一种提高铜铝基合金热疲劳性能的复合稀土添加剂的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于铜合金技术领域，特指一种提高铜铝基合金热疲劳性能的复合稀土添 加剂。
【背景技术】
[0002] 在冶金工业中，稀土常被称作是金属材料的"维生素"。其特点是以少量甚至微量 的稀土作用于合金中，便能显著的提高其综合性能。稀土元素在铜合金中主要用于改善热 加工性能和铸件组织，防止偏析；获得高强度、良好的热疲劳性能以及耐腐蚀性能。在铜合 金中加入稀土元素还有一定的脱氧效果，这样铜合金的表面能形成一层氧化膜，阻止了合 金的外界介质原子向内部扩散，有效的提高了合金的耐腐蚀性能。铜合金的耐磨性能也能 通过稀土元素来得以提高。铜合金中加入稀土元素能改善铜的组织结构、机械性能和导电 性。合金的硬度和抗拉强度随着稀土元素含量的增加而增加，同时合金的塑性也到达很好 的效果。铝青铜合金具有强度高、耐磨性能好、铸造性能优良、熔炼工艺简单、耗能少、无污 染及原材料成本低等一系列优点，因而受到国内外专家的普遍重视，因此铝青铜合金具有 很强的市场竞争力。但其也有性能不够均匀等缺点，限制了其应用范围。为了扩大铝青铜 合金的应用范围，提高零件的可靠性，特别是防止其在高温下的热疲劳断裂，需要进一步提 高其热疲劳性能。本发明开发出一种提高铜铝基合金热疲劳性能的复合稀土添加剂。
【发明内容】
[0003] -种提高铜铝基合金热疲劳性能的复合稀土添加剂，其特征为：组分按重量 百分比计算，Ndl〇-15 %、Tb8-12 %、V7-10 %、Sb7-10 %、Ce6-9 %、La+Sc+Sm+Er+Yb+ Lu+Gd+Nb+Ti+Ba合计为15-20%，余量为铜。所述变质剂为块状灰褐色合金，熔点范围800 - 1200°C，复合稀土添加剂加入量范围为0. 2%-1. 2%。
[0004] 上述用于铜铝基合金的复合稀土添加剂，成分可优选为：Ndl2-14%、TblO-Il%、 V8-9%、Sb8-9 %、Ce7-8%、La+Sc+Sm+Er+Yb+Lu+Gd+Nb+Ti+Ba合计为 17-18%，余量为铜。复 合稀土添加剂加入量优选范围为0. 6%-1. 0%。 本发明复合稀土添加剂辅以多种合金元素，避免单独使用一种元素时对材料综合性能 提高不明显的缺点，复合稀土添加剂与铜铝合金中不同合金元素发生交互作用，达到净化 合金液、去除杂质、细化晶粒、强化基体、使组织得到优化，性能明显改善，全面提高材料热 疲劳性能。
【附图说明】
[0005] 图1热疲劳试样尺寸(单位mm); 图2未加入复合稀土添加剂试样在20°C_450°C循环9000次裂纹图； 图3加入复合稀土添加剂0. 4%试样在20°C_450°C循环9000次裂纹图； 图4加入复合稀土添加剂0. 8试样在20°C_450°C循环9000次裂纹图； 图5加入复合稀土添加剂I. 2试样在20°C-450°C循环9000次裂纹图。
[0006] 图2 -图5为不同复合稀土添加剂含量的试样在循环9000次后的热疲劳裂纹图， 由图2看出，未加入复合稀土添加试样的裂纹变得粗大，萌生出二次或三次裂纹，扩展方式 为裂纹与裂纹间的搭桥，小裂纹与主裂纹的尖端将会相遇，使裂纹向前扩展；由图3看出 (加入复合稀土添加剂〇. 4%)，两条主裂纹向相同方向扩展，并且有微小裂纹与两条主裂纹 相连接，此时两条主裂纹明显减小；由图4看出（加入复合稀土添加剂0. 8%)，两条主裂纹向 相同方向扩展，但主主裂纹明显短小，并有生成二次或三次裂纹；由图5看出（加入复合稀 土添加剂1. 2%)，合金试样裂纹又增加，而且周围均出现了氧化层，裂纹在其中扩展。
[0007]
【具体实施方式】 实施例
