CN114959352B - 航空航天电气用铍青铜合金及其绿色制备方法 - Google Patents

航空航天电气用铍青铜合金及其绿色制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了航空航天电气用铍青铜合金及制备方法，合金包括以下质量比组分，铍0.8‑1.0％、钴0.08‑0.12％、钛0.05‑0.07％、铝0.01‑0.02％、铁0.005‑0.01％、镍0.03‑0.04％，余量为铜，本方案改进铍青铜合金的配方，并针对性改进制备工艺，实现高强度、高周疲劳性能和抗冲击性能等的提升。

Description

航空航天电气用铍青铜合金及其绿色制备方法
技术领域
本发明涉及材料技术领域，具体涉及航空航天电气用铍青铜合金及其绿色制备方法。
背景技术
随着航空、电力、交通等行业的快速发展，高强耐磨铜合金材料在各种航空、轨道交通、微电子及电器控制插接件等领域得到大量应用。根据应用反馈，随着服役条件向高速、重载、交变温度、腐蚀性介质等苛刻化方向发展，由此导致的磨损、疲劳、断裂等已成为高强耐磨铜合金损伤的主要形式。
为满足实际工况使用要求，保证高强度等需求下提升高周疲劳性能和抗冲击性能迫在眉睫，对此本司立项以研发新型铍青铜合金，包括制备工艺等。
发明内容
为解决上述至少一个技术缺陷，本发明提供了如下技术方案：
本申请文件第一方面公开航空航天电气用铍青铜合金，包括以下质量比组分，铍0.8-1.0％、钴0.08-0.12％、钛0.05-0.07％、铝0.01-0.02％、铁0.005-0.01％、镍0.03-0.04％，余量为铜。
本方案改进铍青铜合金的配方，以钴、钛、铝、铁、镍、铍与铜配合实现高强度、高周疲劳性能和抗冲击性能等的提升。
各组分配合原理如下：
以铍、钴及其中间化合物等弥散分布在晶内及晶外的特性，提高合金的综合性能。
钴、钛元素用以提升材料的强度，提高耐磨性等性能。
添加铝以提高合金在室温及高温下的力学性能及抗氧化能力。
添加镍以去铍形成中间化合物，增加基体强度，兼有抗应力腐蚀的作用。
添加铁的作用在于细化晶粒，提高高温抗软化能力。
本申请第二方面公开航空航天电气用铍青铜合金的绿色制备方法，包括以下步骤
将铍青铜各组分熔融浇注成型铸锭的步骤，铸锭中各组分比例依据上述方案中记载，并对熔铸过程中废气回收，浇注温度为1080-1120℃；
将铸锭进行塑形加工的步骤，其中变形量控制在85-95％；
将塑形加工后合金进行热处理的步骤，其中热处理包括固溶处理工序及时效处理工序，在固溶处理工序后对合金进行30-37％的冷变形处理，之后进行双重时效处理，第一重时效处理为160-180℃，处理时间0.5-0.8h，第二重时效处理为350-370℃，处理时间为0.8-1.2h，热处理过程中回收废气。
本方案中针对上述配方设计制备工艺，通过浇铸温度的优选，塑形加工大变形量的控制，配合固溶处理以及冷变形、双重时效处理促使铍青铜棒材的晶粒组织均匀，有效控制有害β相含量和晶界析出，力学性能再度提升。
此外，根据回收废气，避免含铍的废气流出至周边环境中，造成污染。
进一步，塑形加工步骤中在650-760℃下进行热变形。
进一步，固溶处理工序中加热温度在860-880℃，保温时间1.5-2h，固溶完成后在5s内迅速以18℃以下的水液冷却。控制时间及水温，避免β相的产生。
进一步，第二重时效处理后以空气自然冷却即可。
进一步，对熔铸步骤以及热处理步骤中回收的废气进行除尘处理，将铍颗粒回收，降低成本。
与现有技术相比，本发明的有益效果：
1、本发明改进铍青铜合金的配方及制备方法，促使材料具备高强、耐耐疲劳等性能，满足航空航天的高性能需求。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步说明。
实施例1
航空航天电气用铍青铜合金的绿色制备方法，包括以下步骤
将铍青铜各组分熔融浇注成型铸锭的步骤，其中以真空熔炼的方式熔融电解铜、铜铍中间合金、铜镍以及钴、铁、铝、钛等，熔融温度在1200±20℃，依据常规方式精炼后，取样调节组分比例至：铍0.8％、钴0.08％、钛0.05％、铝0.01％、铁0.008％、镍0.03％，余量为铜，待温度降至1100±3℃后，浇铸冷却形成铸锭。熔铸过程中产生的废气回收。
将铸锭进行塑形加工的步骤，在700±5℃下进行热变形，变形量控制在90％。
将塑形加工后合金进行热处理的步骤：
固溶处理工序：加热温度在860℃，保温时间1.5h，固溶完成后在5s内迅速以18℃以下的水液冷却。
时效处理工序：在固溶处理工序后对合金进行35％的冷变形处理，之后进行双重时效处理，第一重时效处理为160℃，处理时间0.5h，第二重时效处理为350℃，处理时间为0.8h，之后置于空气中自然冷却即可，热处理过程中回收废气。
最后，对熔铸步骤以及热处理步骤中回收的废气进行除尘处理，置于废气中其他组分依据常规流程处理即可，通过除尘处理将铍颗粒回收。
实施例2
航空航天电气用铍青铜合金的绿色制备方法，包括以下步骤
将铍青铜各组分熔融浇注成型铸锭的步骤，其中以真空熔炼的方式熔融电解铜、铜铍中间合金、铜镍以及钴、铁、铝、钛等，熔融温度在1200±20℃，依据常规方式精炼后，取样调节组分比例至：铍0.11％、钴0.1％、钛0.06％、铝0.015％、铁0.01％、镍0.04％，余量为铜，待温度降至1090±3℃后，浇铸冷却形成铸锭。熔铸过程中产生的废气回收。
将铸锭进行塑形加工的步骤，在720±5℃下进行热变形，变形量控制在88％。
将塑形加工后合金进行热处理的步骤：
固溶处理工序：加热温度在880℃，保温时间2h，固溶完成后在5s内迅速以18℃以下的水液冷却。
时效处理工序：在固溶处理工序后对合金进行33％的冷变形处理，之后进行双重时效处理，第一重时效处理为170℃，处理时间0.6h，第二重时效处理为370℃，处理时间为1.0h，之后置于空气中自然冷却即可，热处理过程中回收废气。
最后，对熔铸步骤以及热处理步骤中回收的废气进行除尘处理，置于废气中其他组分依据常规流程处理即可，通过除尘处理将铍颗粒回收。
实施例3
航空航天电气用铍青铜合金的绿色制备方法，包括以下步骤
将铍青铜各组分熔融浇注成型铸锭的步骤，其中以真空熔炼的方式熔融电解铜、铜铍中间合金、铜镍以及钴、铁、铝、钛等，熔融温度在1200±20℃，依据常规方式精炼后，取样调节组分比例至：铍1.0％、钴0.11％、钛0.07％、铝0.02％、铁0.007％、镍0.04％，余量为铜，待温度降至1110±3℃后，浇铸冷却形成铸锭。熔铸过程中产生的废气回收。
将铸锭进行塑形加工的步骤，在740±5℃下进行热变形，变形量控制在95％。
将塑形加工后合金进行热处理的步骤：
固溶处理工序：加热温度在880℃，保温时间2h，固溶完成后在5s内迅速以18℃以下的水液冷却。
时效处理工序：在固溶处理工序后对合金进行35％的冷变形处理，之后进行双重时效处理，第一重时效处理为180℃，处理时间0.8h，第二重时效处理为370℃，处理时间为1.2h，之后置于空气中自然冷却即可，热处理过程中回收废气。
最后，对熔铸步骤以及热处理步骤中回收的废气进行除尘处理，置于废气中其他组分依据常规流程处理即可，通过除尘处理将铍颗粒回收。
对比例1
与实施例3的区别在于：组分中无钛，时效中仅一重时效。
对上述制备的材料进行性能的检测，如下表所示：
Figure BDA0003698031720000041
从上表可以看出，本方案下合金性能优异，强度、耐疲劳等性能大幅度提升。
以上仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (3)

