CN110923505B

CN110923505B - Cu-Ni-Mn合金及其制备方法和应用

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Publication number: CN110923505B
Application number: CN201911422945.1A
Authority: CN
Inventors: 新巴雅尔; 张明健; 陈少华; 王俊; 刘慧敏
Original assignee: Inner Mongolia University of Technology
Current assignee: Inner Mongolia University of Technology
Priority date: 2019-12-31
Filing date: 2019-12-31
Publication date: 2021-11-02
Anticipated expiration: 2039-12-31
Also published as: CN110923505A

Abstract

本发明涉及铜合金领域，具体而言，提供了一种Cu‑Ni‑Mn合金及其制备方法和应用。本发明提供的Cu‑Ni‑Mn合金，按质量百分比计，包括：Ni 5‑25％、Mn 4‑10％、P 0.1‑0.3％、S 0.01‑0.02％、Sn 0.01‑0.03％、Zn 0.05‑0.09％、Fe 0.06‑0.1％以及余量的Cu。本发明是在加Ni的白铜的基础上，添加元素Mn，提高Cu‑Ni‑Mn合金的韧性、强度和耐磨性；此外，对其他杂质的含量进行限定，实现金属组成的配比和对杂质的合理控制，能够显著提高Cu‑Ni‑Mn合金的耐磨性与强度，使得Cu‑Ni‑Mn合金不仅耐磨损性好，而且易加工。

Description

Cu-Ni-Mn合金及其制备方法和应用

技术领域

本发明涉及铜合金领域，具体而言，涉及一种Cu-Ni-Mn合金及其制备方法和应用。

背景技术

铜合金是以纯铜为基体加入一种或几种其他元素所构成的合金。常用的铜合金分为黄铜、青铜和白铜。当前随着社会进步和制造业发展，机械装备等对铜合金的要求也越来越精高，越来越精细化。例如，露天作业机械上的套筒、轴套等零件使用日益广泛，其相应的耐磨性及强度方面的要求也进一步提高。目前，大部分使用的材料是铜合金及部分钢材。近年来，研究开发的耐磨铜合金主要有含铌、硅、钛、铍的白铜合金，以及添加锰、锡的青铜，但以上两种合金的成本高并且加工性能不好。开发一种高强度、超耐磨的铜合金具有重要的意义。

有鉴于此，特提出本发明。

发明内容

本发明的第一目的在于提供一种Cu-Ni-Mn合金，以缓解现有技术中铜合金的成本高，强度和耐磨性能有待进一步提高，加工难度有待改善的问题。

本发明的第二目的在于提供一种Cu-Ni-Mn合金的制备方法，以缓解现有技术中加工工艺复杂的问题。

为了实现本发明的上述目的，特采用以下技术方案：

一种Cu-Ni-Mn合金，按质量百分比计，包括：Ni 5-25％、Mn 4-10％、P 0.1-0.3％、S 0.01-0.02％、Sn 0.01-0.03％、Zn 0.05-0.09％、Fe 0.06-0.1％以及余量的Cu。

进一步地，按质量百分比计，包括：Ni 8-20％、Mn 4-9％、P 0.14-0.21％、S 0.01-0.016％、Sn 0.018-0.026％、Zn 0.055-0.083％、Fe 0.063-0.095％以及余量的Cu；

优选地，按质量百分比计，包括：Ni 10-17％、Mn 4-6％、P 0.158-0.193％、S0.012-0.014％、Sn 0.020-0.024％、Zn 0.062-0.076％、Fe 0.071-0.087％以及余量的Cu。

Cu-Ni-Mn合金的制备方法，按照配方比例称取原材料纯、纯镍和纯锰，将原材料熔炼成熔体，熔体依次经除氧、浇铸成铸锭，铸锭再依次经热挤压处理，固溶处理和时效处理，得到所述Cu-Ni-Mn合金，按质量百分比计，所述Cu-Ni-Mn合金包括：Ni 5-25％、Mn 4-10％、P 0.1-0.3％、S 0.01-0.02％、Sn 0.01-0.03％、Zn 0.05-0.09％、Fe 0.06-0.1％以及余量的Cu。

