30-4-2-1 镍铜合金 NCu30-4-2-l
1概述
30-4-2-1镍铜合金是Ni-Cu-Si-Fe-Mn系弥散硬化型高耐磨性Ni基合金，通常称为含硅蒙乃尔合 金。硅的加入提高了合金的强度、硬度及再结晶温度，改善合金的铸造性能，但明显降低合金塑性。合金 具有高硬度、高强度、优良的耐磨性和抗粘合性。合金可在铸态和热处理状态下使用。用于航空燃油装 置及其他要求工作稳定的精密摩擦件。
1. 1材料牌号 30-4-2-1镍铜合金NCu30-4-2-l。
1.2 相近牌号 HMK)KMu30-4-2-l(BRM)(俄罗斯）。
1.3材料的技术标准
LS 86318《航空用镍铜合金NCu30-4-2-l挤压棒技术条件》（洛阳铜加工厂）
LTJ 502 —1990《航空用镍铜合金铸棒技术条件》(洛阳铜加工厂）
1.4化学成分
1. 4.1铸棒化学成分按LTJ 502—1990的规定，见表1-1。
表 1-1 %
Cu
Si
Fe
Mn
Ni+Co
杂质不大于
Mg
A1
C
S
杂质总和
29. 0〜31. 0
3. 9〜4. 7
1. 5〜2. 5
0_ 8〜1. 5
余量
0.10
0. 30
0. 20
0. 02
0. 50
1.4.2挤压棒化学成分按LS 86318的规定，见表1-2。
表 1-2 %
29. 00〜31. 00
3. 80〜4. 50
1. 50〜2. 50
0. 80〜1. 50
0, 10
1.5热处理制度合金为时效沉淀强化合金。淬火制度：920〜940X：，、油淬。时效制度：58CTC,6〜 8h，空冷。
1, 6品种规格与供应状态见表1-3。
表1-3
品 种
棒 材
铸 棒
d/mm
27
30
状态
R
Z
1.7熔炼与铸造工艺一般采用真空中频感应电炉熔炼，铸铁模铸造；也可以采用非真空中频感 应电炉熔炼，炉衬采用酸性或碱性；玻璃覆盖。合金组元较多，熔点高，熔炼与铸造存在一定难度。由于 合金的内应力比较大，采用非直接水冷高结晶器半连续铸造。铸造温度为1450〜148(TC。
1.8应用概况与特殊要求材料具有较高的耐磨性，用于制作航空发动机燃油泵调节器中齿条套 筒。代替原来使用的3013材料。20世纪80年代研制成功挤压棒材，由于生产工艺难度较大，成材率 低，后又研制开发出铸棒，于20世纪90年代初通过鉴定。铸棒的性能尤其是硬度值较挤压棒有所提高， 满足航空产品高耐磨性的要求。
合金还可用于在各种介质中工作的其他耐磨零件：套管、喷嘴、活塞杆等。
2物理及化学性能 2. 1热性能[1]
2.l.i熔化温度范围ii52r±icrc。
2.1.2热导率不同温度下材料的热导率见表2-1。
表2-1
6/V
25
100
200
300
400
500
600
A/(W/(m • '〇)
18
19.2
20. 9
22.2
23. 8
25.5
28
2. 1.3比热容不同温度下材料的比热容见表2-2。
表2-2
e/v
700
800
r/(J/(kg * t))
420
439
460
544
628
710
754
2.1.4线膨胀系数不同温度下材料的线膨胀系数见表2-3。
表2-3
6/Q
20 〜100
20 〜200
20 〜300
20 〜400
20 〜500
20 〜600
14.2
14. 7
15.3
15.8
16. 2
16.7
2.2 密度 j〇=8.5g/cm3。
2. 3 电性能电阻率/〇=0• * m。
2.4磁性能 2. S化学性能
2.5.1耐腐蚀性能合金在大气条件下和海水中具有高的耐腐蚀性。
3力学性能
3.1技术标准规定的性能见表3-1。
表3-1
品种
cTb /MPa
8J%
HRC®
技术标准
棒材
>882
^5 ••
>38
LS 86318
铸棒
2
>500
>0.5
LTJ 502—1990
