【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及本质安全材料及防爆工具领域，尤其涉及一种无铍低铜高强度铜合金及其制备方法。
技术介绍
1、铍青铜是以铍作为主要合金组元的一种无锡青铜，它具有很高的硬度、弹性极限、疲劳极限和耐磨性，还具有良好的耐蚀性、导热性和导电性，受冲击时不产生火花，广泛用作重要的弹性元件、耐磨零件和安全工具等。铍青铜是典型的安全工具用铜合金，是一种本质安全材料。
2、铸造铍青铜的铍含量有两个范围：一是0.5-1.0％的低铍范围，另一是含量在1.6-2.1％之间的高铍含量范围，主要牌号是qbe2.0，其强度可达1170mpa，硬度360hbw，但延伸率只有1-2％。铍青铜中的铍属于稀贵金属，且铍及其化合物无论是以粉尘、烟气或者蒸汽形式被人体吸入时，都会引起上呼吸道系统以及肺部发生病变。研究表明，当空气中的铍含量超过25μg/m3，或者长期生活在铍含量超过0.01μg/m3的环境中，都会引起急性铍中毒(铍肺)，长期吸入低浓度氧化铍还会引起慢性铍病。因此，铍在国际上多次被圈定为重要关注的有害微量元素之一。
3、现有技术中，无铍铜铜合金主要包括cu－ni－sn系列、cu－ni－mn系列、cu－ni－si系列、cu－ni－al系列以及cu－ti系列五大系列。cu-ni-si系列和cu-ni-al-si系列合金的强度和抗疲劳性能还待进一步提高，cu－ti系列合金中，钛含量达到3.5％的日本ngk铜钛合金强度可达1100mpa、屈服强度可达1050mpa、硬度可达360mpa、延伸率最高可达7.7％，这是目前最好的无铍高强铜合金，但其
技术实现思路
1、本专利技术目的在于提供一种无铍低铜高强度铜合金及其制备方法，以根除安全工具用铍青铜中铍的危害，同时还保证具有优异的本质安全性质和高强度性能。
2、本专利技术一种无铍低铜高强度铜合金及其制备方法的具体技术方案如下：
3、一种无铍低铜高强度铜合金，铜合金含有以下质量百分比的成分：ni为21.5-23％，mn为22.5-24％，稀土金属为0.2-0.5％，al为0.6-1.0％，ti为0.4-0.6％，杂质含量≤0.2％，余量为铜，所述稀土金属包括镧和铈中的一种或两种。
4、优选的，所述铜合金铸态性能：抗拉强度≥550mpa，伸长率＞12％；最终热处理后力学性能：抗拉强度≥1000mpa，伸长率≥5％，弹性模量120gpa；硬度hb≥300。
5、本专利技术还提供了一种无铍低铜高强度铜合金的制备方法，包括以下步骤：
6、s101、配料准备
7、按照铜合金成分配比进行原料和辅料的准备，原料包括电解铜、电解锰和电解镍，辅料电解铝、海绵钛和铜-稀土中间合金，其中铜-稀土中间合金为铜-镧、铜-铈或铜-镧-铈合金中的一种；
8、s201、熔制
9、将准备的原料和辅料投入中频感应炉内进行熔化，得到化学成分均匀一致的合金液，熔制温度为1250-1350℃；
10、s301、铸造或铸锭
11、将熔制得到的合金液倾入浇包内，静置排渣后，将合金液浇入铸型内，得到铜合金铸件；或浇入锭模内，得到铜合金铸锭；或浇入结晶器内，得到铜合金铸棒，冷却至室温，浇铸温度为1100～1200℃；
12、s401、均匀化退火
13、将铸件、铸锭或铸棒，在650-800℃下，保温3-6h，冷却至室温，进行铜合金各组分均匀化处理；
14、s501、最终热处理
15、将铸件、铸锭或铸棒，加热至600-680℃保温30-60min，空冷或水冷至室温，再次重新加热至360-490℃保温15-20h后空冷至室温。
16、优选的，步骤s301后还包括步骤s302，铜合金铸锭冷却后进行锻造，加热到800-850℃锻造成锻件。
17、优选的，所述锻造方法包括热模锻、自由锻或胎模锻。
18、优选的，步骤s401后还包括步骤s402，将铜合金铸棒进行热挤压或轧制，加热至800-850℃进行热挤压或轧制成型材或管材，并冷却至室温。
19、优选的，所述热挤压包括正挤压和反挤压；轧制包括纵轧、横轧和斜轧。
20、优选的，步骤s402后还包括步骤s403，将型材或管材进行固溶处理和冷加工，加热至600℃保温60min，水冷至室温，进行冷加工得到异形件。
21、优选的，所述冷加工包括冷弯、冷冲压和胀形。
22、优选的，所制备的铜合金的抗拉强度≥1000mpa，伸长率≥5％，弹性模量120gpa；硬度hb≥300。