1.航空航天电气用铍青铜合金，其特征在于，包括以下质量比组分，铍 0.8-1.0%、钴0.08-0.12%、钛 0.05-0.07%、铝 0.01-0.02%、铁0.005-0.01%、镍 0.03-0.04%，余量为铜；
航空航天电气用铍青铜合金的绿色制备方法，包括以下步骤
将铍青铜各组分熔融浇注成型铸锭的步骤，铸锭中各组分比例依据前述记载，并对熔铸过程中废气回收，浇注温度为 1080-1120℃；
将铸锭进行塑形加工的步骤，其中变形量控制在 85-95%；
将塑形加工后合金进行热处理的步骤，其中热处理包括固溶处理工序及时效处理工序，在固溶处理工序后对合金进行 30-37%的冷变形处理，之后进行双重时效处理，第一重时效处理为 160-180℃，处理时间 0.5-0.8h，第二重时效处理为 350-370℃，处理时间为0.8-1.2h，热处理过程中回收废气；
塑形加工步骤中在 650-760℃下进行热变形；
固溶处理工序中加热温度在 860-880℃，保温时间 1.5-2h，固溶完成后在 5s 内迅速以18℃以下的水液冷却。
2.如权利要求 1 所述的航空航天电气用铍青铜合金，其特征在于：第二重时效处理后以空气自然冷却即可。
3.如权利要求 1 所述的航空航天电气用铍青铜合金，其特征在于：对熔铸步骤以及热处理步骤中回收的废气进行除尘处理。
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