①HRC为热处理后硬度值，热处理制度为580士 10"C，8h空冷。检测部位在端面1/2穴处。
3.2室温及各种温度下的力学性能
3.2. 1 硬度
3. 2. 1. 1 供应状态材料的硬度 HRC39.0〜43.0(热处理后铸棒），HRC38〜41(热处理后挤压
棒)[2]。
3.2.1.2挤压棒材料硬度与时效温度的关系见图3-1。
3.2. 1.3挤压棒材料硬度与时效时间的关系见图3-2。
图3-1 NCu30-4-2-1硬度与时效温度的关系[2〕图3-2 NCu30-4-2-l硬度与时效时间的关系[2] 3. 2. 2拉伸性能
3.2.2. 1供应状态材料的拉伸性能& = 82〇MPa(铸棒）。
3. 2. 2. 2材料的拉伸性能曲线见图3-3。
3.2.2.3材料的高温力学性能见图3-4。
铸态； 热处理态
图 3-4 NCu30-4-2-l 高温力学性能
图3-3 NCu30-4-2-l拉伸性能曲线 3, 2. 3压缩性能抗压强度〜= 1765〜255〇MPa。
3. 2.4 冲击初性 〜117. 6kJ/m2(铸态）；aKU = 49〜78.4kJ/m2(热处理态）。
3.2.5扭转与剪切性能剪切强度 r=539〜637MPa(热处理态）^
3.2.6其他性能
3. 2_ 6. 1耐磨性能在煤油中的摩擦系数为〇• 07。合金具有高的耐磨损性。在单位载荷〇. “MPa
及速度2. 5m/s下摩擦7h45min的耐磨损性为1〜3mg(与Crl8对磨）。
3. 2. 6.2流动性为18cm(在1500 C下，直径为5mm的槽）。
3. 2. 6.3线收缩率为2%。
3.3持久和蠕变性能 3.4疲劳性能 3.5弹性性能 .
3. 5.1 弹性模量 £=171GPa( —25(TC)，E=166GPa(2(TC)。
3.S.2 切变模量 G=66. 5GPa。
4组织结构
4.1相变温度
4. 2时间-温度-组织转变曲线
4.3合金组织结构铸棒的高倍组织均为呈树枝状析出的《相固溶体+第二相，晶界上有细小颗 粒析出物；挤压棒材高倍组织为ct相，枝干上有第二组析出，晶界处有颗粒状析出物。
5工艺性能与要求
S.1成形性能合金塑性不高。热加工规范对硅含量比较敏感，热加工温度范围较窄。热挤时存 在一定难度。当Si的质量分数为3.8%〜4. 0%时，热加工温度为920〜95CTC。
5.2焊接性能采用专门耐热焊料Bnp4(Cu-Ni-Mn-Co-Fe-Si系焊料）可以良好地钎焊。
5.3零件热处理工艺 5.4表面处理工艺
5. S切削加工与磨削性能合金硬度较高，Ni含量高，机加工采用特殊的加工工艺，同时给予充 分的润滑、冷却，车削、铣削、磨削的加工光洁度及零件质量可以保证。
6功能考核试验[3]
6.1挤压棒试车考核
6. 1.1制成的齿条套筒零件参加200h工艺长期试车，结果表明比3Crl3材料抗粘合性好，对排除 齿条套筒和液压延迟器顶杆结合面的划伤、点瘤故障较理想。
6.1.2制造的齿条套筒零件装配在RZB-2燃油泵上，参加发动机150h国家鉴定试车考核，微分 测量结果表明，器顶杆的间隙磨损增量为0.001mm，顺利通过此项考核。
6. 2铸棒试车考核
6. 2.1 铸棒加工的400-138C零件，随RZB-2泵通过500h长试考核。
6.2_2铸棒加工的400-138C零件在RZB-2B泵上参加发动机地面长试，通过300h工艺试车考 核。
6.2_3铸棒加工的400-138C零件在ZB-21B/2泵经500h试车后，表面光滑、无点瘤，磨损极小， 工作状态良好。
7使用建议
7. 1 NCu30-4-2-l铸棒由于硅含量可以控制在中上限，其硬度值较挤压棒更高一些，同时铸棒的 工艺难度也更小，建议使用铸棒。
7. 2铸棒中硅含量建议控制在4. 0%以上。
