Cu-15Ni-8Sn合金及其制备方法与流程

本发明涉及合金材料，具体而言，涉及一种cu-15ni-8sn合金及其制备方法。

背景技术：

1、cu-15ni-8sn系合金具备高强度、导电、耐磨、高弹性及高耐蚀性等卓越特性，其高弹性使其在弹性元件领域表现突出，强度可与铍青铜相媲美，且在高温环境下展现出优良的抗应力松弛性能，能够确保元件在长时间高温使用时变形极小。基于其卓越的高弹性及综合性能，cu-15ni-8sn系合金被认为是高温电连接器中接插件的理想弹性材料。然而，cu-15ni-8sn合金铸锭存在显著缺陷。由于其sn含量较高且熔点较低，在铸造过程中极易产生成分分布不均匀的宏观偏析和枝晶偏析现象。偏析严重影响了合金的性能稳定性和一致性。

2、为改善上述问题，现有技术主要通过微合金化进行调控。已报道的微合金化元素包括si、ti、cr、zr、nb、al、mn、fe、p、ag、稀土（la、y）等。例如，中国专利申请cn114086027a公开了一种抗高温软化的cu-ni-sn系合金，通过添加al、zn、si、nb等元素，并结合上引连铸和一次冷变形（70~90%）、一次时效、二次冷变形（50~70%）、二次时效的组合形变热处理工艺，旨在抑制不连续沉淀，提高抗软化温度。又如，中国专利申请cn115896537a公开了一种高强度耐腐蚀cu-ni-sn合金，添加了al、zn、cr、nb、zr等元素，并采用多级均匀化处理及热轧预时效、一次冷轧（70~80%）、时效、二次冷轧（20~30%）的工艺路线，以提高合金强度和耐腐蚀性能。此外，中国专利申请cn119351914a公开了一种cu-ni-sn系合金的制备工艺，通过引入再结晶热处理和小变形二次冷轧（≤45%）来提升合金的综合力学性能（强塑积）。中国专利申请cn121228045a公开了添加si、zr的合金；中国专利申请cn121228046a公开了添加al、zr的合金；中国专利申请cn114457256b公开了添加ag、la、er的合金。此外，cu-ni-sn体系中常见的强化元素ti虽能形成ni3ti相产生沉淀强化，但ti的添加容易降低合金导电性，还会缩小时效工艺窗口，导致组织均匀性下降。

3、目前，包含上述方案在内的现有技术仍然存在以下问题：其一，对晶界特征分布的调控重视不够，现有技术普遍忽略了特殊晶界（特别是σ3n孪晶界）在高温抗应力松弛中的作用，未能通过工艺手段主动提升特殊晶界比例，限制了抗松弛性能的进一步提升。其二，抗应力松弛性能仍有提升空间，现有合金在较高温度（≥150℃）长时服役下的组织稳定性不足，晶界易成为弱化区和裂纹萌生源，难以满足极端工况要求。例如，传统cu-15ni-8sn合金在150℃/50h下的应力松弛率高达8.51%，即使经过微合金化改进，仍有进一步降低的空间。其三，微合金化元素组合趋同，协同效应不足，现有专利多集中于si、ti、cr、zr、al等元素，未能充分挖掘多元素之间深层次的物理冶金协同效应。

技术实现思路

1、本发明的主要目的在于提供一种cu-15ni-8sn合金及其制备方法，以解决现有技术中cu-15ni-8sn合金的抗应力松弛性能不足的问题。

2、为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种cu-15ni-8sn合金的制备方法，按重量百分比计，包括ni 14.5~15.5%，sn 7.5~8.5%，co 0.1~1.0%，v 0.05~0.5%，zr0.02~0.2%，ce 0.01~0.15%，余量为cu和不可避免的杂质；制备方法包括以下步骤：步骤s1，按照合金成分配比进行配料、熔炼与铸造，得到铸锭；将铸锭进行均匀化处理，得到均匀化铸锭；步骤s2，将均匀化铸锭进行热轧，得到热轧合金；将热轧合金依次进行固溶和水淬，得到固溶合金；步骤s3，将固溶合金依次进行一级冷轧、一级时效、二级冷轧、二级时效，得到时效合金；一级冷轧的变形量为30~55%，一级时效的温度为400~450℃，二级冷轧的变形量为10~35%，二级时效的温度为350~420℃，且一级冷轧的变形量＞二级冷轧的变形量，一级时效的温度＞二级时效的温度；步骤s4，将时效合金进行张力退火，得到cu-15ni-8sn合金。

