CN100482823C - 微米晶锡青铜合金的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种微米晶锡青铜合金的制备方法，将原料按质量百分比铜为93.5～96.5%，锡为2.0～4.0%，铅为1.5～2.5%配备好，在真空条件下进行熔炼，制成锡青铜合金铸坯，再将铸坯表面处理后加热到650～800℃进行锻造，制成锻态锡青铜合金棒材，将棒材切割成块状坯料并进行表面处理及涂敷石墨润滑剂，采用挤压通道角度为90～120°的等通道转角挤压模具，模具型腔表面涂敷石墨润滑剂，将坯料放入模具中共同加热保温，并同时从加热炉中取出进行等通道转角挤压，最终获得强度、塑性等性能良好的锡青铜合金块材。本发明提高了锡青铜合金的机械性能及摩擦学性能，拓展了该合金的应用范围，能满足实际生产需要。
Description
技术领域
本发明涉及一种微米晶锡青铜合金的制备方法，采用锻造与等通道转角挤压相结合的方法制备微米晶锡青铜合金块材，提高了锡青铜合金的塑性、强度、硬度等机械性能及其摩擦学性能，进而促进该合金的实际工程应用。属于金属材料及冶金类技术领域。
背景技术
锡青铜具有良好的导电性、导热性、耐腐蚀性和延展性等物理化学特性，并具有较好的机械性能、耐磨性能和耐腐蚀性能。由于锡青铜具有上述优良性能，所以在工业上包括电气行业、机械制造、交通、建筑等方面等有着广泛的用途，常被用于制造衬套、轴承、齿轮等耐磨零件。随着科学技术的进一步发展，对该合金的性能提出了更高的要求，需要进一步提高该合金的机械性能及摩擦学性能，但使用常规方法与工艺提高该合金性能的效果不显著。
因此，如何采用新工艺与常规工艺相结合进一步提高锡青铜材料的性能是首要解决的问题。研究表明：细化晶粒是改善材料内部结构、提高合金机械性能的一种有效方法。当晶粒细化到1μm后，材料将表现出一系列不寻常的物理、化学、机械及摩擦学性能，因而对合金进行组织细化是目前研究高性能材料的发展趋势。传统的合金晶粒细化工艺一般采用塑性变形法，诸如锻造法、轧制法等。传统的塑性变形技术虽可以细化锡青铜合金晶粒，但当晶粒细化到微米量级甚至纳米量级时要求很大的塑性变形，传统的塑性加工技术难以达到要求。等通道转角挤压法是近年来新兴起的一种大塑性变形工艺，它是以纯剪切的方式实现材料剧烈塑性变形。该方法能够在材料内部获得大角度晶界的超细晶粒结构，使所获得的材料在性质上发生变化；该方法可以在整个试样中得到均匀分布的细化晶粒，使得挤压后材料获得的性能稳定，材料经多次挤压后经逐步细化可以得到微米级晶粒。如公开号为CN1528930的中国发明专利介绍了一种微米细晶钛镍-铌形状记忆合金块材制备方法，利用等通道转角挤压技术对铸态钛镍-铌形状记忆合金进行挤压，与锻造、轧制等其它塑性变形方法相比具有两个独特优势：坯料在塑性变形过程中产生强烈的塑性应变；坯料的横截面尺寸在变形过程中保持不变。通过此工艺能制备出比较大的块状细晶材料。但是等通道转角挤压工艺原理及方法对具有良好塑性的镁、铜基合金的晶粒细化比较有效，但对塑性差的金属合金的晶粒细化却受到很多因素的制约，操作不当容易导致坯料表面出现裂纹甚至断裂。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种微米晶锡青铜合金的制备方法，工艺简单，成本低廉，能显著提高锡青铜合金的强度、硬度等机械性能及摩擦学性能，获得性能优良的锡青铜合金材料。
