一種護環用高強高韌Cu?Al?Fe?Ni?RE材料及其制備方法
【專利摘要】本發明涉及一種護環用高強高韌Cu?Al?Fe?Ni?RE材料及其制備方法。合金成分（wt%）為：Al：5?10，Fe：3?6，Ni：2?5，RE：0.01?0.5，余量為Cu或為Cu和不可避免的雜質元素。本發明通過在多元微合金化和稀土改性手段設計開發新型Cu?Al?Fe?Ni?RE合金，制得的合金具有高的強度韌性和導熱性能；本發明采用真空熔煉、加壓凝固制備鑄錠，有效改善鑄態缺陷，提高鑄錠致密度。
【專利說明】
_種護環用局強局鋇Gu-A 1-Fe-N 1-RE材料及其制備方法
技術領域
[0001 ] 本發明涉及一種稀土含量0.01%?0.5%的護環用高強高韌Cu-Al-Fe-N1-RE合金及其制備工藝，屬于材料制備技術領域。
【背景技術】
[0002]護環是電動機轉子上的重要部件之一，其熱套于端環上，受緊配合力、本身及繞組端部的離心力、彎曲應力等作用，疊加應力很高。為降低轉子溫升，減少轉子端部斷裂，要求護環材料具有高的強度、韌性和良好的導熱性及抗應力腐蝕。同時，為減少漏磁和渦流損耗，要求護環材料必須無磁性。目前，Cu-Al-Fe-Ni鋁青銅作為一種優良的高強高韌合金被大量應用于護環的生產。傳統的Cu-Al-Fe-Ni合金生產采用普通中頻無芯感應電爐熔煉+連續鑄造或者半連續鑄造，由于合金中鎳和鋁的含量較高，這兩種元素在熔煉過程中易氧化形成高熔點的懸浮渣;Cu-Al-Fe-Ni合金中合金元素含量高且為復相合金，澆鑄過程中由于非平衡凝固造成結晶時不可避免地會出現各種非平衡組織，性能不均勻、塑性差、變形抗力大等情況可能導致熱鍛時產生開裂現象;此外，傳統鑄造方式生產的合金組織致密度低，且易產生鑄態缺陷等問題。
【發明內容】
[0003]本發明針對上述缺陷，目的在于提供一種具有高的強度韌性和導熱性能的一種護環用高強高韌Cu-Al-Fe-N1-RE材料及其制備方法。
[0004]為此本發明采用的技術方案是:本發明提供一種護環用高強高韌Cu-Al-Fe-N1-RE合金及其制備方法，通過向Cu-Al-Fe-Ni合金中添加微量稀土元素，并采用真空恪煉+加壓凝固技術等工藝，以制備出組織致密、性能優異、能滿足產品性能要求和服役條件的高強高韌Cu-Al-Fe-N1-RE合金。具體工藝參數如下:
1.高強高韌Cu-Al-Fe-N1-RE合金成分(wt%)為:Al 5-10 ,Fe 3-6,Ni 2-5,RE 0.01-0.5，其它雜質元素總和<0.28，余量為Cu。
[0005]2.按上述組分進行原材料準備，后續的制備工藝主要步驟包括:
(I)配料:根據Cu-Al-Fe-N1-RE合金各組分要求配料。原材料選用99.5%電解銅、99.99%純鎳板、99.9%純鋁板、99.9%純鐵板，稀土元素以中間合金形式加入。熔煉前對原材料進行表面烘干、除油除銹等預處理。
[0006](2)真空熔煉+加壓凝固:熔煉過程在真空感應熔煉爐中進行，將原材料按照Cu、Fe、N1、Al和稀土中間合金的順序加入，其中，在加入稀土元素前，對熔液要進行充分的脫氧、除氣、除渣等預處理，紅外測溫儀測溫，熔煉溫度為1200?1300 °C，真空度保持在10一2MPa以下；熔煉過程完成后，在真空室內進行澆注，澆注的同時進行氣體加壓，壓力保持在
0.5-1.0 MPa，澆注完成后脫模。
[0007](3)熱處理:對步驟(2)得到的鑄錠進行均勻化退火，均勻化處理工藝為在800-900°C下保溫6-8 h;對均勻化退火之后的鑄錠進行固溶和時效熱處理，固溶溫度為880-900°C，保溫1-3 h，快速水冷;時效溫度為480-600 °C，保溫1-4 h，空冷，對熱處理后合金性能測試。
[0008]本發明的優點是:本發明的目的在于針對高鐵用高強高韌護環材料的的苛刻服役工況，開發出新型護環用高強高韌Cu-Al-Fe-N1-RE合金及其制備方法，并通過真空熔煉+加壓凝固技術，減少了合金元素在熔煉過程中的氧化，解決了傳統鑄造工藝制備合金組織致密度低、易產生元素偏析和鑄態缺陷等問題，可以顯著提高合金材料的綜合性能。
[0009]本發明通過在多元微合金化和稀土改性手段設計開發新型Cu-Al-Fe-N1-RE合金，制得的合金具有高的強度韌性和導熱性能;本發明采用真空熔煉、加壓凝固制備鑄錠，有效改善鑄態缺陷，提高鑄錠致密度。
