，然后将铝青铜置于空气中使其温度恢复至室温；步骤（3）深冷处理：将铝青铜合金直接浸入液氮中并保持2小时，然后置于空气中使其温度恢复至室温即可。最后对试样进行组织观察和硬度测试，测试结果如图3和表1所示。

对比例1

铝青铜合金化学成分（按质量百分比计算）为：Al为10%、Ni为4%、Fe为3%、Mn为2%、不可避免杂质（如Si、C、Pb等）总量<1.0%、余量为Cu。采用线切割的方法，获取测试所需尺寸的铝青铜合金试样。最后对试样进行组织观察和硬度测试，测试结果如图4和表1所示。

对比例2

铝青铜合金化学成分（按质量百分比计算）为：Al为10%、Ni为4%、Fe为3%、Mn为2%、不可避免杂质（如Si、C、Pb等）总量<1.0%、余量为Cu。采用线切割的方法，获取测试所需尺寸的铝青铜合金试样。然后在控温精度为±5℃的热处理炉中进行固溶时效处理，具体实施过程如下：步骤（1）固溶处理：在900℃下保温1小时，然后进行室温水淬；步骤（2）时效处理：在350℃下保温1小时，然后将铝青铜置于空气中使其温度恢复至室温即可。最后对试样进行组织观察和硬度测试，测试结果如图5和表1所示。

通过表1可以看出：对比例1是本发明选择的铝青铜合金，对比例2是将对比例1的铝青铜合金进行了固溶、时效处理。二者的力学性能与采用本发明的复合深冷处理工艺获得的铝青铜合金（实施例1、2和3）相比还存在一定的差距。

总之，本发明专利的复合深冷处理工艺可以显著改善铝青铜合金的微观组织和性能。

表1 不同工艺制备的铝青铜合金的硬度值

	实施例1	实施例2	实施例3	对比例1	对比例2
						硬度，HV	269.7	274.2	279.0	162.5	251.0

Claims

1.一种铝青铜的复合深冷处理工艺方法，其特征在于按照下述步骤进行：

2.根据权利要求1所述的一种铝青铜的复合深冷处理工艺方法，其特征在于其中步骤（2）的固溶处理和时效处理需在控温精度为±5℃的热处理炉中进行。

3.根据权利要求1所述的一种铝青铜的复合深冷处理工艺方法，其特征在于其中步骤（3）的深冷处理需在可以装盛液氮的深冷处理容器中进行。

4.一种改善微观组织和性能的铝青铜合金，其特征在于其化学成分按质量百分比计算，Al为9～11%、Ni为3～5%、Fe为2～4%、Mn为1～3%、不可避免杂质（Si、C、Pb等）总量<1.5%、余量为Cu。

5.根据权利要求1所述的一种铝青铜的复合深冷处理工艺方法，其特征在于按照下述步骤优选进行：

6.根据权利要求5所述的一种铝青铜的复合深冷处理工艺方法，其特征在于其中步骤（2）的固溶处理和时效处理需在控温精度为±5℃的热处理炉中进行。

7.根据权利要求5所述的一种铝青铜的复合深冷处理工艺方法，其特征在于其中步骤（3）的深冷处理需在可以装盛液氮的深冷处理容器中进行。

8.根据权利要求4所述的一种改善微观组织和性能的铝青铜合金，其特征在于所述的铝青铜合金化学成分优选为：按质量百分比计算，Al为10%、Ni为4%、Fe为3%、Mn为2%、不可避免杂质（如Si、C、Pb等）总量<1.0%、余量为Cu。