【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于铜合金，具体涉及一种高强耐磨铜合金及其制备方法与应用。
技术介绍
1、铝青铜是机械工业领域中广泛应用的重要结构材料，主要由铜、铝元素构成的是二元铝青铜。铝青铜因其高强度、高耐磨、高耐蚀等特点，被广泛应用在齿轮、耐磨轴承、模具、阀门、船舶、海上平台建筑材料等中，在民用和军用中均起着十分重要的作用。近些年，随着产品更新迭代加快和各行业迅猛发展，对材料的强度、耐磨等特性提出了更高的要求。为了进一步提高材料的强度、耐磨性能，领域内学者通常采用微合金化、热处理的方法进行改进。
2、公告号为cn113584343b的专利文献了一种耐腐蚀高锰铝青铜合金及其制备方法，该铝青铜合金的重量百分比组成包括：7.4～9.4％的al、0.5～5％的fe、0.5～5％的ni、10.1～15％的mn，余量为cu和不可避免的杂质。其制备方法为，按配比取各原料；将配好的原料装入熔炼炉中，在1250～1350℃下进行熔炼，熔化后在1150～1270℃下进行半连续铸造，得到铸锭；将所得铸锭进行热挤压，得到挤压坯，其中，挤压温度为700～800℃，挤压比为150～350；将所得挤压坯进行拉伸及在线退火；重复热挤压过程，直至达到所需成品直径。该方法制备的合金的延伸率较差，且其并未公开合金的耐磨性数据。
3、公开号为cn114395710a的专利文献公开了一种高强度耐腐蚀铜合金及其制备方法，合金成分包括：al 4.0～10.0wt％，fe 1.0～4.0wt％，mn 1.0～4.5wt％，ni 0.8～3.5wt％，cr 0.08～0
4、综上，需寻找一种同时具有高的强度、硬度、优异的延伸率以及低的磨损率的铜合金，以满足机械制造、船舶海洋、建筑等行业的需求。
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于提供一种高强耐磨铜合金及其制备方法与应用，本专利技术的高强耐磨铜合金同时具有高的强度、硬度、优异的延伸率以及低的磨损率，且制备工艺简单，可用于机械制造、船舶海洋、建筑等领域中。
2、本专利技术第一个方面提供了一种高强耐磨铜合金，包括以下质量百分含量的组分，al：7～11wt％，fe：2～5wt％，ni：3～6％，mn：0.01～2wt％，余量为cu和不可避免的杂质，其中al、fe、ni和mn的质量满足：0.8≤al/(fe+ni+mn)≤2且ni/(fe+mn)≥1。
3、本专利技术通过调控合金中al、fe、ni和mn的含量和比例，控制合金微观组织中各物相的形态、分布和比例，从而获得具有高强、耐磨、且塑性和韧性良好的铜合金材料。
4、al含量对铝青铜的性能有着重要影响。当al含量在7wt％以下时，cu-al合金为单相α固溶体组织，此时合金塑性变形能力较好，但强度、耐磨性能较差。随着al含量的增加，高温下生成的β相在冷却过程中会分解为α+γ2组织，γ2相具有硬而脆的特点，可以显著提高合金的强度和耐磨性能。当al含量大于11wt％时，合金基体中出现大量γ2相，合金的塑性急剧下降，在应用端受到限制。因此，本专利技术中为使合金达到高强度、高耐磨和优异的塑性性能的目的，al含量控制在7～11wt％。
5、fe在cu-al合金中有一定的固溶度，当fe含量小于2wt％时，一部分fe固溶于基体中起到固溶强化作用，一部分形成富fe相feal3，富fe相在凝固时率先析出，起到了异质形核点的作用，从而使合金的晶粒细化，提高合金的强度、耐磨性能，但此时这种作用较小；随着fe含量增加至2～5wt％，这种强化作用逐渐增强；当fe含量大于5wt％时，大量的富铁相呈针状析出，严重降低合金的力学性能和耐蚀性，在应用端受到限制。因此，本专利技术中为使合金达到高强度和高耐磨性能的目的，fe含量控制在2～5wt％。
6、ni能有限固溶于铝青铜基体中，ni元素的加入能提高合金的强度、耐磨、耐热、耐蚀性能。控制ni和fe的添加比例，可以在铝青铜基体中形成细小的k相，提高材料的机械性能。当ni小于3wt％时，析出相较少对合金的强化效果不显著；当ni含量大于6wt％时，析出相过多降低材料的韧性。因此，本专利技术中为使合金达到高强度、高耐磨的目的，ni含量控制在3～6wt％。
7、mn能固溶于铝青铜中的α相，提高材料的合金化程度，提高材料的强度、耐磨和耐蚀性能。但当mn含量大于2wt％，材料的韧性降低；当mn含量小于0.01wt％，对材料的强度、耐磨和耐蚀性能提升不明显。因此，本专利技术中为使合金达到高强度、高耐磨的目的，mn含量控制在0.01～2wt％。