进一步地，所述熔炼包括：在保护气体存在的条件下，将原材料混合同时升温至1350-1450℃，待原材料全部熔化后得到熔体；

优选地，所述除氧利用磷铜进行。

进一步地，所述熔炼包括：分别将原材料纯铜与纯镍和纯锰制备得到中间合金Cu-Ni和中间合金Cu-Mn，再将中间合金Cu-Ni和中间合金Cu-Mn混合熔炼得到熔体；

优选地，所述中间合金Cu-Ni和中间合金Cu-Mn中Cu的含量相等；

优选地，在保护气体存在的条件下，将纯铜升温至1000-1300℃得到Cu液，加入纯镍，升温至1350-1450℃，待完全熔化后，浇铸成型得到中间合金Cu-Ni；

优选地，在保护气体存在的条件下，将纯铜升温至1000-1300℃得到Cu液，加入纯锰，升温至1250-1350℃，待完全熔化后，浇铸成型得到中间合金Cu-Mn。

进一步地，所述预热处理的温度为800-900℃，时间为2-4h。

进一步地，将所述铸锭预热处理，再热挤压；热挤压处理的条件包括：挤压比在3-9，挤压速率为1-5mm/s和挤压力为200-300MPa；

优选地，所述热挤压处理的条件包括：挤压比在4-6，挤压速率在1-3mm/s和挤压力为250-300MPa。

进一步地，所述固溶处理的条件包括：800-900℃的温度下固溶1-10h；

优选地，所述固溶处理的条件包括：850-900℃的温度下固溶1-10h。

进一步地，所述时效处理的条件包括：400-500℃的温度下时效2-10h；

优选地，所述时效处理的条件包括：450-500℃的温度下时效2-10h。

进一步地，所述熔炼包括：在保护气体存在的条件下，将原材料同时升温至1350-1450℃，待原材料全部熔化后得到熔体。

Cu-Ni-Mn合金或制备方法在露天作业机械中的应用。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

本发明提供的Cu-Ni-Mn合金，按质量百分比计，包括：Ni 5-25％、Mn 4-10％、P0.1-0.3％、S 0.01-0.02％、Sn 0.01-0.03％、Zn 0.05-0.09％、Fe 0.06-0.1％以及余量的Cu。本发明是在加Ni的白铜的基础上，添加元素Mn，能起到脱氧的作用，Ni和Mn二者有利于Cu力学性能和工艺性能的改善，并且提高Cu-Ni-Mn合金的韧性、强度和耐磨性；此外，对其他杂质的含量进行限定，实现对Cu-Ni-Mn合金的组分配比和对杂质的合理控制，能够显著提高Cu-Ni-Mn合金的耐磨性与强度，使得Cu-Ni-Mn合金不仅耐磨损性好，而且易加工。

本发明提供上述Cu-Ni-Mn合金的制备方法，按照配方比例称取原材料纯铜、纯镍和纯锰，按质量百分比计，所述Cu-Ni-Mn合金包括：Ni 5-25％、Mn 4-10％、P 0.1-0.3％、S0.01-0.02％、Sn 0.01-0.03％、Zn 0.05-0.09％、Fe 0.06-0.1％以及余量的Cu；将原材料熔炼成熔体，熔体依次经除氧、浇铸成铸锭，铸锭再依次经热挤压处理，固溶处理和时效处理，得到Cu-Ni-Mn合金。该制备方法工艺步骤简单，易操作，易实现，制备获得的Cu-Ni-Mn合金具有优异的耐磨性并且强度高。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例3中Cu-Ni-Mn合金在不同时效时间的金相分析结果；

图2为本发明实施例3中Cu-Ni-Mn合金在不同时效时间处理后的硬度值结果；

图3为本发明实施例3中Cu-Ni-Mn合金在不同时效时间处理后的磨损量结果；

图4为本发明实施例3中Cu-Ni-Mn合金在不同时效时间处理后的SEM图分析结果；

图5为本发明实施例3中Cu-Ni-Mn合金在不同预热处理时间的SEM线扫分析结果；

图6为本发明实施例3中Cu-Ni-Mn合金在不同预热处理时间的XRD分析结果。

具体实施方式

下面将结合实施例对本发明的实施方案进行详细描述，但是本领域技术人员将会理解，下列实施例仅用于说明本发明，而不应视为限制本发明的范围。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。

