CN101671783B - 一种铜锌镍钴铟合金及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
一种铜锌镍钴铟合金及其制造方法，包括下述重量百分比的原料：铜Cu：43～65％、锌Zn：28～45％、镍Ni：1～15％、钴Co：0.3～4％、铟In：0.1～2％、锰Mn：0.08～4％、硅Si：0.05～0.3％、锡Sn：0～2％、银Ag：0～2％、以及由铈Ce与镧La以重量比2∶3的比例混合而成的Re：0.03～0.07％。其中将高熔点金属镍、钴与铜熔炼成中间合金A，将脱氧元素硅、锰与铜熔炼成中间合金B，将易氧化金属铈、镧与铜在真空炉中熔炼成中间合金C，将铜在中频炉中熔化后加入中间合金A，充分融合后用碎玻璃与冰晶石的混合物覆盖，充分融合后加入中间合金B，再加入金属银、锌、锡和铟，再加入中间合金C充分脱氧融合并静置50分钟，连续铸造形成铜锌镍钴铟合金铸锭。
Description
技术领域
本发明涉及一种焊接材料，具体说是涉及一种特别适用于对硬质合金进行焊接的铜锌镍钴铟合金及其制造方法。
背景技术
硬质合金在工业生产和社会生活中的应用日益广泛，由于其硬度高、红硬性好、耐磨性好、耐磨损性优良、价格低、性价比优越，硬质合金在现代工业材料中的有不可替代的重要位置。在切削工具、钻探工具、勘探工具、采掘工具、粉末冶金等方面取得了广泛的应用。
硬质合金在应用领域要么以机械镶嵌形式、要么以钎焊形式与钢基体连接成一体。硬质合金的广泛应用很大程度上依赖于钎焊技术和钎焊材料的发展。我国每年用于钎焊硬质合金的黄铜钎料大约有5000吨，产值4亿元。目前在钎焊硬质合金时，应用最多的简单黄铜，以H60、H62、H68最多，这类合金一般铜加工厂均能生产，材料成本低、获取方便。
为了改善普通黄铜对硬质合金的润湿性，采用锡黄铜钎焊，典型的合金成分是Cu60Zn39Sn1。为了预防这类钎料在钎焊时脱锌形成气孔，采用锡黄铜加硅形成新的合金HS221，合金HS221的成分是Cu60Zn38.5Sn1.2Si0.3。为了降低钎料熔点，郑州机械研究所在1990年开发了Cu53Zn28Mn17SnSi，但这种钎料的锰含量太高，只能用于盐浴钎焊。
为了提高钎缝的强度，采用锰黄铜钎焊，典型的钎料成分是Cu58Zn38Mn(行业内称HL105或L105)。为了预防硬质合金脱钴在L105的基础上添加钴，形成新型合金Cu58Zn38Co2Mn2。
上述三类含锰钎料在火焰钎焊和炉中钎焊时，在钎缝处易形成焊渣。为此，国外公司开发了Cu62Zn34Ni3Mn1钎料，这种钎料的熔化温度偏高，钎焊时会造成硬质合金的氧化和热应力残存。
上述钎料有的可以解决钎缝强度问题但钎焊温度高；有的可以降低钎焊温度，但是钎缝强度低；有的可以解决钎缝强度和钎焊温度问题，但容易造成硬质合金脱钴。因而研究开发一种高强度、高塑性、低熔点的铜基钎料是解决硬质合金钎焊难题的关键。
发明内容
本发明的目的正是针对上述现有技术中所存在的不足之处研究开发一种具有高强度、高塑性、低熔点的特点的铜锌镍钴铟合金及其制造方法。
本发明的目的可通过下述技术措施来实现：
本发明的铜锌镍钴铟合金包括下述重量百分比的原料：铜Cu：43～65％、锌Zn：28～45％、镍Ni：1～15％、钴Co：0.3～4％、铟In：0.1～2％、锰Mn：0.08～4％、硅Si：0.05～0.3％、锡Sn：0～2％、银Ag：0～2％、以及由铈Ce与镧La以重量比2∶3的比例混合而成的Re：0.03～0.07％。
本发明的制造方法包括下述步骤：
a、将高熔点金属镍Ni、钴Co分别与铜Cu熔炼成中间合金A1、A2；所述中间合金A1是由重量比的Cu50∶Ni50组成；所述中间合金A2是由重量比的Cu70∶Co30组成；
b、将脱氧元素硅Si、锰Mn分别与铜Cu在真空炉中熔炼成中间合金B1、B2；所述中间合金B1是由重量比的Cu83∶Si17组成；所述中间合金B2是由重量比的Cu70∶Mn30组成；
c、将易氧化金属Re与铜Cu在真空炉中熔炼成中间合金C；所述铜Cu与Re的重量比为80∶20；
