CN114395705A - 一种耐高温软化的镍锆青铜棒材料及加工工艺 - Google Patents
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Abstract
一种耐高温软化的镍锆青铜棒材料及加工工艺，合金成分：Ni：0.5‑2.0％；Zr：0.05‑0.25％；Sr：0.002‑0.05％；杂质：≤0.2％；余量Cu；以上各组份之和为百分之百；生产工艺流程为：熔铸‑挤压‑淬火‑拉伸‑中间时效‑成品拉伸‑成品时效‑包装入库；本发明满足了燃气发生器喷注单元的高导热、耐高温抗软化等综合性能，保障了火箭发动机零部件在材料方面使用要求，也可以推广应用于其它需满足耐高温抗软化性的铜基合金材料使用的领域。
Description
技术领域
本发明涉及有色金属材料加工领域，尤其涉及火箭发动机喷注器用耐高温青铜棒材料及加工领域。
背景技术
发动机是运载火箭发展的重点和核心，其先进程度直接决定运载火箭的先进性，是航天强国的重要标志之一；火箭发动机喷注器要承受高温高压、高流速冲击等一系列恶劣工况，是发动机制造难度最大的零部件之一,其影响着发动机推进剂的雾化、混合和燃烧，直接决定着发动机的性能。
随着运载能力进一步增大，高比冲、高推质比等高性能指标要求更高的燃烧室压力，带来更严酷的工作环境和热负荷，对材料的耐高温、抗软化性提出了更高的要求。耐高温铜合金材料作为液体火箭发动机最重要的组件——喷注器的关键材料，是保障火箭发动机研制生产的先决条件，战略意义重大；怎样提高燃气发生器喷注单元的高导热、耐高温抗软化等综合性能，成为长期以来难以解决的技术难题。
鉴于上述原因，现研发出一种耐高温软化的镍锆青铜棒材料及加工工艺。
发明内容
本发明的目的是为了克服现有技术中的不足，提供一种耐高温软化的镍锆青铜棒材料及加工工艺，满足了燃气发生器喷注单元的高导热、耐高温抗软化等综合性能，保障了火箭发动机零部件在材料方面使用要求，也可以推广应用于其它需满足耐高温抗软化性的铜基合金材料使用的领域。
本发明为了实现上述目的，采用如下技术方案：一种耐高温软化的镍锆青铜棒材料及加工工艺，合金成分：Ni：0.5-2.0％；Zr：0.05-0.25％；Sr：0.002-0.05％；杂质：≤0.2％；余量Cu；以上各组份之和为百分之百。
生产工艺流程为：熔铸-挤压-淬火-拉伸-中间时效-成品拉伸-成品时效-包装入库。
所述的杂质为：Fe、Mn、Al、Pb、Zn、P。
熔铸：使用中频真空感应炉进行熔铸，出炉温度：1200-1300℃，浇铸时间：3.0-5.0min，铸造φ80-410mm规格的铸锭；
挤压：使用挤压机进行挤压，加热温度：780-950℃，挤压速度：10-30mm/s，压余厚度：30-50mm，挤制成φ15-125mm的棒坯；
淬火：采用车底式淬火炉进行淬火处理，淬火加热温度：850-960℃，保温时间：90-180min；
拉伸：采用液压拉伸机进行拉伸，加工率18-55％；
中间时效：采用车底式淬火炉进行中间时效，时效温度：400-600℃，保温时间：100-240min；
成品拉伸：采用液压拉伸机进行拉伸，成品加工率18-55％；
成品时效：采用车底式淬火炉进行成品时效，时效温度：400-550℃，保温时间：120-300min；
包装入库：对成品检测，检测合格的成品包装入库。
本发明的有益效果是：镍固溶于铜中，使强度、反复弯曲性、刚性、耐软化性提高；
锆在铜中的最大固溶度为0.15％wt，在966℃共晶温度时，随着温度的下降，锆在铜中的固溶度急剧下降，析出的锆与铜形成熔点为1150℃的稳定的金属化合物Cu3Zr,通过淬火-时效工艺，析出的细小的析出物对基体具有沉淀强化的作用，能有效阻止退火时位错的消失和晶界的移动，提高合金的再结晶温度和热强性；
锶的固溶度很小，易在晶界上聚集，阻碍晶粒长大，能起到细化晶粒的作用，提高材料强度、硬度、耐磨性等；
在本加工方法中不同温度时效时，合金具有时效强化峰值；材料加工过程中的中间时效处理，具有提高时效强化峰值的作用，从材料的高温性能变化分析，经中间时效处理的材料抗高温软化性能优势明显；通过形变热处理及中间时效处理，提高了合金的高温抗软化性，达到了使用的各项要求；
本发明采用合适的加工、热处理方式，显著提高材料的耐高温抗软化性，同时满足延伸率(A)等性能要求；性能要求见表1；
表1
本发明满足了燃气发生器喷注单元的高导热、耐高温抗软化等综合性能，保障了火箭发动机零部件在材料方面使用要求，也可以推广应用于其它需满足耐高温抗软化性的铜基合金材料使用的领域。
具体实施方式
下面结合实施例与具体实施方式对本发明作进一步详细说明：
实施例1
一种铜镍锆锶青铜棒材，规格Φ43mm；
性能要求：Rm≥260MPa，Rp0.2≥100MPa，A≥20％，导电率：≥60％IACS；
合金成份：镍Ni：0.5-2.0％；锆Zr：0.05-0.25％；锶Sr：0.002-0.05％；杂质：≤0.2％；余量为铜Cu；以上各组分之和为百分之百；
熔铸：使用中频真空感应炉进行熔铸，出炉温度：1250℃，浇铸时间：3.0～5.0min，铸造φ245mm规格的铸锭；
