一种能提高力学性能的铜铝铁镍锰合金的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于铜合金技术领域，特指一种能提高力学性能的铜铝铁镍锰合金。
【背景技术】
[0002] 铜铝铁镍锰合金作为一种性能优良，应用广泛的工程材料，其研究越来越受到国 内外研究者的关注。铜铝铁镍锰合金的成分优化、制备加工工艺、热处理工艺，从而提高其 力学性性能等一直是国内外研究者关注的重点，研究者希望通过不同的处理方法对合金的 组织与性能进行改善。
[0003] 适量的稀土在合金的熔炼过程中可以起到精炼、除杂的作用。在合金的凝固过程 中，一方面能形成多种高熔点化合物，弥散于熔体中作为异质核心，显著细化铜合金；另一 方面可以防止偏析、阻碍晶粒的长大。少量的稀土即可显著改善铜合金性能。在提高铜合 金的高温塑性同时，其切削性能也得到了很大的改善。同时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。铜铝铁镍锰合 金目前是机械制造中一种常用的材料，为进一步提高其力学性能，本发明开发出一种能提 高力学性能的铜铝铁镍锰合金。
【发明内容】
[0004] 一种能提高力学性能的铜铝铁镍锰合金，其特征为：以电解铜、工业铝锭 AOO号、普通不含锈的铁钉、电解镍、电解锰、复合稀土添加剂，（其中组分按重量百 分比计算，Lal〇-14 %、Y10-14 %、Nd6-9 %、Tb5-8 %、Ce5-8 %、Ti3-6 %、Zr3-6 %、 Pr+Sm+Er+Ho+Lu+Gd+Nb+V+B合计为10-15%，余量为铜。）为原料。成分按重量百分比计 算，按A19-10%、Fe4-5%、Ni4-5%、MnL5-2. 5%、复合稀土添加剂O-L0%、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、复合稀土添加剂，待材料全部熔化后，升温至125(Tl300°C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70mm的毛坯，根据加入复合稀土添 加剂的含量不同，浇铸出六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%，然后加工成国家标准试棒。室温拉 伸力学性能测试在WE-10型液压式拉伸实验机上进行。
[0005] 表1所示为添加不同含量复合稀土添加剂时，铜铝铁镍锰合金的抗拉强度，伸长 率及硬度。由表1可以看出，：（1)添加适量的复合稀土添加剂后，铜铝铁镍锰合金合金的 常温力学性能均有很大改善；（2)随着稀土含量的继续增加，铜铝铁镍锰合金合金的常温 力学性能先升高后降低，过量的稀土会恶化合金性能，因此为获得最佳力学性能，铜铝铁镍 猛合金中复合稀土添加量以0. 6 - 0. 8%为最佳。
【附图说明】
[0007] 图1未加入复合稀土添加剂时合金组织； 图2加入复合稀土添加剂0. 2%时合金组织； 图3加入复合稀土添加剂0. 4%时合金组织； 图4加入复合稀土添加剂0. 6%时合金组织； 图5加入复合稀土添加剂0. 8%时合金组织； 图6加入复合稀土添加剂1. 0%时合金组织 图1 一图6为加入复合稀土添加剂对合金组织的影响，由图1可看出，未加入复合稀土 添加剂时其铸态组织晶格尺寸较大，组织分不均匀，基体和晶界有杂质分布；当加入〇. 2% 复合稀土添加剂时（图2)，合金铸态组织明显均匀，网胞尺寸减小，晶胞变小，内部质点变得 细小均匀；当加入〇. 4% - 0. 8%复合稀土添加剂时（图3 -图5)，合金的铸态组织更加均匀， 晶粒间的黑色质点更少；当加入1. 0%复合稀土添加剂时（图6)，合金铸态组织晶粒又变大。 由此可见，复合稀土添加剂对铜铝铁镍锰合金的铸态组织具有很好细化作用。复合稀土添 加到铜铝铁镍锰合金中，根据正常凝固条件下的扩散动力学，在合金凝固过程中，复合稀土 等元素将聚集在固液界面前沿，引起溶质再分配，从而增大了合金凝固过程中的成分过冷， 使分枝过程加剧，从而使得枝晶网胞变细，晶粒变细。同时复合稀土能净化合金并使其中的 杂质重新分布，使粗大化合物球化。因此，复合稀土等元素在铜铝铁镍锰合金中具有良好的 细化、变质作用。添加少量复合稀土等元素即可增加液态金属的异质形核结晶核心及成分 过冷度，在析出相或生长相的表面生成一层吸附膜，阻碍晶粒的正常长大，进而达到细化晶 粒的目的。但复合稀土添加剂含量过大时，反而不能达到细化变质的效果。如图6所示，复 合稀土含量大于〇. 8%以后时，晶粒又开绐变得粗大，这是因为复合稀土含量的增加会导致 复合稀土氧化物的增多，并在固、液界面处聚集，导致合金层片间距增大。
[0008]
【具体实施方式】 实施例1 以电解铜、工业铝锭AOO号、普通不含锈的铁钉、电解镍、电解锰、复合稀土添加剂，（其 中组分按重量百分比计算，Lal〇-14%、Y10-14%、Nd6-9%、Tb5-8%、Ce5-8%、Ti3-6%、 Zr3-6%、Pr+Sm+Er+Ho+Lu+Gd+Nb+V+B合计为10-15%，余量为铜。）为原料。成分按重量百 分比计算，按A19-10%、Fe4-5%、Ni4-5%、MnL5-2. 5%、复合稀土添加剂0. 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、复合稀土添加剂，待材料全部熔化后，升温至125(Tl300°C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70mm的毛坯，然后加工成国家标 准试棒。室温拉伸力学性能测试在WE-10型液压式拉伸实验