d、将剩余量的铜Cu在中频炉中熔化后，当炉中铜液温度上升到1450K后加入中间合金A1、A2中的任意一种或全部，充分融合后用碎玻璃与冰晶石的混合物覆盖；将金属液继续加热，金属液温度上升到1500K～1550K后再加入该合金的回炉料CuZnNiCoIn(回炉料是本合金的边角料，其成分与待炼的合金相同)，充分融合后将炉温降到1350K～1450K加入中间合金B1、B2中的任意一种或全部，再依次加入金属银、锌、锡和铟，待炉温降到1250K～1350K再加入中间合金C，充分脱氧融合并静置50分钟。
e、将炉温上升到1370K～1450K喷火除气，采用连续铸造形成铜锌镍钴铟合金铸锭。
本发明中所述碎玻璃与冰晶石的重量比1∶1。所述铜锌镍钴铟合金铸锭横截面有两种形式，一种是直径12毫米的棒，一种是横截面100×10毫米的方坯。
本发明中所述的棒状合金经过轧制、拉拔减径成细丝；所述方坯状合金经过轧制成薄带。轧制或者拉拔中间需要酸洗和退火。酸洗液采用常温的15～20％的硫酸溶液。退火温度900K～800K，退火时间90min；每道次降低退火温度10K～20K，成品后退火温度为650K～600K，退火时间50min。
本发明的铜锌镍钴铟合金是在钎焊领域现有的Cu、Zn、Ni、Mn的合金系基础上引入Co、提高Ni、降低Mn。Co对硬质合金的润湿性是所有金属中最优异的，而且Co的引入可以防止钎焊时硬质合金脱钴；提高Ni、降低Mn就是用Ni替换Mn，其结果是强度和塑性都有提高，但是钎料熔点也随之升高。引入In可以降低熔点；以前铜钎料中降熔点一般加入Sn，但是Sn的加入会迅速降低钎料的塑性，而In对铜钎料的塑性影响小于锡。
本发明的有益效果如下：
本发明的铜锌镍钴铟合金与同类型的铜钎料相比具有强度高、塑性高、熔点低的特点，作为钎料用于钎焊硬质合金时，具有钎缝强度高、塑性好、疲劳性好、钎焊温度低、防止硬质合金脱钴等特点。
本发明的合金制成铜焊丝焊条用于火焰钎焊时，具有操作方便、适用性强的特点。该合金制成窄带用于自动感应钎焊时，可以大大提高生产效率。该合金深加工成圆片或矩形片时用于截齿等硬质合金工具钎焊时，可以大大提高钎缝强度，提高工具使用寿命。
另外，本发明的合金与低银钎料相比，钎缝强度高、塑性好、成本低；与普通的铜钎料相比，有熔化温度低、气孔少、夹渣少、焊缝可靠性高的特点。
具体实施方式
本发明以下将结合实施例作进一步详述：
实施例1
a、按重量百分比取：Cu：46％；Zn：40％；Ni：11％；Co：1％；In：0.8％；Mn：0.6％；Si：0.15％；Sn：0.4％；由铈Ce与镧La以重量比2∶3的比例混合而成的Re：0.05％；
b、将高熔点金属镍Ni、钴Co分别与铜Cu熔炼成中间合金A1、A2；所述中间合金A1是由重量比的Cu50∶Ni50组成；所述中间合金A2是由重量比的Cu70∶Co30组成；
c、将脱氧元素硅Si、锰Mn分别与铜Cu在真空炉中熔炼成中间合金B1、B2；所述中间合金B1是由重量比的Cu83∶Si17组成；所述中间合金B2是由重量比的Cu70∶Mn30组成；
d、将易氧化金属Re与铜Cu在真空炉中熔炼成中间合金C；所述铜Cu与Re的重量比为80∶20；
e、将剩余量的铜Cu在中频炉中熔化后，当炉中铜液温度上升到1450K后加入中间合金A，充分融合后用碎玻璃与冰晶石的混合物覆盖，所述碎玻璃与冰晶石的重量比1∶1；将金属液继续加热，金属液温度上升到1500K～1550K后再加入该合金的回炉料CuZnNiCoIn(回炉料是本合金的边角料，其成分与待炼的合金相同)，充分融合后将炉温降到1350K～1450K加入中间合金B，再依次加入金属银、锌、锡和铟，待炉温降到1250K～1350K再加入中间合金C，充分脱氧融合并静置50分钟。
f、将炉温上升到1370K～1450K喷火除气，采用连续铸造形成铜锌镍钴铟合金铸锭。
所述铜锌镍钴铟合金铸锭横截面有两种形式，一种是直径12毫米的棒，一种是横截面100×10毫米的方坯。