挤压：使用3000吨挤压机进行挤压，加热温度：800℃，挤压速度：12mm/s，压余厚度：30～50mm，挤制成φ65mm的棒坯；
淬火：在车底式淬火炉进行，棒材摆放在耐火砖上，垫料间隔不大于200mm，头部须摆在耐火砖上；淬火工艺为：加热温度960℃，保温时间180min；
拉伸：采用200KN液压拉伸机进行拉伸，加工率20～48％；
中间时效：在车底式淬火炉进行；时效温度：500℃，保温时间：240min；
成品拉伸：采用200KN液压拉伸机进行拉伸，成品加工率20～48％；
成品时效：采用车底式淬火炉进行成品时效，时效温度：550℃，保温时间：300min；
包装入库：对成品检测后，包装入库。
性能：Rm：326MPa，Rp0.2：206MPa，A：30.0％，导电率：76.11％IACS；能够满足客户要求。
实施例2
一种镍锆青铜棒材，规格Φ10mm；
性能要求：Rm≥260MPa，Rp0.2≥100MPa，A≥20％，导电率：≥60％IACS；
合金成份：镍Ni：0.5-2.0％；锆Zr：0.05-0.25％；锶Sr：0.002-0.05％；杂质：≤0.2％；余量为铜Cu；以上各组分之和为百分之百；
熔铸：使用中频真空感应炉进行熔铸，出炉温度1300℃，浇铸时间：3.0～5.0min，铸造φ80mm规格的铸锭；
挤压：使用3000吨挤压机进行挤压，挤压加热温度：880℃，挤压速度：30mm/s，压余厚度：30～50mm，挤制成φ15mm的棒坯；
淬火：在车底式光亮退火(淬火)炉进行，棒材须摆放在料筐内，头部须垫起；淬火工艺为：加热温度850℃，保温时间90min；
拉伸：采用100KN液压拉伸机进行拉伸，加工率20～48％；
中间时效：在车底式淬火炉进行；时效温度：400℃，保温时间：180min；
成品拉伸：采用100KN液压拉伸机进行拉伸，成品加工率20～48％；
成品时效：采用车底式淬火炉进行成品时效，加热温度：550℃，保温时间：200min；
包装入库：对成品检测后，包装入库。
性能：Rm：360MPa，Rp0.2：330MPa，A：24.5％，导电率：71.23％IACS；能够满足客户要求。
实施例3
一种铜镍锆锶青铜棒材，规格Φ100mm；
性能要求：Rm≥260MPa，Rp0.2≥100MPa，A≥20％，导电率：≥60％IACS；
合金成份：镍Ni：0.5-2.0％；锆Zr：0.05-0.25％；锶Sr：0.002-0.05％；杂质：≤0.2％；余量为铜Cu；以上各组分之和为百分之百；
熔铸：使用中频真空感应炉进行熔铸，出炉温度：1200℃，浇铸时间：3.0～5.0min，铸造φ245mm规格的铸锭；
挤压：使用4000吨挤压机进行挤压，挤压加热温度：800℃，挤压速度：15mm/s，压余厚度：30～50mm，挤制成φ125mm的棒坯；
淬火：在车底式淬火炉进行，棒材摆放在耐火砖上，垫料间隔不大于200mm，头部须摆在耐火砖上；淬火工艺为：加热温度960℃，保温时间180min；
拉伸：采用300KN液压拉伸机进行拉伸，加工率18～48％；
中间时效：在车底式淬火炉进行；中间时效工艺为：加热温度：600℃，保温时间：200min；
成品拉伸：采用300KN液压拉伸机进行拉伸，成品加工率18～48％；
成品时效：采用车底式淬火炉进行成品时效，时效温度：550℃，保温时间：260min；
包装入库：对成品检测后，包装入库。
性能：Rm：303MPa，Rp0.2：175MPa，A：33.5％，导电率：74.33％IACS；能够满足客户要求。
Claims (4)
1.一种耐高温软化的镍锆青铜棒材料及加工工艺，其特征在于：合金成分：Ni：0.5-2.0％；Zr：0.05-0.25％；Sr：0.002-0.05％；杂质：≤0.2％；余量Cu；以上各组份之和为百分之百。
2.根据权利要求1所述的一种耐高温软化的镍锆青铜棒材料及加工工艺，其特征在于：生产工艺流程为：熔铸-挤压-淬火-拉伸-中间时效-成品拉伸-成品时效-包装入库。
3.根据权利要求1所述的一种耐高温软化的镍锆青铜棒材料及加工工艺，其特征在于：所述的杂质为：Fe、Mn、Al、Pb、Zn、P。
4.根据权利要求1所述的一种耐高温软化的镍锆青铜棒材料及加工工艺，其特征在于：
熔铸：使用中频真空感应炉进行熔铸，出炉温度：1200-1300℃，浇铸时间：3.0-5.0min，铸造φ80-410mm规格的铸锭；
挤压：使用挤压机进行挤压，加热温度：780-950℃，挤压速度：10-30mm/s，压余厚度：30-50mm，挤制成φ15-125mm的棒坯；
淬火：采用车底式淬火炉进行淬火处理，淬火加热温度：850-960℃，保温时间：90-180min；
拉伸：采用液压拉伸机进行拉伸，加工率18-55％；
中间时效：采用车底式淬火炉进行中间时效，时效温度：400-600℃，保温时间：100-240min；
成品拉伸：采用液压拉伸机进行拉伸，成品加工率18-55％；
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20220426 |
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