PL184141B1

PL184141B1 - Stop miedzi z niklem i aluminium oraz sposób obróbki stopu miedzi z niklem i aluminium

Info

Publication number: PL184141B1
Application number: PL98328355A
Authority: PL
Inventors: Zdzisław Sierpiński; Janusz Gryziecki
Original assignee: Akad Gorniczo Hutnicza
Priority date: 1998-09-02
Filing date: 1998-09-02
Publication date: 2002-09-30
Also published as: PL328355A1

Abstract

1. Stop miedzi z niklem i aluminium, znamiennytym, że zawiera wagowo 6-15% niklu i 2-5% aluminium, resztę stanowi miedź. 2. Sposób obróbki stopu miedzi z niklem i aluminium polegający na obróbce cieplnej obejmującej wyżarzanie, chłodzenie i proces starzenia izotermicznego, znamienny tym, że stop wyżarza się w temperaturze powyżej linii solvus, po czym powoli chłodzi się z prędkościąco najwyżej 10°/sec do temperatury starzenia 300 - 700°C, a następnie poddaje się procesowistarzeniaw tej temperaturze. 3. Sposób obróbki stopu miedzi z niklem i aluminium, polegający na obróbce cieplno-plastycznej, obejmującej odkształcenie przesyconego stopu w temperaturze otoczenia i starzenie izotermiczne, znamienny tym, że stop poddaje się wyżarzaniu, po czym chłodzi się go z zakresu jednorodności roztworu stałego do temperatury otoczenia z prędkościąuniemożliwiającąrozpad roztworu, następnie nadaje mu się 40 - 60% odkształcenia generującego pasma ścinania, po czym prowadzi się proces starzenia izotermicznego w temperaturze nie wyższej niż 550°C.

Description

Przedmiotem wynalazku jest stop miedzi z niklem i aluminium, znajdujący zastosowanie w przemyśle okrętowym i chemicznym oraz sposób obróbki stopu miedzi z niklem i aluminium.

Znany jest z polskiej normy PN-61/H-87052 obowiązującej do 1994 roku stop CuNi6A12 o składzie Ni+Co 5,5 - 6,5% wagowych, Al 1,2 - 1,8% wagowych resztę stanowi miedź, przy czym dopuszczalna zawartość zanieczyszczeń wynosi 1%. Stop ten stosowano na blachy, pręty i rury w przemyśle okrętowym. Wadą tego stopu jest niemożność uzyskiwania dużego umocnienia i nietrwałość w wysokich temperaturach struktury uzyskanej w wyniku obróbki cieplnej. Wynika to z faktu, że główną fazą umacniającąjest faza NiAl.

Znany sposób obróbki tego stopu polega na przesycaniu z 900 - 1000°C do temperatury otoczenia i starzeniu w 500 - 600°C lub obróbce cieplno-plastycznej polegającej na odkształcaniu przesyconego stopu w temperaturze otoczenia , a następnie starzeniu w 550°C.

Wadą tych rozwiązańjest uzyskanie średnich wartości umocnienia oraz nietrwałość struktury powstałej w czasie obróbki w podwyższonych temperaturach. Znany z polskiego opisu patentowego nr 124 616 stop miedzioniklowy zawierający wagowo oprócz miedzi 9 -11 % Ni, 0,5 -1,0% Mn, 1,0-1,8% Fe oraz dopuszczalną ilość zanieczyszczeń w postaci Zn, PB, S, C ogółem 0,5% charakteryzuje się tym, że dodatkowo zawiera 0,1- 2,5% wagowych aluminium.

Celem wynalazkujest opracowanie składu stopu, który posiadałby dobre własności fizyczne i chemiczne miedzionikli oraz dawałby się obrabiać cieplnie w taki sposób, aby można było uzyskiwać oczekiwane dla danego zastosowania nawet bardzo wysokie własności wytrzymałościowe.

Istotą wynalazku jest stop miedzi z niklem i aluminium, który oprócz miedzi zawiera wagowo 6-15% niklu oraz 2 - 5% aluminium. Istota sposobu obróbki cieplnej stopu według wynalazku polega na jego wyżarzeniu w temperaturze powyżej linii solvus, powolnym chłodzeniu z prędkością co najwyżej 10 stopni na sekundę do temperatury starzenia 300 - 750°C, a następnie starzeniu izotermicznym w tej temperaturze.

Alternatywnym sposobem obróbki stopu jest obróbka cieplno-plastyczna, która polega na tym, że stop poddaje się wyżarzaniu, po czym w zakresie jednorodności roztworu stałego chłodzi się go do temperatury otoczenia , z prędkością uniemożliwiającą rozpad roztworu,

18-4 141 następnie nadaje się mu 40 - 60% odkształcenia generującego pasma ścinania i prowadzi się proces starzenia izotermicznego w temperaturze nie wyższej niż 550°C.

Skład stopu według wynalazku pozwala na powstawanie w czasie obróbki dobrze umacniających wydzieleń, głównie uporządkowanej fazy Ni₂Al oraz NiAl. Fazy te występują w dużej ilości i charakteryzują się korzystną morfologią. Na efekt obróbki cieplnej można wpływać wymuszając powstawanie wydzieleń określonego rodzaju i morfologii,

Przy zawartości niklu około 6% wagowych, w czasie starzenia powstaje duża ilość fazy NiAl. Zwiększenie zawartości niklu ogranicza ilość wydzieleń NiAl, zwiększa natomiast ilość powstających wydzieleń fazy Ni₃Al. Powyżej 10% wagowych niklu faza^Al występuje również w formie wydzieleń o morfologii prętowej. Podwyższenie temperatury starzenia powoduje szybszy rozrost wszystkich rodzajów wydzieleń oraz zmianę morfologii ciągłych wydzieleń fazy Ni₃Al ze sferycznej na kubiczną

