一种高强度高弹性Cu-Ni-Mn合金及其制备方法
【专利摘要】本发明涉及一种高强度高弹性Cu-Ni-Mn合金及其制备方法，该合金的主要成分为Cu46-73wt%，Ni13-26wt%，Mn13-26wt%，Zr0.5-1.0wt%，Co0.5-1.0wt%，其中Ni/Mn为0.8-1.2。本发明通过添加Zr、Co等微合金元素，控制Ni/Mn比为0.8-1.2，细化时效析出相，改善合金时效析出相的分布，减少晶界上的不连续析出相，获得高强度高弹性的Cu-Ni-Mn合金。该合金的屈服强度可达1000-1200MPa，拉伸强度可达1100-1500MPa，弹性模量可达132-140GPa。
【专利说明】一种高强度高弹性Cu-Ni-Mn合金及其制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种高强度高弹性Cu-Ni-Mn合金及其制备方法，属于铜合金材料技 术领域。
【背景技术】
[0002] Cu-Ni-Mn合金是一种重要的弹性铜合金材料，具有高强度、高弹性、高工作温度、 抗应力腐蚀性能好、导电导热性好、无磁性、无毒性、成本低等性能特点。Cu-Ni-Mn合金是析 出强化型合金，其热处理敏感性较低，固溶加热后在空气中冷却即可。在时效处里过程中， 该合金通过溶质原子的周期性偏聚首先形成调幅结构。随着时效时间的延长，调幅结构逐 渐演变成主要由Ni、Mn原子组成的面心四方结构的析出相。这些难变形析出相的存在，使 该合金在时效初期合金的强度和硬度迅速增加。随着时效时间的延长，强度和硬度的增加 速度变慢并且最终到达峰值。有研究表明，Cu-Ni-Mn合金的时效过程存在一个临界温度， 低于这一温度时，更容易在晶界上优先形成析出相，高于这一温度时则更易获得均匀分布 的析出相。对于这种合金的时效强化效应和工艺，已有很多研究见诸报道。但是，对于析出 相的组成、形成过程、强化机理等方面，仍然没有明确和统一的认识。
【发明内容】
[0003] 本发明基于Cu-Ni-Mn合金的成分特点，在大量基础研究的指导下，通过采用微合 金化并控制Ni/Mn比的方法，改善Cu-Ni-Mn合金的时效析出相的析出形式、分布规律，并且 细化析出相，从而获得更高强度的合金。同时，本发明中还描述了基于冷轧+时效的进一步 提高合金强度的工艺方法。
[0004] 本发明提供了一种高强度高弹性Cu-Ni-Mn合金及其制备方法，具体涉及通过添 加Zr、Co等微合金元素，控制Ni/Mn比为0. 8-1. 2,细化时效析出相，改善合金时效析出相 的分布，减少晶界上的不连续析出相，并且结合冷变形+时效工艺，获得一种高强度高弹性 的Cu-Ni-Mn合金。
[0005] -种高强度高弹性Cu-Ni-Mn合金，该合金的主要成分为：Cu元素为46-73wt%，Ni 元素为 13_26wt%，Mn元素为 13-26wt%，Zr元素为 0? 5-1. 0wt%，Co元素为 0? 5-1.Owt%，其中 Ni/Mn(重量比）为 0? 8-1. 2。
[0006] 经过冷变形及时效处理后，该合金的屈服强度可达1000_1200MPa，拉伸强度可达 1100-1500MPa，弹性模量可达 132-140GPa。
[0007] 本发明还提供了上述高强度高弹性Cu-Ni-Mn合金的制备方法，通过添加Zr、Co微 合金元素，细化时效析出相，改善合金时效析出相的分布，减少晶界上的不连续析出相，获 得高强度高弹性Cu-Ni-Mn合金。
[0008] -种高强度高弹性Cu-Ni-Mn合金的制备方法，其具体工艺步骤包括：
[0009] (1)坯料熔铸：以纯度大于99. 9%的纯镍、纯锆、纯钴、纯锰金属为原料，按照主要 成分：Cu元素为 46-73wt%，Ni元素为 13-26wt%，Mn元素为 13-26wt%，Zr元素为 0. 5-1.Owt%， Co元素为0. 5-1.Owt%，Ni/Mn为0. 8-1. 2,在真空感应熔炼炉中进行熔炼，在金属模中浇铸 成合金坯料；
[0010] (2)变形工艺：将合金坯料进行总变形量为80-90%的热轧变形；热轧后的合金再 进行固溶处理；
[0011] (3)固溶处理后的合金经过表面清理，在室温下进行冷轧变形，总变形量为 70-80%，获得厚度为l-3mm的冷轧合金板；
[0012] (4)时效热处理：将固溶处理并且冷轧后的合金板加热到400-450°C，保温5-10h， 空冷至室温。
[0013] 步骤（1)中，进行熔炼时，需要在1250-1300°C下保温15-20min，以确保其中的溶 质原子充分溶解并且扩散均匀；合金坯料的厚度为50mm，宽为80-100mm。
[0014] 步骤（2)中，首先将合金坯料加热到650-700°C下保温2-4h，使各溶质元素充分扩 散均匀，随后在该温度下进行总变形量为80-90%的热轧变形；固溶处理为将热轧后的合金 再加热到600-650°C，保温2h，空冷至室温。
