1.本发明属于铜合金棒材加工制备领域，具体涉及一种紧固件用高强铜合金棒材及其制备方法。
背景技术：
2.紧固件是一种紧固连接应用较为广泛的机械零件，主要包括螺栓、螺柱、螺钉、螺母、垫圈、销。铜合金紧固件是有色金属紧固件中的重要组成部分，主要应用于电子、电器、仪表、液压、机械、船舶及海洋工程等领域。
3.目前国内外铜合金紧固件性能等级分为cu1~cu7共7个等级，对应等级的变形铜合金材料国内牌号分别为t2、h63、hpb58-2、qsn6.5-0.4、qsi 1-3、hmn58-2、qal 10-4-4，对应等级的变形铜合金材料国际牌号分别为cu-etp、cuzn37、cuzn39pb3、cusn6、cuni1si、cuzn40mn1pb、cual10ni5fe。cu7紧固件对应的铜合金材料抗拉强度级别最高，为640mpa级别。
4.紧固件用抗拉强度大于800mpa且断后伸长率不低于10%的高强铜合金棒材及其制备方法，未见国内外公开报道。
技术实现要素：
5.本发明的目的是提供一种紧固件用高强铜合金棒材及其制备方法，高强铜合金棒材抗拉强度大于800mpa且断后伸长率不低于10%。
6.为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：一种紧固件用高强铜合金棒材的制备方法，包括如下步骤：步骤一，按照预先设定的配方质量比称量铜合金所需的原料，在1250℃~1350℃温度下全部熔化后浇铸成圆锭；步骤二，将所得圆锭在保护气氛下进行均质化处理，均质化处理温度为1150℃
±
10℃，处理时间为30分钟~90分钟，然后随炉冷却；步骤三，对上一步处理后的圆锭进行3~5火次的锻造，开坯锻造温度980℃
±
20℃，终锻温度800℃
±
20℃，总变形量在3~4之间，得到锻造棒坯；步骤四，将锻造棒坯在保护气氛下于1100~1150℃进行固溶热处理30分钟~60分钟，然后随炉冷却至800~900℃后再进行时效处理60分钟~120分钟，再风冷至室温；步骤五，对上一步处理后的棒坯进行机加工，得到抗拉强度大于800mpa且断后伸长率不低于10%的高强铜合金光棒。
7.上述方法中“总变形量在3~4之间”是指锻造前后棒坯横截面面积的比值为3~4。
8.步骤一中的原料在感应熔炼炉内熔炼。
9.步骤一中原料熔炼后经半连续铸造得到所述的圆锭。
10.作为优选，所述铜合金为铜镍钴铝基铜合金，其元素的质量百分数为：13.0~17.0%的镍、1.5%~4.5%的铝、不大于2.0%的钴，余量为铜和杂质元素。
11.进一步的，当镍的质量百分数为14.1%，钴的质量百分数为0.8%，铝的质量百分数为3.3%时，步骤四的工艺参数为：固溶热处理温度1120
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10℃、处理时间45分钟，时效处理温度850
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10℃、处理时间90分钟。
12.本发明中的保护气氛为氮气气氛。
13.本发明提出一种紧固件用高强铜合金棒材，采用以上所述的制备方法制备而成，其抗拉强度大于800mpa且断后伸长率不低于10%。
14.本发明目的实现的原理：基于选定的合金配方，通过熔炼和均质化处理实现铸锭合金成分的均匀性；通过多火次锻造实现铸锭组织尤其是枝晶组织的破碎并细化；通过高温固溶+中温时效处理+风冷机制，实现铜镍钴铝基铜合金基体相+析出相共存的组织及位相关系的重构，实现一定尺寸范围的析出相有序、弥散分布；最终实现紧固件用抗拉强度大于800mpa且断后伸长率不低于10%的高强铜合金棒材制备。
15.本发明的有益效果是：通过半连续铸造、均质化处理、锻造、固溶时效、机加工、无损检测等工序，成功实现一种紧固件用高强铜合金棒材制备，填补紧固件用抗拉强度大于800mpa且断后伸长率不低于10%的高强铜合金棒材制备的国内外空白。
具体实施方式
16.下面结合实施例对本发明作进一步的详细说明，但并不作为对发明做任何限制的依据。
17.实施例1：一种紧固件用高强铜合金棒材的制备方法，包括如下步骤：步骤一，按照预先设定的配方质量比称量铜合金所需的原料在感应熔炼炉1250℃~1350℃温度下全部熔化后，半连续铸造成圆锭；步骤二，将所得圆锭在保护气氛下进行均质化处理，均质化处理温度为1150℃
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10℃，处理时间为30分钟~90分钟，然后随炉冷却；步骤三，对上一步处理后的圆锭进行3~5火次的锻造，开坯锻造温度980℃
±
20℃，终锻温度800℃
±
20℃，总变形量在3~4之间，得到锻造棒坯；步骤四，将锻造棒坯在保护气氛下于1100~1150℃进行固溶热处理30分钟~60分钟，然后随炉冷却至800~900℃后再进行时效处理60分钟~120分钟，再风冷至室温；步骤五，棒坯机加工后，得到抗拉强度大于800mpa且断后伸长率不低于10%的高强铜合金光棒。