[0008] 以电解铜、工业铝锭AOO号、普通不含锈的铁钉、电解镍、电解锰、纯钨、纯钥、复合 稀土添加剂，（组分按重量百分比计算，Ndl〇-15 %、Tb8-12 %、V7-10 %、Sb7-10 %、Ce6-9 %、 La+Sc+Sm+Er+Yb+Lu+Gd+Nb+Ti+Ba合计为15-20%，余量为铜。）为原料。成分按重量百分比 计算，按A110%、Fe4-5%、Ni3-4%、MnL5-2. 5%、W0? 8-1. 2%、MoO. 4-0. 6%、复合稀土添加剂 0-1. 2%、余量是铜的比例称重后在感应熔炼炉中熔炼。熔炼工艺为：先加入铝锭、电解铜、 普通不含锈的铁钉、电解镍、电解锰、纯钨、纯钥、复合稀土添加剂，待材料全部熔化后，升温 至125(T130(TC时保温4min-6min使各元素均匀化，然后撒入铜合金用精炼除渣剂，静置 5min-4min后扒渣除气，待温度为120(Tl25(rC时准备浇注。铸造工艺为：砂型铸造，底板为 金属型，金属型内部通水冷却，将熔炼好的铜铝铁镍锰合金液浇铸成长250mm、宽40mm、高 70_的毛坯，根据加入复合稀土添加剂的含量不同，浇铸出七组复合稀土添加剂含量不同 的铜铝铁镍锰合金毛坯，其复合稀土添加剂加入量分别为〇%、〇. 2%、0. 4%、0. 6%、0. 8%、1. 0%、 1.2%，再在毛坯上取样，通过线切割加工出热疲劳试样，热疲劳试样尺寸为长40mm、宽10 mm、高5mm，试样顶部带有V型缺口，如图1所示。
[0009] 采用电阻炉加热自约束热疲劳试验机进行热疲劳试验。板状试样装卡在立方卡 具的四个侧面，保证每块试样的加热与冷却位置一致，通过传动装置上下垂直运动，从而达 到试样加热以及冷却的自动化完成。采用设时自控，热电偶测量并控制温度，试样在室温 20°C至450°C之间进行加热与冷却的热循环，采用计数器进行自动计数，调整并保持炉温 450°C，水温20°C(流动自来水)。快速加热试样，加热、冷却一次作为一个循环，每次循环加 热时间为120s，入水冷却时间为5s，直至预定循环次数。对于研究热疲劳裂纹萌生的试样， 每循环500次，取下试样，抛光去除表面氧化膜，测量表面裂纹长度，以0.Imm作为裂纹萌生 长度，记下试样裂纹萌生循环次数，观察并对裂纹的萌生位置照相。对于研究热疲劳裂纹扩 展的试样，每循环1000次，取下试样，抛光并观察。测量表面裂纹长度。表1为加入不同复 合稀土添加剂对铜铝基合金裂纹长度的影响。由表1可以看出，复合稀土添加剂加入量为 0. 8% - 1. 0%时，铜铝基合金热疲劳性能最好。
[0010] 表1铜铝基合金加入不同复合稀土添加剂在20°C-450°C循环后的的裂纹长度 (mm)
【主权项】
1. 一种提高铜铝基合金热疲劳性能的复合稀土添加剂，其特征为：组分按重 量百分比计算，Ndl〇-15 %、Tb8-12 %、V7-10 %、Sb7-10 %、Ce6-9 %、La+Sc+Sm+Er+ Yb+Lu+Gd+Nb+Ti+Ba合计为15-20%，余量为铜；所述变质剂为块状灰褐色合金，熔点范围 800 - 1200°C，复合稀土添加剂加入量范围为0. 2%-1. 2%。2. 根据权利要求1所述一种提高铜铝基合金热疲劳性能的复合稀土添加剂， 成分可优选为：Ndl2-14 %、TblO-Il %、V8-9 %、Sb8-9 %、Ce7-8 %、La+Sc+Sm+Er+ Yb+Lu+Gd+Nb+Ti+Ba 合计为 17-18%，余量为铜。3. 根据权利要求1所述一种提高铜铝基合金热疲劳性能的复合稀土添加剂，复合稀土 添加剂加入量优选范围为〇. 6%-1. 0%。
【专利摘要】一种提高铜铝基合金热疲劳性能的复合稀土添加剂，属于铜合金技术领域，其特征为：组分按重量百分比计算，Nd10-15％、Tb8-12％、V7-10％、Sb7-10％、Ce6-9％、La+Sc+Sm+Er+Yb+Lu+Gd+Nb+Ti+Ba合计为15-20%，余量为铜。所述变质剂为块状灰褐色合金，熔点范围800－1200℃，复合稀土添加剂加入量范围为0.2%-1.2%。
【IPC分类】C22C1/06, C22C9/00, C22C1/03
【公开号】CN105087988
【申请号】CN201410194980
【发明人】张志敏, 管志锋, 李萌, 万浩, 白高鹏
【申请人】镇江忆诺唯记忆合金有限公司
【公开日】2015年11月25日
【申请日】2014年5月11日