一種改善鋁青銅微觀組織和性能的複合深冷處理方法與流程

2023-06-21 03:15:42 7

本發明屬於金屬材料加工處理
技術領域：
，具體涉及一種改善鋁青銅微觀組織和性能的複合深冷處理方法。
背景技術：
：鋁青銅是機械工業領域中廣泛應用的重要結構材料，主要由銅、鋁元素構成的是二元鋁青銅，其優良特性有：（1）蠕變極限高，廣泛用於製造各種彈性元件；（2）抗蝕性好，可用來製造耐腐蝕零件，如螺旋槳、閥門等；（3）在衝擊作用下不產生火花，用來製造無火花工具材料；（4）具有優良的導熱係數和穩定的剛度，已成為一種新型模具材料；（5）具有良好的形狀記憶效應，己作為形狀記憶合金得到發展和應用。另外，鋁青銅價格相對便宜，可以作為一些昂貴金屬材料的部分替代品，如替代錫青銅、不鏽鋼、鎳基合金等。目前，鋁青銅己被廣泛應用於機械製造、交通運輸、船舶海洋、冶金、家電、建築等領域中，在民用和軍用中均起著十分重要的作用。隨著科技的進步和人們生活需求的不斷提高，為了拓展鋁青銅的應用，對其性能的要求也是越來越高。許多傳統的方法，如合金化、熱處理、精煉變質等方法，已經不能滿足發展需求。近年來，深冷處理作為常規熱處理的一種延伸，倍受人們的關注。深冷處理又稱超低溫處理，指以液氮為冷卻介質，對材料在-130℃以下進行處理的一種工藝方法。深冷處理配合其他適當的熱處理工藝不僅可以顯著提高黑色金屬、有色金屬等材料的力學性能和使用壽命，還能改善組織均勻性、消除殘餘應力、穩定尺寸，且具有操作簡單、不破壞工件、無汙染、低成本等優勢，其經濟效益和市場前景非常可觀。基於此，本發明開發出一種改善鋁青銅微觀組織和性能的複合深冷處理方法。技術實現要素：本發明是為了改善鋁青銅的微觀組織和性能，提供了一種鋁青銅的複合深冷處理工藝方法，按照下述步驟進行：步驟（1）：將鋁青銅合金進行固溶處理，工藝參數為：固溶溫度870~930℃，保溫時間1小時，然後進行室溫（即20~25℃，下同）水淬；步驟（2）：固溶處理後進行時效處理，工藝參數為：時效溫度330~370℃，保溫時間1小時，隨後置於空氣中恢復至室溫；其中步驟（1）和（2）的固溶處理和時效處理需在控溫精度為±5℃的熱處理爐中進行，下同。步驟（3）：時效處理後進行深冷處理，工藝參數為：將鋁青銅合金直接浸入液氮中（即-196℃，下同），浸入時間1~3小時，隨後置於空氣中恢復至室溫即可獲得複合深冷處理強化的鋁青銅合金。其中步驟（3）的深冷處理需在可以裝盛液氮的深冷處理容器中進行，下同。本發明所述的一種改善微觀組織和性能的鋁青銅合金，其化學成分按質量百分比計算，al為9～11%、ni為3～5%、fe為2～4%、mn為1～3%、不可避免雜質（如si、c、pb等）總量<1.5%、餘量為cu。上述一種鋁青銅的複合深冷處理工藝方法，優選按照下述步驟進行：步驟（1）：將上述的鋁青銅合金進行固溶處理，工藝參數為：固溶溫度900℃，保溫時間1小時，然後進行室溫水淬；步驟（2）：固溶處理後進行時效處理，工藝參數為：時效溫度350℃，保溫時間1小時，隨後置於空氣中恢復至室溫；其中步驟（1）和（2）的固溶處理和時效處理需在控溫精度為±5℃的熱處理爐中進行。步驟（3）：時效處理後進行深冷處理，工藝參數為：將鋁青銅合金直接浸入液氮中，浸入時間2小時，隨後置於空氣中恢復至室溫即可獲得複合深冷處理強化的鋁青銅合金。其中步驟（3）的深冷處理需在可以裝盛液氮的深冷處理容器中進行。上述的一種改善微觀組織和性能的鋁青銅合金，所述的鋁青銅合金化學成分優選為：按質量百分比計算，al為10%、ni為4%、fe為3%、mn為2%、不可避免雜質（如si、c、pb等）總量<1.0%、餘量為cu。有益效果：本發明通過將深冷處理與傳統的固溶、時效處理工藝相結合，可以起到細化晶粒、促進第二相細化且均勻析出的作用，使鋁青銅合金的微觀組織和性能得到了極大的改善和提升。而且在生產過程中只需增加價格低廉的深冷處理容器，技術工藝改造成本較低，其實際應用價值極高。