18.实施例2：本实施例提供了一种抗拉强度大于800mpa且断后伸长率不低于10%的直径85mm高强铜合金棒材制备方法，具体步骤如下： 1）按铜镍钴铝基铜合金的配方质量比，称量铜、镍、钴、铝等原料放入感应熔炼炉内，在1300℃左右温度下全部熔化后浇铸，得到直径为200mm的铜合金铸锭，其中镍的质量百分数为14.1%，钴的质量百分数为0.8%，铝的质量百分数为3.3%，余量为铜和其他杂质元素；2）铸锭锯切后接着在氮气保护气氛下于1150℃
±
10℃进行均质化处理60分钟，之后随炉冷却；3）铸锭表面打磨后进行4个火次的锻造，开坯锻造温度980℃
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20℃，终锻温度800℃
±
20℃，得到直径约为105mm锻造棒坯；
4）将锻造棒坯在氮气保护气氛下于1120
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10℃进行固溶热处理45分钟，然后随炉冷却至850
±
10℃，再进行时效处理90分钟，随后风冷至室温；5）将上一步处理后的棒坯进行机加工，得到直径为85mm的高强铜合金光棒，对其内部质量进行超声波探伤，满足gb/t 3310的要求。该棒材实测抗拉强度865mpa，断后伸长率12.5%。
19.实施例3：本实施例在实施例1的基础上，采用不同原料配比的铜合金，其中镍的质量百分数为15.6%，钴的质量百分数为1.2%，铝的质量百分数为1.6%，余量为铜和其他杂质元素；其具体步骤与实施例1相同。
20.实施例4：本实施例在实施例1的基础上，采用不同原料配比的铜合金，其中镍的质量百分数为16.8%，钴的质量百分数为2.0%，铝的质量百分数为4.3%，余量为铜和其他杂质元素；其具体步骤与实施例1相同。
21.以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其进行限制，所属领域的普通技术人员应当理解，参照上述实施例可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，这些未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换均在申请待批的权利要求保护范围之内。
技术特征：
1.一种紧固件用高强铜合金棒材的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤一，按照预先设定的配方质量比称量铜合金所需的原料在1250℃~1350℃温度下全部熔化后浇铸成圆锭；步骤二，将所得圆锭在保护气氛下进行均质化处理，均质化处理温度为1150℃
±
10℃，处理时间为30分钟~90分钟，然后随炉冷却；步骤三，对上一步处理后的圆锭进行3~5火次的锻造，开坯锻造温度980℃
±
20℃，终锻温度800℃
±
20℃，总变形量在3~4之间，得到锻造棒坯；步骤四，将锻造棒坯在保护气氛下于1100~1150℃进行固溶热处理30分钟~60分钟，然后随炉冷却至800~900℃后再进行时效处理60分钟~120分钟，再风冷至室温；步骤五，对上一步处理后的棒坯进行机加工，得到抗拉强度大于800mpa且断后伸长率不低于10%的高强铜合金光棒。2.根据权利要求1所述的一种紧固件用高强铜合金棒材的制备方法，其特征在于，步骤一中的原料在感应熔炼炉内熔炼。3.根据权利要求1所述的一种紧固件用高强铜合金棒材的制备方法，其特征在于，步骤一中原料熔炼后经半连续铸造得到所述的圆锭。4.根据权利要求1所述的一种紧固件用高强铜合金棒材的制备方法，其特征在于，所述铜合金为铜镍钴铝基铜合金，其元素的质量百分数为：13.0~17.0%的镍、1.5%~4.5%的铝、不大于2.0%的钴，余量为铜和杂质元素。5.根据权利要求4所述的一种紧固件用高强铜合金棒材的制备方法，其特征在于，当镍的质量百分数为14.1%，钴的质量百分数为0.8%，铝的质量百分数为3.3%时，步骤四的工艺参数为：固溶热处理温度1120
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10℃、处理时间45分钟，时效处理温度850
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10℃、处理时间90分钟。6.根据权利要求1~5任一项所述的一种紧固件用高强铜合金棒材的制备方法，其特征在于，保护气氛为氮气气氛。7.一种紧固件用高强铜合金棒材，其特征在于，采用如权利要求1~6任一项所述的制备方法制备而成，抗拉强度大于800mpa且断后伸长率不低于10%。
技术总结
一种紧固件用高强铜合金棒材的制备方法，包括如下步骤：（1）按照预先设定的配方质量比称量铜合金所需的原料，在1250℃~1350℃温度下全部熔化后浇铸成圆锭；（2）将所得圆锭在保护气氛下进行均质化处理，均质化处理温度为1150℃
技术研发人员：郁炎 刘乐乐 马宁 王军亮 潘一帆
受保护的技术使用者：中国船舶重工集团公司第七二五研究所
技术研发日：2022.04.15
技术公布日：2022/8/30