一种铸造铝青铜合金及其热处理方法与流程

本发明涉及金属热处理，具体涉及一种铸造铝青铜合金及其热处理方法。

背景技术：

1、铸造铝青铜zcual9fe4ni4mn2作为gb/t1176《铸造铜及铜合金》标准中一种常见的铸造铝青铜材料，具有较高的强度、硬度，具有良好的耐磨性、耐蚀性、气密性高的特点，主要用于制造螺旋桨、水泵叶轮、涡轮、法兰、管件等，该材料在常规铸造条件下的力学性能为：抗拉强度rm＝640～710mpa，屈服极限rp0.2＝250～300mpa，延伸率a5≥16％,，硬度160～206hb。

2、作为关键件的海水泵叶轮运行载荷较大，要求力学性能为：抗拉强度rm≥720mpa、屈服极限rp0.2≥400mpa、延伸率a5≥8％、硬度≥210hb，常规方法生产的叶轮材料性能不能满足要求，在使用过程中如果因为力学性能不足将会缩短整个水泵运行寿命，达不到设计预期要求。

3、通过合金元素的优化，铸造状态的力学性能仍然不能满足需求，加入超过10.5％的al会使合金的屈服强度提高到400mpa以上，但材料的延伸率较低，导致脆性增加、耐海水腐蚀性有所下降。

4、根据gb/t1176《铸造铜及铜合金》标准zcual9fe4ni4mn2材料都是在铸造状态下使用，通过热处理提升铝青铜力学性能国外研究较早，近几年国内研究人员进行了较多研究，有基于镍铝青铜型材的淬火+二次时效的方法提升青铜的强度硬度研究，上海交大研究了qal10-4-4铝青铜棒材通过单相固溶+双相调控+低温时效+中温回火的热处理，使合金强度得到大幅度提升，获得了超高强度的铝青铜材料，但其延伸率较低，不能满足海水泵叶轮的力学性能要求。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种铸造铝青铜合金及其热处理方法，其能够在保证延伸率的前提下，提高合金的屈服强度和硬度，使得合金具有较高的综合力学性能，提高产品的运行可靠性。

2、为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

3、第一方面，本发明提供了一种铸造铝青铜合金的热处理方法，其包括如下步骤：

4、步骤一，提供zcual9fe4ni4mn2铸件坯料；

5、步骤二，固溶处理，将铸件坯料在温度为860～950℃的条件下保温1.5～3.0h，然后淬火至室温；

6、步骤三，回火处理，将淬火后的铸件坯料在温度为450～550℃的条件下保温1.5～2.5h，冷却得到铸造铝青铜合金。

7、进一步，按重量百分比计，所述步骤一中的zcual9fe4ni4mn2铸件坯料包括如下组分：9.2～10.5％的al，4.0～5.0％的fe，4.0～5.0％的ni，0.8～2.5％的mn，余量为cu。

8、进一步，按重量百分比计，所述步骤一中的zcual9fe4ni4mn2铸件坯料包括如下组分：9.8～10.5％的al，4.2～4.6％的fe，4.2～4.7％的ni，1.0～1.7％的mn，余量为cu。

9、进一步，所述步骤二中淬火介质包括淬火油或温度为60～80℃的水。

10、进一步，所述步骤三中的冷却包括：回火处理保温完毕后，随炉冷却至200～300℃，然后出炉空冷至室温。

11、第二方面，本发明提供了一种铸造铝青铜合金，所述铸造铝青铜合金采用上述的铸造铝青铜合金的热处理方法处理得到。

12、本发明具有如下意料不到的有益效果：本发明通过充分的固溶扩散然后快速冷却，组织主要由α-cu相、k相和β'(cu3al)相组成，其中k相为fe、ni、al组成的金属间化合物，根据成份形态不同又可细分为kⅰ～kⅳ相。材料的强度硬度较高但延伸率不足。最后进行回火处理，即在温度为450～550℃的条件下保温1.5～2h，使得材料组织中不稳定相充分析出，同时消除淬火应力，回火时合金的组织变化主要发生在原β相区，细小片状的富镍kⅲ相从过饱和β'(cu3al)相中析出，转变为(α+kⅲ)共析体，kⅲ相呈弥散分布，材料保持较高的强度的同时延伸率得以提升。通过以上热处理，使铝青铜合金保持足够延伸率的基础上，提高了铝青铜合金的拉伸强度和硬度，使得合金具有较高的综合力学性能，满足产品对力学性能的要求，提高了产品的运行可靠性。

1.一种铸造铝青铜合金的热处理方法，其特征在于，包括如下步骤：

2.根据权利要求1所述的铸造铝青铜合金的热处理方法，其特征在于：按重量百分比计，所述步骤一中的zcual9fe4ni4mn2铸件坯料包括如下组分：9.2~10.5%的al，4.0~5.0%的fe，4.0~5.0%的ni，0.8~2.5%的mn，余量为cu。

3.根据权利要求2所述的铸造铝青铜合金的热处理方法，其特征在于：按重量百分比计，所述步骤一中的zcual9fe4ni4mn2铸件坯料包括如下组分：9.8~10.5%的al，4.2~4.6%的fe，4.2~4.7%的ni，1.0~1.7%的mn，余量为cu。

4.根据权利要求1所述的铸造铝青铜合金的热处理方法，其特征在于：所述步骤二中淬火介质包括淬火油或温度为60~80℃的水。

5.根据权利要求1所述的铸造铝青铜合金的热处理方法，其特征在于，所述步骤三中的冷却包括：回火处理保温完毕后，随炉冷却至200~300℃，然后出炉空冷至室温。

6.一种铸造铝青铜合金，其特征在于：所述铸造铝青铜合金采用如权利要求1~5任一项所述的铸造铝青铜合金的热处理方法处理得到。