8、本专利技术的铜合金中，al、fe、ni、mn的质量满足：0.8≤al/(fe+ni+mn)≤2且ni/(fe+mn)≥1。当al、fe、ni、mn的含量关系满足0.8≤al/(fe+ni+mn)≤2且ni/(fe+mn)≥1时，al、fe、ni、mn能充分作用生成足够数量的k相、β+γ2相，使材料具备高强、耐磨的特性；同时在该比例下材料的α相彼此相连，γ2相以颗粒状析出，使材料具有高强、耐磨的同时，具有相应的塑性。
9、当al/(fe+ni+mn)含量小于0.8且ni/(fe+mn)小于1时，al、fe、ni、mn相互作用形成过多k相，γ2相以层状析出，强度、耐磨性能虽好，但材料韧性较差难以成型加工。当al/(fe+ni+mn)含量大于2且ni/(fe+mn)小于1时，al、fe、ni、mn不能充分形成k相析出相，γ2相以层状析出，不仅强度、耐磨性能较差，塑性变形能力也较低。因此，本专利技术将al、fe、ni、mn的含量限定为0.8≤al/(fe+ni+mn)≤2且ni/(fe+mn)≥1。
10、优选地，所述的高强耐磨铜合金包括si或cr中的至少一种。si能固溶于铝青铜中的α相，提高材料的强度、耐磨和耐蚀性。cr在铝青铜中的固溶度较低，在合金中主要以弥散析出相的形式存在，能显著调节细化晶粒尺寸，提高材料的强度、耐磨性能。
11、优选地，所述的高强耐磨铜合金中，si的质量百分含量为0.01～0.5wt％。当si含量超过0.5wt％时，si容易与产生fe-si相，降低材料的韧性。当si含量低于0.01wt％时，对材料的强度、耐磨和耐蚀性能提升不明显。因此，本专利技术中为使合金达到高强度、高耐磨的目的，si含量控制在0.01～0.5wt％。
12、优选地，所述的高强耐磨铜合金本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种高强耐磨铜合金，其特征在于，包括以下质量百分含量的组分，Al：7～11wt％，Fe：2～5wt％，Ni：3～6％，Mn：0.01～2wt％，余量为Cu和不可避免的杂质，其中Al、Fe、Ni和Mn的质量满足：0.8≤Al/(Fe+Ni+Mn)≤2且Ni/(Fe+Mn)≥1。
2.根据权利要求1所述的高强耐磨铜合金，其特征在于，所述的高强耐磨铜合金包括质量百分含量为0.01～0.5wt％的Si。
3.根据权利要求1或2所述的高强耐磨铜合金，其特征在于，所述的高强耐磨铜合金包括质量百分含量为0.01～0.3wt％的Cr。
4.根据权利要求1所述的高强耐磨铜合金，其特征在于，所述的高强耐磨铜合金的微观组织包括α相、k相、β和γ2相，其中各相面积占比为：87.5％＜α相＜96.5％，0.5％＜k相＜2.5％，3％＜β+γ2相＜10％。
5.根据权利要求1-4中任一项所述的高强耐磨铜合金，其特征在于，所述的高强耐磨铜合金的抗拉强度＞850MPa，屈服强度＞550，磨损率＜4.5×10-6mm3/(N·m)。
6.根据权利要求
7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述的固溶工序中，保温温度为750～950℃，保温时间为20-90min，保温结束后浸入氯化钠水溶液中冷却。
8.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述的热挤压温度为650～950℃。
9.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述的拉伸工序中，加工率为5～15％。
10.根据权利要求1-5中任一项所述的高强耐磨铜合金在机械制造、船舶海洋或建筑领域中的应用。
...【技术特征摘要】
1.一种高强耐磨铜合金，其特征在于，包括以下质量百分含量的组分，al：7～11wt％，fe：2～5wt％，ni：3～6％，mn：0.01～2wt％，余量为cu和不可避免的杂质，其中al、fe、ni和mn的质量满足：0.8≤al/(fe+ni+mn)≤2且ni/(fe+mn)≥1。
2.根据权利要求1所述的高强耐磨铜合金，其特征在于，所述的高强耐磨铜合金包括质量百分含量为0.01～0.5wt％的si。
3.根据权利要求1或2所述的高强耐磨铜合金，其特征在于，所述的高强耐磨铜合金包括质量百分含量为0.01～0.3wt％的cr。
4.根据权利要求1所述的高强耐磨铜合金，其特征在于，所述的高强耐磨铜合金的微观组织包括α相、k相、β和γ2相，其中各相面积占比为：87.5％＜α相＜96.5％，0.5％＜k相＜2.5％，3％＜β+γ2相＜10％。
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【专利技术属性】
技术研发人员：刘喆，张宝，瞿福水，段超男，
申请(专利权)人：宁波金田铜业集团股份有限公司，
类型：发明
国别省市：
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