本发明中所述的棒状合金经过轧制、拉拔减径成细丝；所述方坯状合金经过轧制成薄带。轧制或者拉拔中间需要酸洗和退火。酸洗液采用常温的15～20％的硫酸溶液。退火温度900K～800K，退火时间90min；每道次降低退火温度10K～20K，成品后退火温度为650K～600K，退火时间50min。
在以下实施例2至8中除步骤a有所不同外，其余步骤均同于实施例1。
实施例2
按重量百分比取：Cu：49％；Zn：38％；Ni：10％；Co：1％；In：0.8％；Mn：0.7％；Si：0.15％；Ag：0.3％；由铈Ce与镧La以重量比2∶3的比例混合而成的Re：0.05％。
实施例3
按重量百分比取：Cu：52％；Zn：38％；Ni：8％；Co：0.8％；In：0.3％；Mn：0.2％；Si：0.15％；Sn：0.5％；由铈Ce与镧La以重量比2∶3的比例混合而成的Re：0.05％。
实施例4
按重量百分比取：Cu：54％；Zn：37％；Ni：6％；Co：1％；In：0.5％；Mn：1％；Si：0.1％；Ag：0.35％；由铈Ce与镧La以重量比2∶3的比例混合而成的Re：0.05％。
实施例5
按重量百分比取：Cu：56％；Zn：36％；Ni：5％；Co：0.8％；In：0.35％；Mn：1.2％；Si：0.1％；Sn：0.5％；由铈Ce与镧La以重量比2∶3的比例混合而成的Re：0.05％。
实施例6
按重量百分比取：Cu：56％；Zn：35％；Ni：4％；Co：1.8％；In：0.5％；Mn：2％；Si：0.05％；Sn：0.6％；由铈Ce与镧La以重量比2∶3的比例混合而成的Re：0.05％。
实施例7
按重量百分比取：Cu：56％；Zn：34％；Ni：5％；Co：2％；In：0.7％；Mn：1.8％；Si：0.1％；Ag：0.35％；由铈Ce与镧La以重量比2∶3的比例混合而成的Re：0.05％。
实施例8
按重量百分比取：Cu：58％；Zn：33％；Ni：3％；Co：2％；In：0.7％；Mn：2.6％；Si：0.1％；Sn：0.55％；由铈Ce与镧La以重量比2∶3的比例混合而成的Re：0.05％。
Claims (2)
1.一种铜锌镍钴铟合金的制造方法，其特征在于：该方法包括下述步骤：
a、按下述重量百分比取：铜Cu：43～65％、锌Zn：28～45％、镍Ni：1～15％、钴Co：0.3～4％、铟In：0.1～2％、锰Mn：0.08～4％、硅Si：0.05～0.3％、锡Sn：0～2％、银Ag：0～2％、以及由铈Ce与镧La以重量比2∶3的比例混合而成的Re：0.03～0.07％；
b、将高熔点金属镍Ni、钴Co分别与铜Cu熔炼成中间合金A1、A2；所述中间合金A1是由重量比的Cu50∶Ni50组成；所述中间合金A2是由重量比的Cu70∶Co30组成；
c、将脱氧元素硅Si、锰Mn分别与铜Cu在真空炉中熔炼成中间合金B1、B2；所述中间合金B1是由重量比的Cu83∶Si17组成；所述中间合金B2是由重量比的Cu70∶Mn30组成；
d、将由铈Ce与镧La以重量比2∶3的比例混合而成的Re与铜Cu在真空炉中熔炼成中间合金C；所述铜Cu与Re的重量比为80∶20；
e、将剩余量的铜Cu在中频炉中熔化后，当炉中铜液温度上升到1450K后加入中间合金A1和A2，充分融合后用碎玻璃与冰晶石的混合物覆盖；将金属液继续加热，金属液温度上升到1500K～1550K后再加入该合金的回炉料CuZnNiCoIn，所述的回炉料是本合金的边角料，其成分与待炼的合金相同；充分融合后将炉温降到1350K～1450K加入中间合金B1和B2，再依次加入金属银、锌、锡和铟，待炉温降到1250K～1350K再加入中间合金C，充分脱氧融合并静置50分钟；
f、将炉温上升到1370K～1450K喷火除气，采用连续铸造形成铜锌镍钴铟合金铸锭。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述碎玻璃与冰晶石的重量比1∶1。
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