本发明涉及铜合金工件制备，具体是涉及一种高强耐高温铝青铜合金轴承的制备方法。
背景技术：
1、铝青铜是在铜中添加了主合金元素铝，普通的铝青铜合金是在铜中添加铝而形成的二元青铜合金，为了扩大其应用范围，人们还在其中添加镍、铁、锰等其他合金元素形成多元复杂铝青铜合金，通过设计合金元素及其配比使合金性能得到了较大改善。此外铝青铜是可以进行热处理强化的，通过热处理可以改善合金的组织性能来满足合金不同的工艺性能和使用性能的要求。
2、随着不断深入的研究和大规模的工业化生产，铝青铜合金具有较好的物理性能、力学性能和化学性能等，综合性能优良，已经成为现代工业生产及应用中广泛使用的新型合金材料，已应用于航空航天、轨道交通、海洋工程、建筑及机械工程等军用工业和民用工业。随着服役环境的复杂化，对铝青铜材料的强度、耐热性等性能提出了更高的要求。以高速轨道交通用铝青铜为例，转子用铜条常在高速、高温条件下服役，并承担着导电的作用，因此要求铝青铜材料在具有高强度、优异的耐热性的同时还要兼具有一定的导电性。
3、专利cn104862522b公开了一种镍铝青铜合金及其制备方法，通过对mn含量的控制来提高镍铝青铜的硬度和耐磨性，但并未给出合金的强塑性指标、导电指标和耐腐蚀性能。专利cn 114395710 a公开了一种高强度耐腐蚀铜合金及其制备方法，通过调整fe、ni、cr、p元素含量及进行加工工艺和热处理工艺优化，显著提高合金的力学性能、可加工性及耐腐蚀性能，退火态材料的抗拉强度560mpa以上、屈服强度330mpa以上、屈强比0.55以上、延伸率42％以上。本发明塑性较好，但强度较低，难以满足对强度要求较高的应用场合。在生产制备轴承工件时，提高铝青铜合金的硬度和耐磨性成为制备铝青铜合金的重要目标。
技术实现思路
1、本发明针对现有技术存在的不足，提供了一种高强耐高温铝青铜合金轴承的制备方法，包括以下步骤：
2、s1、配料
3、按质量百分比计，将8～10.5％的al元素原料、4～5.5％的ni元素原料、3～4.5％的fe元素原料、0.1～1％的nb元素原料以及余量的cu元素原料混合，得到主料；
4、s2、真空感应熔炼
5、将主料混合后装入石墨坩埚，随后放入真空中频感应炉内进行熔炼，控制炉内真空度小于等于8.0×10-2pa，采用底铸式或侧平引式浇铸系统；熔炼温度为1200～1300℃，熔炼过程中保持电磁搅拌，熔炼时间为35～55min，得到合金熔液；将所述合金熔液除气脱氧后引入结晶器中进行冷却结晶，脱模后得到铝青铜合金铸锭；
6、s3、热成型
7、对铝青铜合金铸锭进行加热至700～900℃的温度条件下保温20～60min，随后对铝青铜合金铸锭进行热挤压、热锻、热轧处理，得到合金料坯；
8、s4、热处理
9、对所述合金料坯进行固溶处理，得到料坯，对料坯进行时效处理，得到时效半成品；对时效半成品进行去应力退火处理和表面处理，得到铝青铜合金材料；
10、s5、制备工件
11、采用所述铝青铜合金材料分别制备铝青铜合金套材和铝青铜合金芯材；将铝青铜合金芯材嵌入铝青铜合金套材中，抽出间隙气体，在惰性气氛下进行热挤压、固溶处理和时效处理，得到棒坯；将所述棒坯加工成所需的轴承工件。
12、说明：通过冷却结晶和热处理，如热挤压、热锻、热轧处理等，调控合金的晶体结构和相态，提高合金的力学性能和耐热性；通过固溶处理、时效处理和去应力退火处理，进一步调整合金的组织，提高其强度和耐腐蚀性能，使合金达到预期的性能要求。采用制备铝青铜合金套材和芯材，并将其嵌入和加工成棒坯，再进行热处理，可以确保工件的精度、强度和一致性。
13、进一步地，所述步骤s5中制备工件的步骤包括：
14、s5-1、制备铝青铜合金套材：采用连铸或机械加工的方式将铝青铜合金材料制备为截面处具有多个通孔的铝青铜合金套材；
15、s5-2、制备铝青铜合金芯材：采用连铸或机械加工的方式将铝青铜合金材料制备为可嵌套进s5-1中所述通孔内部的铝青铜合金芯材；对铝青铜合金芯材进行加固强度处理；
16、s5-3、将铝青铜合金芯材嵌入铝青铜合金套材中，抽出铝青铜合金芯材和铝青铜合金套材中的间隙气体，在惰性气氛下进行热挤压、固溶处理和时效处理，得到棒坯；将所述棒坯加工成所需的轴承工件。
17、说明：通过嵌套组合式结构，在铝青铜合金芯材表面设置加固强度处理，加强棒坯的强度，
18、进一步地，所述步骤s5-3中，抽出铝青铜合金芯材和铝青铜合金套材中的间隙气体的方式为：在5～15pa真空度下，于600～750℃下保温15～35h，随后使用电子束封闭铝青铜合金芯材和铝青铜合金套材内部的间隙。
19、说明：通过连铸或机械加工的方式，制备具有多个通孔的铝青铜合金套材和可嵌套进套材内部的铝青铜合金芯材。这种分离式结构有利于后续的加工和处理。对铝青铜合金芯材进行加固强度处理，提高其强度和耐久性，增加整体棒坯的承载能力和使用寿命。将铝青铜合金芯材嵌入套材中，通过紧密的配合和抽出间隙气体处理，确保套材和芯材的接触紧密，减少气体包裹和杂质残留，有利于后续的加工和处理。在惰性气氛下进行热挤压、固溶处理和时效处理，对嵌套组合式棒坯进行组织调控，提高强度和抗撞击性能，满足轴承工件的需求。通过嵌套组合式结构和加固强度处理，铝青铜合金套材和芯材的制备工艺具有较好的可控性和精度，有助于提高棒坯的整体强度和耐用性，满足工件的强度要求。