除非另有说明，本文中所用的专业与科学术语与本领域熟练人员所熟悉的意义相同。此外，任何与所记载内容相似或均等的方法或材料也可应用于本发明中。

发明人在研发工作中发现，在Cu-Ni系合金的基础上添加Mn，可以开发得到耐磨性和力学性能兼顾的Cu-Ni-Mn合金。添加元素Mn，能起到脱氧的作用，Ni和Mn二者有利于Cu力学性能和工艺性能的改善，并且提高Cu-Ni-Mn合金的韧性、强度和耐磨性。另外，发明人发现现有技术中，铜合金中Ni、Mn的总的添加量基本小于10％，更甚小于＜5％，然而本发明中Cu-Ni-Mn合金的Ni、Mn含量与现有铜合金相比显著提高，这有利于提高Cu-Ni-Mn合金的耐磨性和力学性能。此外，通过对其他杂质的含量进行限定，实现对Cu-Ni-Mn合金的组分配比和对杂质的合理控制，能够显著提高Cu-Ni-Mn合金的耐磨性与强度，使得Cu-Ni-Mn合金不仅耐磨损性好，而且易加工。可以理解的是，本发明技术方案中“余量的Cu”是指Cu-Ni-Mn合金的质量为100％时，除去Ni、Mn、P、S、Sn、Zn和Fe的含量以及任意的其他杂质后，剩余质量为Cu的含量。

需要说明的是，按质量百分比计，Ni的含量典型但非限制性的为5％、7％、10％、13％、15％、17％、20％、23％或25％；Mn的含量典型但非限制性的为4％、5％、6％、7％、8％、9％或10％；P的含量典型但非限制性的为0.1％、0.2％或0.3％；S的含量典型但非限制性的为0.01％、0.015％或0.02％；Sn的含量典型但非限制性的为0.01％、0.015％、0.02％、0.025％或0.03％；Zn的含量典型但非限制性的为0.05％、0.06％、0.07％、0.08％或0.09％；Fe的含量典型但非限制性的为0.06％、0.07％、0.08％、0.09％或0.1％。

在优选的实施方式中，按质量百分比计，Cu-Ni-Mn合金包括：Ni 8-20％、Mn 4-9％、P 0.14-0.21％、S 0.01-0.016％、Sn 0.018-0.026％、Zn 0.055-0.083％、Fe 0.063-0.095％以及余量的Cu。

在优选的实施方式中，按质量百分比计，Cu-Ni-Mn合金包括：Ni 10-17％、Mn 4-6％、P 0.158-0.193％、S 0.012-0.014％、Sn 0.020-0.024％、Zn 0.062-0.076％、Fe0.071-0.087％以及余量的Cu。

通过对Cu-Ni-Mn合金中组分配比的进一步优化，可以进一步地提高Cu-Ni-Mn合金的硬度和耐磨性能。

本发明提供一种上述Cu-Ni-Mn合金的制备方法，按照配方比例称取原材料纯铜、纯镍和纯锰，按质量百分比计，所述Cu-Ni-Mn合金包括：Ni 5-25％、Mn 4-10％、P 0.1-0.3％、S 0.01-0.02％、Sn 0.01-0.03％、Zn 0.05-0.09％、Fe 0.06-0.1％以及余量的Cu；将原材料熔炼成熔体，熔体依次经除氧、浇铸成铸锭，铸锭再依次经热挤压处理，固溶处理和时效处理，得到所述Cu-Ni-Mn合金。该制备方法工艺步骤简单，易操作，易实现，制备获得的Cu-Ni-Mn合金具有优异的耐磨性并且强度高。

需要说明的是，本发明中，原材料优选为纯度依次为99.985％、99.96％、99.7％的电解铜、镍板、锰片。

在优选的实施方式中，熔炼包括：在保护气体存在的条件下，将原材料同时升温至1350-1450℃，待原材料全部熔化后得到熔体。可以理解的是，这里的原材料是指纯铜、纯镍和纯锰。