23、本专利技术的一种无铍低铜高强度铜合金及其制备方法具有以下优点：
24、1、本专利技术制备的铜合金材料铸态抗拉强度可达550mpa以上，且伸长率大于12％；经过最终热处理后铜合金力学性能与铍青铜相当：抗拉强度≥1000mpa，伸长率≥5％，弹性模量＞120gpa，硬度hb≥300，拉伸断口为韧性断口，微观组织细密，平均晶粒尺寸20-60μm。
25、2、本专利技术无铍低铜高强度铜合金摩擦和撞击时不出火花，是一种本质安全的铜合金；其铜含量低于57％，可以用来制造在乙炔环境下安全使用的工具和器械。
26、3、本专利技术无铍低铜高强度铜合金可以铸造得到各种铸件，也可以锻造得到锻件，还可以热挤压和轧制得到各种型材，也可以对型材进行固溶处理后进行冷变形，得到各种异形件。
27、4、本专利技术无铍低铜高强度铜合金的材料成本仅为铍青铜成本的40％左右，而力学性能与铍青铜相当。
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1.一种无铍低铜高强度铜合金，其特征在于，铜合金含有以下质量百分比的成分：Ni为21.5-23％，Mn为22.5-24％，稀土金属为0.2-0.5％，Al为0.6-1.0％，Ti为0.4-0.6％，杂质含量≤0.2％，余量为铜，所述稀土金属包括镧和铈中的一种或两种。
2.根据权利要求1所述的一种无铍低铜高强度铜合金，其特征在于，铜合金铸态性能：抗拉强度≥550MPa，伸长率＞12％；最终热处理后力学性能：抗拉强度≥1000MPa，伸长率≥5％，弹性模量120GPa；硬度HB≥300。
3.一种无铍低铜高强度铜合金的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
4.根据权利要求3所述的一种无铍低铜高强度铜合金的制备方法，其特征在于，步骤S301后还包括步骤S302，铜合金铸锭冷却后进行锻造，加热到800-850℃锻造成锻件。
5.根据权利要求4所述的一种无铍低铜高强度铜合金的制备方法，其特征在于，锻造方法包括热模锻、自由锻或胎模锻。
6.根据权利要求3所述的一种无铍低铜高强度铜合金的制备方法，其特征在于，步骤S401后还包括步骤S
7.根据权利要求6所述的一种无铍低铜高强度铜合金的制备方法，其特征在于，热挤压包括正挤压和反挤压；轧制包括纵轧、横轧和斜轧。
8.根据权利要求6所述的一种无铍低铜高强度铜合金的制备方法，其特征在于，步骤S402后还包括步骤S403，将型材或管材进行固溶处理和冷加工，加热至600℃保温60min，水冷至室温，进行冷加工得到异形件。
9.根据权利要求8所述的一种无铍低铜高强度铜合金的制备方法，其特征在于，冷加工包括冷弯、冷冲压和胀形。
10.根据权利要求3-9任一项所述的一种无铍低铜高强度铜合金的制备方法，其特征在于，所制备的铜合金的抗拉强度≥1000MPa，伸长率≥5％，弹性模量120GPa；硬度HB≥300。
...【技术特征摘要】
1.一种无铍低铜高强度铜合金，其特征在于，铜合金含有以下质量百分比的成分：ni为21.5-23％，mn为22.5-24％，稀土金属为0.2-0.5％，al为0.6-1.0％，ti为0.4-0.6％，杂质含量≤0.2％，余量为铜，所述稀土金属包括镧和铈中的一种或两种。
2.根据权利要求1所述的一种无铍低铜高强度铜合金，其特征在于，铜合金铸态性能：抗拉强度≥550mpa，伸长率＞12％；最终热处理后力学性能：抗拉强度≥1000mpa，伸长率≥5％，弹性模量120gpa；硬度hb≥300。
3.一种无铍低铜高强度铜合金的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
4.根据权利要求3所述的一种无铍低铜高强度铜合金的制备方法，其特征在于，步骤s301后还包括步骤s302，铜合金铸锭冷却后进行锻造，加热到800-850℃锻造成锻件。
5.根据权利要求4所述的一种无铍低铜高强度铜合金的制备方法，其特征在于，锻造方法包括热模锻、自由锻或胎模锻。...
【专利技术属性】
技术研发人员：邢书明，闫光远，鲍培玮，杨景华，韩亮，高颖，杨欣泽，
申请(专利权)人：河北中泊防爆工具集团股份有限公司，
类型：发明
国别省市：
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