[0015] 步骤（3)中，固溶处理后的合金经过表面清理，在室温下进行8-10道次的冷轧变 形。
[0016] 本发明的优点：
[0017] 1)采用控制Ni/Mn比例以及添加Zr、Co微量元素，控制Ni/Mn比为0. 8-1. 2,细化 时效析出相，改善合金时效析出相的分布，减少晶界上的不连续析出相，从而提高合金的强 度；
[0018] 2)由于本发明中所涉及的Cu-Ni-Mn合金溶质元素含量较高，本发明还提供了冷 变形+时效的制备方法，以进一步改善析出相的分布，缩短时效处理的时间；
[0019] 3)本发明所涉及的高强度高弹性Cu-Ni-Mn合金屈服强度可达1000-1200MPa，拉 伸强度可达1100_1500MPa，弹性模量可达132-140GPa。
[0020] 本发明在Cu-Ni-Mn本身具有较高的强度、弹性模量、较低的成本的基础上，进一 步提高了其力学性能，并且大大缩短其时效时间，降低其热处理工艺的难度，具有明显的技 术优势。
【具体实施方式】
[0021] 实施例 1 :Cu-13Ni-13Mn-0. 5Zr-0. 5Co合金
[0022] 制备Cu-13Ni-13Mn-0. 5Zr-0. 5Co合金，包括如下步骤：
[0023] (1)坯料熔铸：以纯度大于99. 9%的纯镍、纯锆、纯钴、纯锰金属为原料，按照主要 成分：Cu元素为73wt%，Ni元素为13wt%，Mn元素为13wt%，Zr元素为0. 5wt%，Co元素为 0. 5wt%，在真空感应熔炼炉中进行熔炼，并且在1250°C下保温15min，以确保其中的溶质原 子充分溶解并且扩散均勻，最后在金属模中烧铸成厚度为50mm，宽100mm的合金述料。
[0024] (2)变形工艺：将合金坯料首先加热到650°C下保温3h，使各溶质元素充分扩散均 匀，随后在该温度下进行总变形量为80%的热轧变形。热轧后的合金再加热到600°C，保温 2h，空冷至室温，完成固溶处理。
[0025] (3)固溶处理后的合金经过表面清理，在室温下进行8道次的冷轧变形，总变形量 为70%，最终获得厚度为3mm的冷轧合金板。
[0026] (4)时效热处理：将固溶处理并且冷轧后的合金板加热到400°C，分别保温5h、 7. 5h、10h，空冷至室温。合金的性能见下表1。
[0027]表lCu-13Ni-13Mn-0. 5Zr-0. 5Co合金的力学性能
[0028]
【权利要求】
1. 一种高强度高弹性Cu-Ni-Mn合金，其特征在于：该合金的主要成分为Cu46-73wt%， Nil3-26wt%，Mnl3-26wt%，ZrO. 5-1. Owt%，CoO. 5-1. Owt%，其中 Ni/Mn 为 0? 8-1. 2。
2. 根据权利要求1所述的高强度高弹性Cu-Ni-Mn合金，其特征在于：所述合金的屈服 强度为1000_1200MPa，拉伸强度为1100-1500MPa，弹性模量为132-140GPa。
3. -种高强度高弹性Cu-Ni-Mn合金的制备方法，包括如下步骤： (1) 坯料熔铸：以纯度大于99. 9%的纯镍、纯锆、纯钴、纯锰金属为原料，按照主要成分： Cu46-73wt%，Nil3-26wt%，Mnl3-26wt%，ZrO. 5-1. Owt%，CoO. 5-1. Owt%，Ni/Mn 为 0? 8-1. 2,在 真空感应熔炼炉中进行熔炼，在金属模中浇铸成合金坯料； (2) 变形工艺：将合金坯料进行总变形量为80-90%的热轧变形；热轧后的合金再进行 固溶处理； (3) 固溶处理后的合金经过表面清理，在室温下进行冷轧变形，总变形量为70-80%，获 得厚度为l-3mm的冷乳合金板； (4) 时效热处理：将固溶处理并且冷轧后的合金板加热到400-450°C，保温5-10h，空冷 至室温。
4. 根据权利要求3所述的高强度高弹性Cu-Ni-Mn合金的制备方法，其特征在于：进行 熔炼时，在1250-1300°C下保温15-20min。
5. 根据权利要求3所述的高强度高弹性Cu-Ni-Mn合金的制备方法，其特征在于：所述 的合金述料的厚度为50mm，宽为80-100mm。
6. 根据权利要求3所述的高强度高弹性Cu-Ni-Mn合金的制备方法，其特征在于：所述 的合金坯料加热到650-700°C下保温2-4h，然后在该温度下进行热轧变形。
7. 根据权利要求3所述的高强度高弹性Cu-Ni-Mn合金的制备方法，其特征在于：所述 的固溶处理为将热轧后的合金加热到600-650°C，保温2h，空冷至室温。
8. 根据权利要求3所述的高强度高弹性Cu-Ni-Mn合金的制备方法，其特征在于：所述 的冷轧变形的道次为8-10。
【文档编号】C22C1/02GK104342579SQ201310326043
【公开日】2015年2月11日 申请日期:2013年7月30日 优先权日:2013年7月30日
【发明者】王强松, 解国良, 米绪军, 熊柏青 申请人:北京有色金属研究总院