【具體實施方式】
[0010]
實施例1:
合金配料比(wt%)為:Al=8，Fe=4，Ni=3 RE =0.1，其它雜質總和彡0.28，余量為Cu。
[0011 ]模具在放入真空爐前，內腔涂抹涂料，并進行預熱，預熱溫度400 V，保溫2小時。將配制好的坯料按順序放進真空熔煉爐的石墨坩禍中，抽真空，使真空度達到10—2 MPa，加熱溫度1250 °C，熔化后保溫溫度為1200 °C。在真空室內進行澆注，澆注的同時進行氣體加壓，使真空爐內的氣壓從10—2 MPa上升到0.6 MPa。待鑄錠凝固后，冷卻一段時間后，恢復真空爐內氣壓。從真空爐中取出金屬型，打開模具，取出鑄錠。鑄錠進行均勻化退火，均勻化處理工藝為在850 °C下保溫6 h;對均勻化退火之后的鑄錠進行固溶和時效熱處理，固溶溫度為880 °C，保溫3 h，快速水冷;時效溫度為480 °C，保溫4 h，空冷。對熱處理后合金性能測試。
[0012]通過上述方法所制得的材料的合金性能指標:室溫抗拉強度為770 MPa、屈服強度為450MPa、延伸率為13%，導熱系數為140 ff/(m.K)。
[0013]實施實例2:
合金配料比(wt%)為:Al=8，Fe=4，Ni=3，RE=0.3其它雜質總和彡0.28，余量為Cu。
[0014]工藝同實施實例I，經測試，所制得的材料的合金性能指標:室溫抗拉強度為790MPa、屈服強度為485MPa、延伸率為15%、導熱系數為145 W/(m.K)。
[0015]實施實例3:
合金配料比(wt%)為:Al=8，Fe=4，Ni=3，RE=0.5其它雜質總和彡0.28，余量為Cu。
[0016]工藝同實施實例I，經測試，所制得的材料的合金性能指標:室溫抗拉強度為760MPa、屈服強度為465 MPa、延伸率為16%、導熱系數為141 W/(m.K)。
【主權項】
1.一種護環用高強高韌Cu-Al-Fe-N1-RE材料，其特征在于，合金成分(wt%)為:Al: 5-10,Fe:3-6,Ni:2-5,RE:0.01-0.5，余量為Cu或為Cu和不可避免的雜質元素。2.根據權利要求1所述的一種護環用高強高韌Cu-Al-Fe-N1-RE材料，其特征在于，雜質元素總和<0.28。3.根據權利要求1所述的一種護環用高強高韌Cu-Al-Fe-N1-RE材料，其特征在于，原材料選用99.5%電解銅、99.99%純鎳板、99.9%純鋁板、99.9%純鐵板。4.一種護環用高強高韌Cu -A1-F e -N 1-RE材料的制備方法，其特征在于，按以下步驟進行: 1)配料:根據Cu-Al-Fe-N1-RE合金各組分要求配料； 原材料選用99.5%電解銅、99.99%純鎳板、99.9%純鋁板、99.9%純鐵板，稀土元素以中間合金形式加入； 2)真空熔煉+加壓凝固:熔煉過程在真空感應熔煉爐中進行，將原材料按照Cu、Fe、N1、Al和稀土中間合金的順序加入，熔煉溫度為1200?1300 °C，真空度保持在10—2 MPa以下；熔煉過程完成后，在真空室內進行澆注，澆注的同時進行氣體加壓，壓力保持在0.5-1.0 MPa，饒注完成后脫豐旲; 3)熱處理:對步驟(2)得到的鑄錠進行均勻化退火，均勻化處理工藝為在800-9000C下保溫6-8 h;對均勻化退火之后的鑄錠進行固溶和時效熱處理，固溶溫度為880-900 °C，保溫1-3 h，快速水冷;時效溫度為480-600 °C，保溫1_4 h，空冷。5.根據權利要求4所述的一種護環用高強高韌Cu-Al-Fe-N1-RE材料的制備方法，其特征在于，步驟2 )中熔煉前對原材料進行表面烘干、除油除銹預處理。6.根據權利要求4所述的一種護環用高強高韌Cu-Al-Fe-N1-RE材料的制備方法，其特征在于，步驟2)中在加入稀土元素前，對熔液要進行充分的脫氧、除氣、除渣預處理。
【文檔編號】C22F1/08GK106048296SQ201610401789
【公開日】2016年10月26日
【申請日】2016年6月11日
【發明人】宋克興, 周志云, 李軍, 陳小紅, 封心波, 杭弢, 施振川
【申請人】江蘇迅達電磁線有限公司