3、进一步地，步骤s3中，一级时效的保温时间为0.5~3h；和/或二级时效的保温时间为1~4h。

4、进一步地，步骤s3中，一级冷轧的变形量为35~45%；和/或一级时效的温度为410~430℃，保温时间为0.5~1.5h；和/或二级冷轧的变形量为15~25%；和/或二级时效的温度为370~390℃，保温时间为1~2h。

5、进一步地，步骤s3中，一级冷轧的变形量＞二级冷轧的变形量，差值为10~30%；和/或一级时效的温度＞二级时效的温度，差值为20~60℃。

6、进一步地，步骤s1中，均匀化处理的温度为850~890℃，保温时间为8~10h，气氛为氩气；和/或经过均匀化处理后，将所得材料随炉冷却至450~550℃后空冷，得到均匀化铸锭。

7、进一步地，步骤s2中，热轧的开轧温度为840~860℃，保温时间为1~2h，终轧温度为750~800℃；和/或热轧的累计变形量≥85%；和/或固溶的温度为840~890℃，保温时间为2~6h；和/或水淬的冷却速率为30~60℃/s。

8、进一步地，固溶的温度为850~870℃，保温时间为3~5h；和/或张力退火的温度为300~400℃，保温时间为1~2h，施加张力为5~20mpa。

9、进一步地，按重量百分比计，cu-15ni-8sn合金包括ni 14.5~15.5%，sn 7.5~8.5%，co 0.3~0.8%，v 0.1~0.4%，zr 0.05~0.2%，ce 0.02~0.1%，余量为cu及不可避免的杂质；和/或0.3%≤co+v+zr+ce≤1.8%。

10、进一步地，cu-15ni-8sn合金中，σ3n晶界占总晶界的长度比例≥60%；和/或cu-15ni-8sn合金中，不连续沉淀相的体积分数≤15%。

11、根据本发明的另一方面，提供了一种cu-15ni-8sn合金，根据本发明上述的cu-15ni-8sn合金的制备方法得到。

12、本发明提供一种基于晶界工程调控的高抗应力松弛cu-15ni-8sn合金的制备方法，通过多级形变热处理诱导高比例σ3n特殊晶界，多阶段工艺（一级冷轧、一级时效、二级冷轧、二级时效）通过中间时效打断位错缠结，促进位错重组和晶界迁移，为σ3n孪晶界的形核与长大提供了有利条件，进而利用晶界工程抑制不连续沉淀、提高高温组织稳定性。同时，本发明协同co-v-zr-ce四元微合金化进一步强化基体，共同解决cu-15ni-8sn合金的铸态偏析、不连续沉淀及抗应力松弛性能不足的问题，最终获得一种具有高特殊晶界比例、低应力松弛率的cu-15ni-8sn合金材料。

1.一种cu-15ni-8sn合金的制备方法，其特征在于，按重量百分比计，包括ni 14.5~15.5%，sn 7.5~8.5%，co 0.1~1.0%，v 0.05~0.5%，zr 0.02~0.2%，ce 0.01~0.15%，余量为cu和不可避免的杂质；所述制备方法包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的cu-15ni-8sn合金的制备方法，其特征在于，所述步骤s3中，

3.根据权利要求1或2所述的cu-15ni-8sn合金的制备方法，其特征在于，所述步骤s3中，

4.根据权利要求1或2所述的cu-15ni-8sn合金的制备方法，其特征在于，所述步骤s3中，

5.根据权利要求1或2所述的cu-15ni-8sn合金的制备方法，其特征在于，所述步骤s1中，

6.根据权利要求1或2所述的cu-15ni-8sn合金的制备方法，其特征在于，所述步骤s2中，

7.根据权利要求1或2所述的cu-15ni-8sn合金的制备方法，其特征在于，

8.根据权利要求1或2所述的cu-15ni-8sn合金的制备方法，其特征在于，

9.根据权利要求1或2所述的cu-15ni-8sn合金的制备方法，其特征在于，

10.一种cu-15ni-8sn合金，其特征在于，根据权利要求1至9中任一项所述的cu-15ni-8sn合金的制备方法得到。