为实现这一目的，本发明采用锻造与等通道转角挤压相结合的方法，将原料按质量百分比铜为93.5～96.5％，锡为2.0～4.0％，铅为1.5～2.5％配备好，在真空条件下进行熔炼，制成锡青铜合金铸坯，再将铸坯进行表面处理并加热进行锻造，制成锻态锡青铜合金棒材，将棒材切割成块状坯料并进行表面处理及涂敷石墨润滑剂，采用挤压通道角度为90～120°的等通道转角挤压模具，模具型腔表面涂敷石墨润滑剂，将坯料放入模具中共同加热保温，并同时从加热炉中取出进行等通道转角挤压，最终获得强度、硬度、塑性及摩擦学性能均良好的锡青铜合金块材。
本发明的微米晶锡青铜合金制备方法具体为：将原料按质量百分比铜为93.5～96.5％，锡为2.0～4.0％，铅为1.5～2.5％配备好，在真空条件下进行熔炼，制成锡青铜合金铸坯。将锡青铜合金铸坯进行表面处理，加热到650～800℃后进行锻造，获得锻态锡青铜合金棒材。将锻态锡青铜合金棒材切割成块状坯料，对坯料进行表面抛光处理，使表面光滑平整。用丙酮对坯料表面进行清洗，在80～100℃的温度下预热15～20分钟，然后在坯料表面涂敷石墨润滑剂，涂层要均匀，坯料涂敷后在60～90℃的温度下烘干10～15分钟。
本发明采用等通道转角挤压模具，模具的挤压通道角度为90～120°。用丙酮对模具进行表面和型腔清洗，在100℃的温度下预热40～60分钟，然后涂敷石墨润滑剂，涂层厚度要均匀。
由于该合金具有较好的塑性，因而其等通道转角挤压可在500℃以下进行，此温度下坯料与模具可以共同加热。将涂好石墨润滑剂的坯料放在模具中，坯料与模具在300℃～500℃的加热炉中共同加热，并保温1～1.5小时。将加热好的坯料和模具同时取出，在液压万能试验机上对坯料进行挤压。对挤压出的坯料进行表面处理，并对模具型腔和坯料涂敷石墨润滑剂，再进行第2次挤压，即可获得微米晶锡青铜合金块材，其微观晶粒平均尺寸为0.3～0.7μm。
本发明采用锻造与等通道转角挤压相结合的制备工艺，对铸态锡青铜合金先进行锻造处理，再进行等通道转角挤压，此工艺在减少了挤压次数的基础上显著提高了锡青铜合金的性能，提高了制备效率。合金经过锻造后，材料内部缺陷消失，有利于等通道转角挤压的进行。试样在挤压前后尺寸不变，处理简单，成材率高，并可实现大工件加工。挤压前对模具型腔及待挤压的坯料分别进行润滑处理，既可以有效的阻止坯料的急剧温降，同时可显著的降低坯料和模具工作表面间的滑动摩擦阻力，从而有效地提高合金材料的流动均匀性，保证挤压过程的顺利进行；润滑处理工艺方法简单，成本低，经实际操作后，坯料与模具自行脱落，没有相互粘结在一起，工艺性好。坯料、模具加热时间和保温时间的确定以及将加热好的坯料和模具同时从加热炉中取出进行等通道转角挤压，可防止晶粒长大，有利于形成细小的锡青铜微米晶，最终获得强度、塑性等性能良好的锡青铜合金块材。
本发明采用传统工艺与新兴工艺相结合的方法，对铸态锡青铜合金先进行锻造，后进行等通道转角挤压，提高了锡青铜合金的强度、塑性、硬度等机械性能及其摩擦学性能，效果显著。
具体实施方式
以下通过具体的实施例对本发明的技术方案作进一步的描述。
实施例1：
将原料按质量百分比铜为93.5％，锡为4.0％，铅为2.5％配备好，在真空条件下进行熔炼，制成锡青铜合金铸坯。将锡青铜铸坯进行表面处理，放在加热炉中加热到700℃后在热模锻压力机上进行锻造，获得锻态锡青铜合金棒材。将锻态锡青铜合金线切割成横截面为9.3×9.3mm，长度为100mm的块状坯料，对坯料进行表面处理，使表面光滑平整。用丙酮对坯料表面进行表面清洗，将坯料置于干净的不锈钢托盘上，在100℃的温度下预热20分钟，然后采用涂刷的方法在坯料表面涂敷石墨润滑剂，涂层要均匀，涂敷后坯料在60℃的温度下烘干15分钟，若出现落涂、划痕、剥落等缺陷，应进行补涂或洗去重涂。用丙酮对挤压角度为120度模具进行表面和型腔清洗，在100℃的温度下预热50分钟，然后涂敷石墨润滑剂，涂层要均匀。