Stop według wynalazku pozwala uzyskać w czasie obróbki cieplnej umowną granicę plastyczności R-0,2 ponad 1000 MPa przy wydłużeniu około 4%. Stop według wynalazkujest dobrze przerabialny plastycznie na zimno w stanie przesyconym oraz na gorąco w temperaturach powyżej temperatur krytycznych. Ponadto stop wykazuje wysoką odporność korozyjną. Zaletą obróbki cieplnej stopów Cu-Ni-Al według wynalazku jest możliwość uzyskiwania mniejszej ilości wydzieleń przemiany nieciągłej lub wydzieleń fazy NiAl, w porównaniu z dotychczas stosowanymi metodami obróbki. Nieciągłe wydzielenia fazy Ni₃Al i wydzielenia NiAl stanowią elementy umacniające ale w znacznie niniejszym stopniu niż ciągłe wydzielenia fazy ^Al. Ponadto, umacniające wydzielenia Ni3Al, powstające w wyniku przemiany ciągłej uzyskują wymiary i morfologię, zapewniającą stopom wysokie umocnienie. Czas powstawania wydzieleń jest znacznie krótszy niż w przypadku zwykłej obróbki cieplnej, a powstała w wyniku takiej obróbki strukturajest trwała nawet w wysokiej temperaturze, zapewniaj ąc trwałość efektu umocnienia.

Zaletą obróbki cieplno-plastycznej jest możliwość uzyskania struktury typu kompozytu. Przy niższych zawartościachNi ~ 10% wagowych wygenerowane pasma ścinania staj^.się miej scami intensywnego zarodkowania wydzieleń fazy NiAl. Wydzielenia powstałe w pasmach mają małe wymiary. Pasma ścinania są również miejscami intensywnego powstawania wydzieleń nieciągłych fazy Ni3Al w postaci prętowej przy zawartościach Ni powyżej 10% wagowych. W wyniku starzenia stopu odkształconego powstaje struktura, w której występująpodziarna o niewielkiej średnicy, wypełnione koherentnymi wydzieleniami fazy międzymetalicznej Ni₃Al w kształcie prętów lub obszary o dużej ilości wydzieleń twardej fazy międzymetalicznej NiAl.

Przykład I

Stop o składzie: 87% wagowych miedzi, 10% wagowych niklu, 3% wagowych aluminium poddaje się obróbce cieplnej polegającej na wyżarzaniu w 900°C, powolnym chłodzeniu z szybkością- 7°/sec do temperatury 500°C, a następnie starzeniu w tej temperaturze. W wyniku takiej obróbki stopu występują sporadyczne wydzielenia przemiany nieciągłej. W komórkach przemiany nieciągłej występują wtórne wydzielenia ciągłe.

Stop uzyskuje umownągranicę plastyczności R₀₂ = 850 MPa, a jego wytrzymałość na r(^ obciąganie wynosi R_n ⁼ 950 MPa.

Aby uzyskać taki sam poziom własności wytrzymałościowych należałoby przeprowadzić obróbkę polegaj ącąna przesycaniu stopu do temperatury otoczenia, nagrzewaniu do temperatury starzenia i starzeniu izotermicznym przez około 5000 minut.

Przykład II

Stop o składzie: 83% wagowych miedzi, 14% wagowych niklu, 3% wagowych aluminium, poddaje się obróbce cieplno-plastycznej polegającej na wyżarzaniu, przesycaniu go z zakresu jednorodności roztworu stałego to jest z 900°C do wody, a następnie odkszałceniu w temperaturze otoczenia przez walcowanie gniotem sumarycznym 50%, po czym poddaje się go izotermicznemu starzeniu w temperaturze 500°C. Obróbka taka powoduje powstanie większej ilości wydzieleń przemiany nieciągłej w porównaniu z samą obróbką cieplną. Wydzielenia te zarodkują głównie w pasmach ścinania, układając się w regularne obszary.

184 141

Stop uzyskuje umowną granicę plastyczności ponad 930 MPa, wytrzymałość na rozciąganie R_m = 1000 MPa, co jest wynikiem powstawania w czasie starzenia wydzieleń ciągłych i nieciągłych fazy Ni₃Al. Gdy temperatura przekracza 550°C, we wczesnych etapach starzenia pojawia się wtórna przemiana nieciągła, uniemożliwiając uzyskanie dużego umocnienia.

Departament Wydawnictw UP RP. Nakład 50 egz.

Cena 2,00 zł.

Claims

Zastrzeżenia patentowe

1. Stop miedzi z niklem i aluminium, znamienny tym, że zawiera wagowo 6 -15% niklu i 2-5% aluminium, resztę stanowi miedź.
2. Sposób obróbki stopu miedzi z niklem i aluminium polegający na obróbce cieplnej obejmującej wyżarzanie, chłodzenie i proces starzenia izotermicznego, znamienny tym, że stop wyżarza się w temperaturze powyżej linii solvus, po czym powoli chłodzi się z prędkością co najwyżej 10°/sec do temperatury starzenia 300 - 700°C, a następnie poddaje się procesowi starzenia w tej temperaturze.
3. Sposób obróbki stopu miedzi z niklem i aluminium, polegający na obróbce cieplno-plastycznej, obejmującej odkształcenie przesyconego stopu w temperaturze otoczenia i starzenie izotermiczne, znamienny tym, że stop poddaje się wyżarzaniu, po czym chłodzi się go z zakresu jednorodności roztworu stałego do temperatury otoczenia z prędkością uniemożliwiającą rozpad roztworu, następnie nadaje mu się 40 - 60% odkształcenia generującego pasma ścinania, po czym prowadzi się proces starzenia izotermicznego w temperaturze nie wyższej niż 550°C.