在优选的实施方式中，熔炼包括：分别将原材料纯铜与纯镍和纯锰制备得到中间合金Cu-Ni和中间合金Cu-Mn，再将中间合金Cu-Ni和中间合金Cu-Mn混合熔炼。

在熔炼过程中，造成不可回收的金属损失叫烧损。在熔炼生产过程中，金属的烧损是不可避免的问题。金属烧损不仅仅使合金熔体产生夹渣，造成合金铸件的质量问题，同时还会增加合金生产成本。而本发明中的Cu、Ni、Mn各个组分的熔点相差较大，在熔炼时低熔点的组分容易发生烧损的情况。所以，发明人先将各个组分分组熔炼，得到中间合金，中间合金的熔点为两个原材料合金的熔点的中间值，接着用各个中间合金进行熔炼形成最终合金，使得各个中间合金的熔点差距缩小，有利于减少在后续熔融过程中的烧损量。

在优选的实施方式中，中间合金Cu-Ni制备包括：将纯铜在保护气体的保护下升温至1000-1300℃，使Cu熔化为Cu液，待Cu液澄清后，加入纯镍，继续升温至1350-1450℃，待完全熔化后，浇铸到石墨模具中，自然冷却成型后取出，得到中间合金Cu-Ni。

在优选的实施方式中，中间合金Cu-Ni中Ni的含量为20-40w/w％。

在优选的实施方式中，中间合金Cu-Mn制备包括：将纯铜在保护气体的保护下升温至1000-1300℃，使Cu熔化为Cu液，待Cu液澄清后，加入纯锰，继续升温至1250-1350℃，待完全熔化后，浇铸到石墨模具中，自然冷却成型后取出，得到中间合金Cu-Mn。

在优选的实施方式中，中间合金Cu-Mn中Mn的含量为20-40w/w％。

在更优选的实施方式中，中间合金Cu-Ni和中间合金Cu-Mn中Cu的含量相等。

本发明中，通过预先熔炼形成各种中间合金，根据各种中间合金的特定的原材料进行熔炼温度的选择，能够减少一次性熔炼带来的烧损。

在优选的实施方式中，熔炼工艺包括：将中间合金Cu-Ni、中间合金Cu-Mn同时在保护气体保护下升温至1350-1450℃，待中间合金Cu-Ni和中间合金Cu-Mn完全熔化后，向熔体中放入磷铜进行除氧。

在优选的实施方式中，本发明中保护气体为惰性气体，例如包括但不限于氮气或氩气中的至少一种。

在优选的实施方式中，熔体浇铸到直径为50mm，高为180mm的铸铁模具中，自然冷却1h后脱模，得到铸锭。铸锭进行精车加工，将Cu-Ni-Mn合金的上下两面车平，侧面去皮。

在优选的实施方式中，将铸锭预热处理再热挤压，预热处理的温度为800-900℃，时间为2-4h。预热处理有利于后续的热挤压处理工艺。预热处理温度典型但非限制性的为800℃、820℃、840℃、860℃、880℃或900℃；时间典型但非限制性的为2h、3h或4h。

在优选的实施方式中，热挤压处理的条件包括：挤压比在3-9，挤压速率为1-5mm/s和挤压力为200-300MPa，优选为挤压比在4-6，挤压速率在1-3mm/s和挤压力为250-300MPa。挤压比典型但非限制性的为3、5、7或9；挤压速率典型但非限制性的为1mm/s、3mm/s或5mm/s；挤压力典型但非限制性的为200MPa、230MPa、250MPa、280MPa或300MPa。

在优选的实施方式中，固溶处理的条件包括：800-900℃的温度下固溶1-10h，优选为850-900℃的温度下固溶1-10h。固溶温度典型但非限制性的为800℃、820℃、840℃、860℃、880℃或900℃；固溶时间典型但非限制性的为1h、3h、5h、7h或10h。

在优选的实施方式中，时效处理的条件包括：400-500℃的温度下时效2-10h，优选为450-500℃的温度下时效2-10h。时效温度典型但非限制性的为400℃、420℃、440℃、460℃、480℃或500℃；时效时间典型但非限制性的为2h、3h、5h、7h或10h。