将涂好石墨润滑剂的锡青铜合金放在模具中，坯料和模具在300℃的加热炉中共同加热，达到温度后保温1小时；将加热好的坯料和模具同时取出，然后迅速在液压万能试验机上进行挤压，将挤压出来的坯料再进行表面处理后进行第2次挤压，即可获得微米晶锡青铜合金块材。
实施例2：
将原料按质量百分比铜为95.0％，锡为3.0％，铅为2.0％配备好，在真空条件下进行熔炼，制成锡青铜合金铸坯。将锡青铜铸坯进行表面处理，放在加热炉中加热到750℃后在热模锻压力机上进行锻造，获得锻态锡青铜合金棒材。将锻态锡青铜合金线切割成横截面为9.3×9.3mm，长度为100mm的块状坯料，对坯料进行表面处理，使表面光滑平整。用丙酮对坯料表面进行表面清洗，将坯料置于干净的不锈钢托盘上，在100℃的温度下预热20分钟，然后采用涂刷的方法在坯料表面涂敷石墨润滑剂，涂层要均匀，涂敷后坯料在60℃的温度下烘干15分钟，若出现落涂、划痕、剥落等缺陷，应进行补涂或洗去重涂。用丙酮对挤压角度为90度模具进行表面和型腔清洗，在100℃的温度下预热50分钟，然后涂敷石墨润滑剂，涂层要均匀。
将涂好石墨润滑剂的锡青铜合金放在模具中，坯料和模具在400℃的加热炉中共同加热，达到温度后保温1小时；将加热好的坯料和模具同时取出，然后迅速在液压万能试验机上进行挤压，将挤压出来的坯料再进行表面处理后进行第2次挤压，即可获得微米晶锡青铜合金块材。
实施例3：
将原料按质量百分比铜为96.5％，锡为2.0％，铅为1.5％配备好，在真空条件下进行熔炼，制成锡青铜合金铸坯。将锡青铜铸坯进行表面处理，放在加热炉中加热到800℃后在热模锻压力机上进行锻造，获得锻态锡青铜合金棒材。将锻态锡青铜合金线切割成横截面为9.3×9.3mm，长度为100mm的块状坯料，对坯料进行表面处理，使表面光滑平整。用丙酮对坯料表面进行表面清洗，将坯料置于干净的不锈钢托盘上，在100℃的温度下预热20分钟，然后采用涂刷的方法在坯料表面涂敷石墨润滑剂，涂层要均匀，涂敷后坯料在60℃的温度下烘干15分钟，若出现落涂、划痕、剥落等缺陷，应进行补涂或洗去重涂。用丙酮对挤压角度为90度模具进行表面和型腔清洗，在100℃的温度下预热50分钟，然后涂敷石墨润滑剂，涂层要均匀。
将涂好石墨润滑剂的锡青铜合金放在模具中，坯料和模具在500℃的加热炉中共同加热，达到温度后保温1小时；将加热好的坯料和模具同时取出，然后迅速在液压万能试验机上进行挤压，将挤压出来的坯料再进行表面处理后进行第2次挤压，即可获得微米晶锡青铜合金块材。
Claims (1)
1、一种微米晶锡青铜合金的制备方法，其特征在于：采用锻造与等通道转角挤压相结合的方法，将原料按质量百分比铜为93.5～96.5％，锡为2.0～4.0％，铅为1.5～2.5％配备好，在真空条件下进行熔炼，制成锡青铜合金铸坯，将锡青铜合金铸坯进行表面处理并加热到650～800℃后进行锻造，获得锻态锡青铜合金棒材，再将棒材切割成块状坯料，对坯料进行表面抛光处理，使表面光滑平整，用丙酮对坯料表面进行清洗，在80～100℃的温度下预热15～20分钟，然后在坯料表面均匀涂敷石墨润滑剂，坯料涂敷后在60～90℃的温度下烘干10～15分钟；采用挤压通道角度为90～120°的等通道转角挤压模具，用丙酮对模具进行表面和型腔清洗，在100℃的温度下预热40～60分钟后均匀涂敷石墨润滑剂，然后将坯料放在模具中共同在300℃～500℃的加热炉中加热并保温1～1.5小时，然后将加热好的坯料和模具同时取出，在液压万能试验机上对坯料进行挤压；对挤压出的坯料进行表面处理并对模具型腔和坯料涂敷石墨润滑剂，再进行第2次挤压，即获得微米晶锡青铜合金块材，其微观晶粒平均尺寸为0.3～0.7μm。
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