20、进一步地，所述步骤s5-2中，对铝青铜合金芯材进行加固强度处理的方法为：在铝青铜合金芯材表面采用机械加工的方式垂直于中心轴方向等间隔刻若干个环状纹，称取粉末粒度为20～40μm之间的zn粉，和粉末粒度在40～50μm之间的雾化fe粉，将所述zn粉和雾化fe粉按质量比为4～6：5的比例分2～4次填至环状纹内，压实后使用激光束垂直于铝青铜合金芯材表面，沿环状纹扫描进行激光熔覆。
21、说明：通过在铝青铜合金芯材表面刻画环状纹，并在纹内填充zn粉和雾化fe粉，激光熔覆后形成的复合层能够增加芯材的硬度和抗磨性，提高其强度和耐久性。选择粉末粒度适当的zn粉和fe粉进行填充，加强刚性，其质量比例为4～6：5，能够使填充层具有较好的结构稳定性和机械性能。通过激光束垂直于芯材表面进行扫描熔覆，可以实现对填充层的精确控制和加工。对芯材表面进行局部处理。
22、进一步地，所述环状纹间隔为2～6mm，宽度为1～2mm，深度为3～4mm。
23、说明：在纹内填充和熔覆，相比于整体强化处理，通过若干环状结构可以横向分散冲击力，能够提高芯材的强度、耐磨性和耐腐蚀性，同时具有加工精度高和节约材料成本的优势，提升铝青铜合金制品的质量和寿命。
24、进一步地，所述激光熔覆的参数为：所述激光束的激光光斑半径为0.3mm，激光移动的线速度为4～8mm/min，激光扫描功率为2～4kw。
25、说明：激光光斑半径为0.3mm，能够实现对芯材表面的精细加工，提高加工的精度和准确性。激光移动的线速度为4～8mm/min，能够实现相对较快的加工速度，提高生产效率和周期。激光扫描功率为2～4kw，能够提供足够的能量密度，实现材料的充分熔化和熔覆，确保填充层与芯材的良好结合。通过调整激光移动线速度和激光扫描功率，可以根据具体需求灵活选择加工参数，激光熔覆是一种非接触式加工方法，可以避免材料表面的物理变形和精度损失，提高铝青铜合金芯材的强度和加工质量。
26、进一步地，步骤s1中所述al元素原料采用al块，所述ni元素原料采用ni块，所述nb元素原料采用nb块，所述cu元素原料采用电解cu板，所述al块、ni块、nb块、电解cu板的纯度均大于等于99.9％。
27、说明：采用纯度大于等于99.9％的al块、ni块、nb块和电解cu板作为原料，可以确保合金元素含量的准确性和稳定性，降低杂质和氧化物的含量，提高铝青铜合金的纯净度和性能，有助于实现优良的材料性能和稳定的加工工艺。
28、进一步地，步骤s3中，所述热锻或热轧处理的起始温度为650～850℃，结束温度为600～700℃；所述表面处理的方法为机械车削、打磨、超声波清洗、酸洗。
29、说明：控制热成型起始温度范围和结束温度以及选择适当的表面处理方法，有助于优化材料的形状、性能和表面质量，提高产品的加工效率和质量稳定性，满足特定工程应用的需求。
30、进一步地，步骤s4中，所述固溶处理的方法为：在850～950℃的温度条件下保温0.5～1.5h，然后进行水冷处理，得到料坯；
31、所述时效处理的方法为：将料坯放入气氛保护炉中，保护气氛采用惰性气体，在500～650℃的温度条件下保温2～5h，待炉温降至100℃以下后进行空冷，得到时效半成品；
32、所述去应力退火处理的方法为：将时效半成品放入气氛保护炉中，保护气氛采用惰性气体，在450～600℃的温度条件下保温2～5h，随后对坯料进行表面处理，得到铝青铜合金材料。
33、说明：通过在高温条件下的保温处理，可以促进晶体的再结晶和再生长，减少或消除内部残余应力，提高材料的晶体结构均匀性和稳定性。
34、与现有技术相比，本发明的有益效果是：
35、本发明合金成分合理，无需添加稀土元素，通过铝、镍、铁、铌元素与铜基体之间的相互作用，使得合金中的强化相均匀分布，晶粒细小均匀致密，微量元素nb的添加不仅没有对合金的导电性能产生不良影响，还大幅地提高了合金的强度、硬度以及耐高温性能；本发明利用真空感应熔炼技术，避免熔炼过程中杂质和氧化物的污染，提高合金的纯净度；采用底铸式或侧平引式浇铸系统，同时保持电磁搅拌，有助于提高合金熔液的均匀性和稳定性；通过冷却结晶和热处理，热挤压、热锻、热轧处理，调控合金的晶体结构和相态，提高合金的力学性能和耐热性。采用固溶处理和时效处理对合金进行进一步的组织调整，提高强度和耐腐蚀性能；通过制备铝青铜合金套材和芯材，嵌入和加工成棒坯，再进行热处理，确保工件的组织一致性，内部加强处理分散刚性接触造成的冲击力，满足轴承工件的要求；本工艺方法精确的配料比例、纯净的熔炼环境、热处理工艺和制备工件的精度和一致性，有助于提高铝青铜合金材料的质量和性能，满足实际生产的要求。