在优选的实施方式中，时效处理结束后，待Cu-Ni-Mn合金自然冷却至室温再去除氧化皮，并用细砂纸进行打磨。

本发明提供上述Cu-Ni-Mn合金或制备方法在露天作业机械中的应用。

下面通过具体的实施例进一步说明本发明，但是，应当理解为，这些实施例仅仅是用于更详细地说明之用，而不应理解为用于以任何形式限制本发明。

需要说明的是，下面的实施例中，用到的原材料为电解铜、镍板和锰片，其纯度依次为99.985％、99.96％、和99.7％。

实施例1

一种Cu-Ni-Mn合金，按质量百分比计，包括：Ni 5％、Mn 10％、P 0.1％、S 0.02％、Sn 0.01％、Zn 0.09％、Fe 0.06％以及余量的Cu。

实施例2

一种Cu-Ni-Mn合金，按质量百分比计，包括：Ni 25％、Mn 4％、P 0.3％、S 0.01％、Sn 0.03％、Zn 0.05％、Fe 0.1％以及余量的Cu。

实施例3

一种Cu-Ni-Mn合金，按质量百分比计，包括：Ni 12％、Mn 5％、P 0.2％、S 0.01％、Sn 0.01％、Zn 0.07％、Fe 0.08％以及余量的Cu。

实施例4

一种Cu-Ni-Mn合金，按质量百分比计，包括：Ni 20％、Mn 9％、P 0.1％、S 0.02％、Sn 0.03％、Zn 0.06％、Fe 0.07％以及余量的Cu。

实施例5

一种Cu-Ni-Mn合金，按质量百分比计，包括：Ni 8％、Mn 7％、P 0.3％、S 0.02％、Sn 0.03％、Zn 0.07％、Fe 0.09％以及余量的Cu。

实施例6

一种Cu-Ni-Mn合金的制备方法，包括如下步骤：

S1：在氮气存在的条件下，按配方比例将原材料同时升温至1350℃，待原材料全部熔化后得到熔体，加入磷铜除氧。

S2：浇铸到直径为50mm，高为180mm的铸铁模具中，自然冷却1小时后脱模。

S3：将铸好的合金进行精车加工，将合金的上下两面车平，侧面去皮。

S4：将车好的合金在随炉升温至900℃下进行预热处理，热处理2h。

S5：将S4中预热好的铸件直接取出进行热挤压实验。挤压比在9，挤压速率为1mm/s，挤压力在300Mpa。

S6：固溶处理是于固溶温度为800℃的条件下固溶10h。

S7：固溶后直接进行时效处理，时效处理是于时效温度为500℃的条件下时效2h。

实施例7

一种Cu-Ni-Mn合金的制备方法，包括如下步骤：

S1：在氮气存在的条件下，按配方比例将原材料同时升温至1450℃，待原材料全部熔化后得到熔体，加入磷铜除氧。

S4：将车好的合金在随炉升温至800℃下进行预热处理，热处理4h。

S5：将S4中预热好的铸件直接取出进行热挤压实验。挤压比在3，挤压速率为5mm/s，挤压力在200Mpa。

S6：固溶处理是于固溶温度为900℃的条件下固溶1h。

S7：固溶后直接进行时效处理，时效处理是于时效温度为400℃的条件下时效10h。

实施例8

一种Cu-Ni-Mn合金的制备方法：

S1、配料

首先计算熔炼中间合金Cu-20Ni(代表中间合金中Ni的含量为20％)、Cu-20Mn(代表中间合金中Mn的含量为20％)所需的原材料的质量，待中间合金熔炼完成后，对中间合金进行计算称重，计算熔炼最终合金所需的质量，若某个组分的含量不足，可用原材料进行补足。

S2、熔炼

熔炼中间合金Cu-20Ni包括：以铜和镍为原材料，将铜在保护气体的保护下升温至1150℃，使铜熔化为铜液，待铜液澄清后，加入配比好的镍，继续升温至1400℃，待完全熔化后，浇铸到石墨模具中，自然冷却成型后取出。

