一种多尺度多相共格析出强化Cu-Ni-Al-Co-Cr-Ti耐高温铜合金及其制备方法

一种多尺度多相共格析出强化cu-ni-al-co-cr-ti耐高温铜合金及其制备方法
技术领域
1.本发明涉及一种多尺度多相共格析出强化cu-ni-al-co-cr-ti系耐高温铜合金及其制备方法，其属于耐高温铜合金领域。


背景技术：

2.铜合金具有强度高，导电导热性能好等优点，广泛应用于电力、化工、冶金、航空航天等研究领域。然而铜合金耐温性能不足，限制了它在高温的载荷和服役环境的使用，比如火箭发动机的燃烧室和推力室或连铸设备结晶器的内衬、电阻焊电极等。以“立方形态γ
′
相(l12型)在fcc基体上共格析出”这种特定的组织形态提升高温性能，已被证实可应用于铜合金，并成功将其软化温度提升至1000℃。然而在该体系中，cu和ni易混乱占位，导致γ
′
相中固溶大量cu，使其稳定性存在一定程度下降，高温下易回溶。仅仅在三元合金体系中解决上述问题几乎是不可能的，必须从成分设计的角度改善以上问题。


技术实现要素：

3.为解决现有合金中存在的问题，本发明拟设计制备一种具有良好高温性能的多尺度多相共格析出强化铜合金。利用合金化元素在γ'相中的固溶，提升γ'相的高温稳定性，同时引入其它高熔点共格析出相，在γ'相高温回溶后，仍然提供一定的强化作用，强化晶界，多尺度多相析出强化可以在宽温区保证强化效果。
4.本发明的技术方案为：一种多尺度多相共格析出强化cu-ni-al-co-cr-ti系耐高温铜合金，所述铜合金包括组分的质量百分比为cu：56.65～62.61wt％，ni：23.30～25.76％，al：4.22～4.66wt％，co：6.43～7.11wt％，cr：2.32～2.56wt％，ti：2.08～2.30wt％。该合金始终具有多尺度多相共格析出组织，合金室温拉伸强度不低于790mpa，800℃下拉伸强度不低于215mpa。
5.所述的一种多尺度多相共格析出强化cu-ni-al-co-cr-ti系耐高温铜合金的制备方法：
6.按合金的上述成分，使用4n以上高纯度金属为原料配制合金；采用非自耗真空电弧熔炼炉，通入高纯氩气保护，对配制好的合金原料进行反复熔炼，最终得到成分均匀的合金锭；
7.将熔炼好的合金锭进行热处理：先进行固溶处理，在1100℃下恒温保持6h，随后在炉中冷却到室温；再进行时效处理，在450℃下恒温保持4h，随后在炉中冷却到室温，获得多尺度多相共格析出强化cu-ni-al-co-cr-ti耐高温合金。利用万能试验机对合金进行高温拉伸测试。
8.本发明的有益效果为：通过多种元素协同作用，al是γ
′‑
ni3al相析出强化的主要形成元素；ti元素首先可以起到固溶强化的作用，同时ti有助于促进γ
′
相析出，且可通过置换al亚晶格优先向γ
′
相分配，增加γ
′
相的反相边界(apb)能量，并极大地强化合金；cr
元素为抗氧化元素，可在高温下提升合金的抗氧化性能；co元素与各种合金元素均具有相容性，在该合金中可占据ni的位置，提升合金的热稳定性。
9.该铜合金不但提升γ'相的高温稳定性，而且以“多尺度多相在面心立方基体中共格析出”特征(～500nm的γ'相+～50nm的单质cr相)同时提高了合金的常、高温强度，另外多组元可以提升晶界强度，该合金室温极限抗拉强度不低于790mpa，800℃极限抗拉强度不低于215mpa，远高于现役耐热铜合金。
附图说明
10.图1是时效处理后cu
59.63
ni
24.53
al
4.44
co
6.77
cr
2.44
ti
2.19
(wt.％)合金的sem二次电子图像。
11.图2是时效处理后cu
59.63
ni
24.53
al
4.44
co
6.77
cr
2.44
ti
2.19
(wt.％)合金的室温和800℃的工程应力-应变曲线。
具体实施方式
12.下面结合技术方案详细叙述本发明的具体实施例。
13.实施例1：cu
59.63
ni
24.53
al
4.44
co
6.77
cr
2.44
ti
2.19
(wt.％)合金
14.步骤一：合金制备
15.根据合金成分cu
59.63
ni
24.53
al
4.44
co
6.77
cr
2.44
ti
2.19
(wt.％)，使用纯度为5n的cu和al、纯度为4n的ni、co、cr、ti原料配制合金；采用非自耗真空电弧熔炼炉，通入高纯氩气保护，对配制好的合金原料进行反复熔炼5次，最终得到成分均匀的合金锭；随后将熔炼好的合金锭进行热处理(固溶处理：在1100℃下保温6h，随后在炉中冷却到室温；时效处理：在450℃下保温4h，随后在炉中冷却到室温)，获得多尺度多相共格析出强化cu-ni-al-co-cr-ti耐高温合金。
16.步骤二：合金结构和性能表征
17.采用德国布鲁克d8 focus x射线衍射仪和jsm-7900f型场发射扫描电子显微镜对合金进行组织和结构分析，可以确定合金中含有多尺度多相(～500nm的γ'相+～50nm的单质cr相)，其显微组织形貌如图1所示。采用中国深圳生产的utm5504材料测试系统对合金样品在室温和800℃下分别进行了名义应变速率为1
×
10-4
/s的拉伸试验。室温及高温拉伸试验根据金属材料室温及高温拉伸试验国家标准进行(gb/t 228.1-2010及gb/t 228.2-2015)。结果显示，合金室温拉伸强度不低于790mpa，800℃下拉伸强度不低于215mpa，如图2所示。