附圖說明圖1固溶時效處理後進行1小時深冷處理的鋁青銅微觀組織照片；圖2固溶時效處理後進行3小時深冷處理的鋁青銅微觀組織照片；圖3固溶時效處理後進行2小時深冷處理的鋁青銅微觀組織照片；圖4鋁青銅的微觀組織照片；圖5固溶時效處理後鋁青銅微觀組織照片。具體實施方式實施例1鋁青銅合金化學成分（按質量百分比計算）為：al為9%、ni為3%、fe為2%、mn為1%、不可避免雜質（如si、c、pb等）總量<1.5%、餘量為cu。採用線切割的方法，獲取測試所需尺寸的鋁青銅合金試樣。然後在控溫精度為±5℃的熱處理爐和深冷處理容器中進行複合深冷處理，具體實施過程如下：步驟（1）固溶處理：在870℃下保溫1小時，然後進行室溫水淬；步驟（2）時效處理：在330℃下保溫1小時，然後將鋁青銅置於空氣中使其溫度恢復至室溫；步驟（3）深冷處理：將鋁青銅合金直接浸入液氮中並保持1小時，然後置於空氣中使其溫度恢復至室溫即可。最後對試樣進行組織觀察和硬度測試，測試結果如圖1和表1所示。實施例2鋁青銅合金化學成分（按質量百分比計算）為：al為11%、ni為5%、fe為4%、mn為3%、不可避免雜質（如si、c、pb等）總量<1.5%、餘量為cu。採用線切割的方法，獲取測試所需尺寸的鋁青銅合金試樣。然後在控溫精度為±5℃的熱處理爐和深冷處理容器中進行複合深冷處理，具體實施過程如下：步驟（1）固溶處理：在930℃下保溫1小時，然後進行室溫水淬；步驟（2）時效處理：在370℃下保溫1小時，然後將鋁青銅置於空氣中使其溫度恢復至室溫；步驟（3）深冷處理：將鋁青銅合金直接浸入液氮中並保持3小時，然後置於空氣中使其溫度恢復至室溫即可。最後對試樣進行組織觀察和硬度測試，測試結果如圖2和表1所示。實施例3鋁青銅合金化學成分（按質量百分比計算）為：al為10%、ni為4%、fe為3%、mn為2%、不可避免雜質（如si、c、pb等）總量<1.0%、餘量為cu。採用線切割的方法，獲取測試所需尺寸的鋁青銅合金試樣。然後在控溫精度為±5℃的熱處理爐和深冷處理容器中進行複合深冷處理，具體實施過程如下：步驟（1）固溶處理：在900℃下保溫1小時，然後進行室溫水淬；步驟（2）時效處理：在350℃下保溫1小時，然後將鋁青銅置於空氣中使其溫度恢復至室溫；步驟（3）深冷處理：將鋁青銅合金直接浸入液氮中並保持2小時，然後置於空氣中使其溫度恢復至室溫即可。最後對試樣進行組織觀察和硬度測試，測試結果如圖3和表1所示。對比例1鋁青銅合金化學成分（按質量百分比計算）為：al為10%、ni為4%、fe為3%、mn為2%、不可避免雜質（如si、c、pb等）總量<1.0%、餘量為cu。採用線切割的方法，獲取測試所需尺寸的鋁青銅合金試樣。最後對試樣進行組織觀察和硬度測試，測試結果如圖4和表1所示。對比例2鋁青銅合金化學成分（按質量百分比計算）為：al為10%、ni為4%、fe為3%、mn為2%、不可避免雜質（如si、c、pb等）總量<1.0%、餘量為cu。採用線切割的方法，獲取測試所需尺寸的鋁青銅合金試樣。然後在控溫精度為±5℃的熱處理爐中進行固溶時效處理，具體實施過程如下：步驟（1）固溶處理：在900℃下保溫1小時，然後進行室溫水淬；步驟（2）時效處理：在350℃下保溫1小時，然後將鋁青銅置於空氣中使其溫度恢復至室溫即可。最後對試樣進行組織觀察和硬度測試，測試結果如圖5和表1所示。通過表1可以看出：對比例1是本發明選擇的鋁青銅合金，對比例2是將對比例1的鋁青銅合金進行了固溶、時效處理。二者的力學性能與採用本發明的複合深冷處理工藝獲得的鋁青銅合金（實施例1、2和3）相比還存在一定的差距。總之，本發明專利的複合深冷處理工藝可以顯著改善鋁青銅合金的微觀組織和性能。表1不同工藝製備的鋁青銅合金的硬度值實施例1實施例2實施例3對比例1對比例2硬度，hv269.7274.2279.0162.5251.0當前第1頁12