熔炼中间合金Cu-20Mn包括：以铜和锰为原材料，将铜在保护气体的保护下升温至1150℃，使铜熔化为铜液，待铜液澄清后，加入配比好的锰，继续升温至1300℃，待完全熔化后，浇铸到石墨模具中，自然冷却成型后取出。

熔炼最终合金包括：将中间合金Cu-20Ni、中间合金Cu-20Mn同时在保护气体保护下升温至1400℃，待合金完全熔化后，向熔体中放入磷铜进行除氧。

S3、浇铸

浇铸到直径为50mm，高为180mm的铸铁模具中，自然冷却1小时后脱模。

S4、去皮

将铸好的合金进行精车加工，将合金的上下两面车平，侧面去皮。

S5、将车好的合金在随炉升温至800℃下进行预热处理，热处理2小时。

S6、将S5中预热好的铸件直接取出进行热挤压实验。挤压比在6，挤压速率为1mm/s，挤压力在200Mpa。

S7、固溶

固溶处理是于固溶温度为800℃的条件下固溶1h。

S8、时效

固溶后直接进行时效处理，时效处理是于时效温度为500℃的条件下时效3h。

实施例9

一种Cu-Ni-Mn合金的制备方法：

S1、配料

首先计算熔炼中间合金Cu-25Ni、Cu-25Mn所需的原材料的质量，待中间合金熔炼完成后，对中间合金进行计算称重，计算熔炼最终合金所需的质量，若某个组分的含量不足，可用原材料进行补足。

S2、熔炼

熔炼中间合金Cu-25Ni包括：以铜和镍为原材料，将铜在保护气体的保护下升温至1050℃，使铜熔化为铜液，待铜液澄清后，加入配比好的镍，继续升温至1350℃，待完全熔化后，浇铸到石墨模具中，自然冷却成型后取出。

熔炼中间合金Cu-25Mn包括：以铜和锰为原材料，将铜在保护气体的保护下升温至1050℃，使铜熔化为铜液，待铜液澄清后，加入配比好的锰，继续升温至1250℃，待完全熔化后，浇铸到石墨模具中，自然冷却成型后取出。

熔炼最终合金包括：将中间合金Cu-25Ni、中间合金Cu-25Mn同时在保护气体保护下升温至1350℃，待合金完全熔化后，向熔体中放入磷铜进行除氧，检测Cu-Ni-Mn合金的化学成分。

S3、浇铸

S4、去皮

S5、将车好的合金在随炉升温至850℃下进行预热处理，热处理3小时。

S6、将S5中预热好的铸件直接取出进行热挤压实验。挤压比在5，挤压速率为3mm/s，挤压力在250Mpa。

S7、固溶

固溶处理是于固溶温度为850℃的条件下固溶6h。

S8、时效

固溶后直接进行时效处理，时效处理是于时效温度为450℃的条件下时效12h。

实施例10

一种Cu-Ni-Mn合金的制备方法：

S1、配料

首先计算熔炼三个中间合金Cu-30Ni、Cu-30Mn所需的原材料的质量，待中间合金熔炼完成后，对中间合金进行计算称重，计算熔炼最终合金所需的质量，若某个组分的含量不足，可用原材料进行补足。

S2、熔炼

熔炼中间合金Cu-30Ni包括：以铜和镍为原材料，将铜在保护气体的保护下升温至1250℃，使铜熔化为铜液，待铜液澄清后，加入配比好的镍，继续升温至1450℃，待完全熔化后，浇铸到石墨模具中，自然冷却成型后取出。

熔炼中间合金Cu-30Mn包括：以铜和锰为原材料，将铜在保护气体的保护下升温至1250℃，使铜熔化为铜液，待铜液澄清后，加入配比好的锰，继续升温至1350℃，待完全熔化后，浇铸到石墨模具中，自然冷却成型后取出。

熔炼最终合金包括：将中间合金Cu-30Ni、中间合金Cu-30Mn同时在保护气体保护下升温至1350℃，待合金完全熔化后，向熔体中放入磷铜进行除氧，检测Cu-Ni-Mn合金的化学成分。