技术特征：
1.一种多尺度多相共格析出强化cu-ni-al-co-cr-ti系耐高温铜合金，其特征在于：所述铜合金成分的质量百分比为cu：56.65～62.61wt％，ni：23.30～25.76％，al：4.22～4.66wt％，co：6.43～7.11wt％，cr：2.32～2.56wt％，ti：2.08～2.30wt％；该合金始终具有多尺度多相共格析出组织，合金室温极限抗拉强度不低于790mpa，800℃极限抗拉强度不低于215mpa。2.根据权利要求1所述的一种多尺度多相共格析出强化cu-ni-al-co-cr-ti系耐高温铜合金的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：按权利要求1所述的铜合金成分的质量百分比使用4n以上高纯度金属为原料配制合金，采用非自耗真空电弧熔炼炉，通入高纯氩气保护，对配制好的合金原料进行反复熔炼，最终得到成分均匀的合金锭；将熔炼好的合金锭进行热处理：先进行固溶处理，在1100℃下恒温保持6h，随后在炉中冷却到室温；再进行时效处理，在450℃下恒温保持4h，随后在炉中冷却到室温，获得多尺度多相共格析出强化的耐高温铜合金。

技术总结
一种多尺度多相共格析出强化Cu-Ni-Al-Co-Cr-Ti系耐高温铜合金及其制备方法，其属于耐高温铜合金领域。该铜合金的质量百分比组成为Cu：56.65～62.61wt％，Ni：23.30～25.76％，Al：4.22～4.66 wt％，Co：6.43～7.11 wt％，Cr：2.32～2.56wt％，Ti：2.08～2.30wt％。通过多组元的协同作用，该铜合金不但提升γ'相的高温稳定性，而且以“多尺度多相在面心立方基体中共格析出”特征同时提高了合金的常、高温强度，另外多组元可以提升晶界强度，合金室温极限抗拉强度不低于790MPa，800℃极限抗拉强度不低于215MPa。于215MPa。于215MPa。


技术研发人员：李晓娜 利助民 董闯
受保护的技术使用者：大连理工大学
技术研发日：2023.05.08
技术公布日：2023/8/9