S3、浇铸

S4、去皮

S5、将车好的合金在随炉升温至900℃下进行预热处理，热处理4小时。

S6、将S5中预热好的铸件直接取出进行热挤压实验。挤压比在7，挤压速率为5mm/s，挤压力在300Mpa。

S7、固溶

固溶处理是于固溶温度为900℃的条件下固溶1h。

S8、时效

固溶后直接进行时效处理，时效处理是于时效温度为550℃的条件下时效20h。

实施例11

一种Cu-Ni-Mn合金的制备方法，与实施例8的不同之处是S7中固溶温度为700℃，固溶时间为15h。

实施例12

一种Cu-Ni-Mn合金的制备方法，与实施例8的不同之处是S8中时效温度为300℃，固溶时间为30h。

对比例1

一种Cu-Ni-Mn合金，按质量百分比计，包括：Ni 3％、Mn 12％、P 0.01％、S 0.5％、Sn 0.001％、Zn 0.3％、Fe 0.01％以及余量的Cu。

对比例2

一种Cu-Ni-Mn合金，按质量百分比计，包括：Ni 30％、Mn 1％、P 0.6％、S0.001％、Sn 0.2％、Zn 0.01％、Fe 0.5％以及余量的Cu。

试验例1

将实施例1-5的合金按照实施例8的制备方法制备得到Cu-Ni-Mn合金，进行性能测试。

硬度测量采用维氏硬度计(100gf下测五个点，取平均数)。

耐磨性实验，选用尺寸为50mm×50mm×4mm的试样，用砂纸打磨使得实验材料具有相同的磨损条件，然后用磨粒磨损试验机配以180#砂纸进行磨损试验，施加载荷为19.6N，对每个Cu-Ni-Mn合金试样各做三组，然后各自取平均值。

结果如下表所示：

	硬度	耐磨性
			实施例1	93.2HV	0.468g
实施例2	142.6HV	0.358g
			实施例3	132.5HV	0.372g
实施例4	138.7HV	0.368g
			实施例5	118.4HV	0.380g

试验例2

实施例3中的合金按照实施例6-12的制备方法分别制备得到Cu-Ni-Mn合金，进行性能测试。

硬度测量采用维氏硬度计(100gf下测五个点，取平均数)。

结果如下表所示：

	硬度	耐磨性
			实施例6	101.1HV	0.423g
实施例7	103HV	0.412g
			实施例8	104HV	0.406g
实施例9	119.4HV	0.382g
			实施例10	108.5HV	0.396g
实施例11	98.7HV	0.446g
			实施例12	99.6HV	0.434g

同时，实施例6和7的制备中烧损为2.16％，而实施例8-10中烧损为1.38％，所以中间合金的制备可以显著降低烧损，降低成本。

此外，实施例8的制备方法为基准，测试实施例3Cu-Ni-Mn合金，在时效处理时间0h、3h、5h和7h条件下的性能。

经过粗磨、细磨、抛光完成后，用3g氯化铁、15ml盐酸进行腐蚀，在光学显微镜(OM)(Axio Imager,Zeiss,Germany)下进行金相组织观察和拍照。不同时效时间的金相分析结果如图1所示，从图中可以看出，在不同时效后存在大量的由挤压造成的滑移带及孪晶，其中，孪晶的存在有利于合金的硬度的提高。

不同时效时间处理后的Cu-Ni-Mn合金的硬度值结果如图2所示，从图中可以看出随时效时间的增加，硬度值相升高后降低，在3h时其硬度值达到最大值130HV，接着随时效时间的增加而逐渐降低。

不同时效时间处理后的Cu-Ni-Mn合金的磨损量结果如图3所示，从图中可以发现，磨损量在时效3h后的值最小。磨损量随时效时间的增加而增加。

不同时效时间处理后的Cu-Ni-Mn合金的SEM图分析结果如图4所示，图片标尺10微米，在时效3h后磨损后表面较5h、7h时的较为光滑，没有大面积的剥落。

不同预热处理时间的Cu-Ni-Mn合金的SEM线扫分析结果图如图5所示，从图中可以发现，在不同预热处理条件下合金的成分较为均匀，结果图几乎是直线。

不同时效时间的Cu-Ni-Mn合金的XRD分析结果图6所示，从图中可以发现在不同预热处理条件下峰值的位置几乎是一样的，主要相是Cu和Cu_3.8Ni。

尽管已用具体实施例来说明和描述了本发明，然而应意识到，在不背离本发明的精神和范围的情况下可以作出许多其它的更改和修改。因此，这意味着在所附权利要求中包括属于本发明范围内的所有这些变化和修改。

Claims

1.一种Cu-Ni-Mn合金，其特征在于，按质量百分比计，包括：Ni 5-25％、Mn 4-10％、P0.1-0.3％、S 0.01-0.02％、Sn 0.01-0.03％、Zn 0.05-0.09％、Fe 0.06-0.1％以及余量的Cu；

所述Cu-Ni-Mn合金的制备方法包括以下步骤：

按照配方比例称取原材料纯铜、纯镍和纯锰，将原材料熔炼成熔体，熔体依次经除氧和浇铸成铸锭，铸锭再依次经热挤压处理，固溶处理和时效处理，得到所述Cu-Ni-Mn合金；

将所述铸锭预热处理，再热挤压；预热处理的温度为800-900℃，时间为2-4h；

所述热挤压处理的条件包括：挤压比在3-9，挤压速率为1-5mm/s和挤压力为200-300MPa。

2.根据权利要求1所述的Cu-Ni-Mn合金，其特征在于，按质量百分比计，包括：Ni 8-20％、Mn 4-9％、P 0.14-0.21％、S 0.01-0.016％、Sn 0.018-0.026％、Zn 0.055-0.083％、Fe 0.063-0.095％以及余量的Cu。

3.根据权利要求2所述的Cu-Ni-Mn合金，其特征在于，按质量百分比计，包括：Ni 10-17％、Mn 4-6％、P 0.158-0.193％、S 0.012-0.014％、Sn 0.020-0.024％、Zn 0.062-0.076％、Fe 0.071-0.087％以及余量的Cu。

4.根据权利要求1所述的Cu-Ni-Mn合金，其特征在于，所述熔炼包括：在保护气体存在的条件下，将原材料混合同时升温至1350-1450℃，待原材料全部熔化后得到熔体。

5.根据权利要求1所述的Cu-Ni-Mn合金，其特征在于，所述除氧利用磷铜进行。

6.根据权利要求1所述的Cu-Ni-Mn合金，其特征在于，所述熔炼包括：分别将原材料纯铜与纯镍和纯锰制备得到中间合金Cu-Ni和中间合金Cu-Mn，再将中间合金Cu-Ni和中间合金Cu-Mn混合熔炼得到熔体。

7.根据权利要求6所述的Cu-Ni-Mn合金，其特征在于，所述中间合金Cu-Ni和中间合金Cu-Mn中Cu的含量相等。

8.根据权利要求6所述的Cu-Ni-Mn合金，其特征在于，在保护气体存在的条件下，将纯铜升温至1000-1300℃得到Cu液，加入纯镍，升温至1350-1450℃，待完全熔化后，浇铸成型得到中间合金Cu-Ni。

9.根据权利要求6所述的Cu-Ni-Mn合金，其特征在于，在保护气体存在的条件下，将纯铜升温至1000-1300℃得到Cu液，加入纯锰，升温至1250-1350℃，待完全熔化后，浇铸成型得到中间合金Cu-Mn。

10.根据权利要求1所述的Cu-Ni-Mn合金，其特征在于，所述热挤压处理的条件包括：挤压比在4-6，挤压速率在1-3mm/s和挤压力为250-300MPa。

11.根据权利要求1所述的Cu-Ni-Mn合金，其特征在于，所述固溶处理的条件包括：800-900℃的温度下固溶1-10h。

12.根据权利要求11所述的Cu-Ni-Mn合金，其特征在于，所述固溶处理的条件包括：850-900℃的温度下固溶1-10h。

13.根据权利要求1所述的Cu-Ni-Mn合金，其特征在于，所述时效处理的条件包括：400-500℃的温度下时效2-10h。

14.根据权利要求13所述的Cu-Ni-Mn合金，其特征在于，所述时效处理的条件包括：450-500℃的温度下时效2-10h。

15.权利要求1-14任一项所述的Cu-Ni-Mn合金在露天作业机械中的应用。