CN101717877A - 一种铜镍硅青铜合金材料及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种铜镍硅青铜合金材料及其制备方法，它是由以下物质按照重量百分比的配比组成的，镍1.6-2.2％，硅0.4-0.8％，稀土合金0.008％，铜96.002-97.002％。上述铜镍硅青铜合金材料，是通过配料、熔炼、铸造、锯切、挤压、拉伸、矫直、检验、包装入库这些工艺制备，本发明所述的一种铜镍硅青铜合金材料，抗应力腐蚀能力增强；性能主要变化有硬度值降低，晶粒度减小。

Description

一种铜镍硅青铜合金材料及其制备方法

技术领域

本发明属于合金材料制造领域，特别涉及一种铜镍硅青铜合金材料及其制备方法。

背景技术

硅青铜合金是高速电气化铁路改建、扩建电力工程中的重要材料，合金质量的好坏之际影响铁路运输的安全、成本及效率，现有的几种青铜合金强度、导电性、耐摩擦系数、耐腐蚀等综合性能都已经不能满足高速铁路发展的需要。

发明内容

本发明的目的是提供一种强度高，耐摩擦、耐腐蚀性能高的铜镍硅青铜合金材料及其制备方法。

为实现上述目的，本发明的解决方案是：一种铜镍硅青铜合金材料，它是由以下物质按照重量百分比的配比组成的，

镍1.6-2.2％，硅0.4-0.8％，稀土合金0.008％，铜96.002-97.002％。

上述铜镍硅青铜合金材料，是通过以下步骤制备

一、配料

选用1号电解铜96.002-97.002％，1号电解镍镍1.6-2.2％，硅0.4-0.8％，稀土合金0.008％为原料；

二、熔炼

将步骤一中准备好的原料电解铜和电解镍放入到到1吨中频电炉熔炼中，中频电炉的功率500千瓦，中频电炉的温度为1600℃，当电解铜和电解镍形成液态金属，然后再向炉内投入添加硅、金属锰，熔炼温度为1340℃，均匀化搅拌，检测化学成份：镍、硅、锰含量；

三、铸造

将步骤二中制备合金进通过半连续铸造机进行半自动连续振动铸造，铸造温度：1280℃，铸造速度：4m～5m/h，铸造水压在开始开始阶段为0.2kg/cm²，锻造正常后为0.3kg/cm²～0.8kg/cm²，所得铸锭规格为Ф145×5000mm，将锻造好的铸锭覆盖上烟灰作为覆盖剂：

四、锯切

将步骤洒三中制备的铸锭经过350mm带式锯床锯切，锯切成规格为Ф145×260mm～460mm的铜锭备用；

五、挤压

将步骤四中制备的铜锭放入500千瓦中频加热炉加热，加热温度850℃～900℃，经过加热后的铜锭合金由铜材反向挤压机反向挤压成规格为Ф(8～52)×L mm的铜棒备用；

六、拉伸

将步骤五所制备的铜棒，用15吨链式拉伸机拉伸成规格为Ф(6～21)×6000mm～15000mm的半成品；

七、矫直

将步骤六中制备的半成品用七辊矫直机矫直成规格为Ф(6～20)×6000mm～15000mm的铜棒；

八、检验、包装入库

将步骤七制备的铜棒进行物理性能检验，检验合格的经过热处理后包装入库。

本发明所述的一种铜镍硅青铜合金材料及其制备方法，比较以前的技术，其中一个工艺，采用了反向挤压技术，在相同的挤压条件下，反向挤压法挤压筒壁与坯料表面之间无相对滑动，不产生摩擦损耗，因而所需要的最大挤压力比正挤压可降低30％～40％，可在较低的温度下挤压有较大挤压比的小断面制品，生产效率提高。所需最大及压力与坯料长度无关，因而可采用长坯料挤压长制品；坯料和挤压筒之间不产生摩擦热，而且变形区体积小，变形热小，因而模孔附近制品的温升小，可采用较高的速度进行挤压，制品表面和边角不易产生裂纹；挤压筒和模具的磨损少，使用寿命长。沿制品截面上和长度上的变形比正挤压时更均匀，因而沿制品截面上和长度上的组织与性能比较均匀。用正挤压法挤压2024-T4合金型材，其头尾端的σb相差100MPa，而用反挤压的仅为30～40Mpa；用正挤压法挤压

的2017-T4棒材，其最大粗晶环深度可达8mm，而反挤压时仅为0.5mm，甚至可以消除粗晶环组织。因而反向挤压的成品率可大为提高。反挤压时尾端金属无倒流现象，因而其挤压残料厚度可比正挤压的减少50％以上。

1、反向挤压金属流动均匀，故挤出的棒材头尾组织一样，性能均匀。

2、反向挤压金属没有反向流动，故挤压出的棒材无缩尾，成品率高。

另外，现在合金与以前的合金相比较，减少了锰元素，适当调整镍、硅元素含量后，抗应力腐蚀能力增强；性能主要变化有硬度值降低，晶粒度减小，其它性能无明显变化。这些数据可以从下面两种技术性能的比较可以看出来。

以前产品的物理性能：

1)、延伸率：11.0％

2)、抗拉强度(平均值)：445.7MPa

3)、屈服强度(平均值)：250.6MPa

4)、HV₃₀平均值130

5)、晶粒度≤60μm

优点：导电性能好，是替代铸钢材料后的新一代产品。

缺点：抗应力腐蚀能力较差，为致命缺陷，成品在掰断口检查时有明显裂纹。

现在产品的物理性能

1)、延伸率：16.1％

2)、抗拉强度(平均值)：445.7MPa

3)、屈服强度(平均值)：250.6MPa

4)、HV₃₀平均值120

5)、晶粒度≤40μm

优点：导电性能好，硬度值降低，晶粒度减小是替代传统铜合金材料后的新一代产品。

具体实施方式

实施例1

选用1号电解铜1000公斤，1号电解镍板20公斤，硅6公斤，稀土合金0.8公斤，将1号电解铜和1号电解镍板投入到1吨中频电炉熔炼，电炉功率500千瓦，当两种金属形成液态金属后添加硅、稀土合金，这是熔炼温度1340℃，均匀化搅拌，检测化学成份；镍、硅含量；检测完成后，将经过熔炼的金属熔融液放入半自动连续振动铸造机铸造，铸造温度：1280℃，铸造速度：4.6m/h，铸造水压：开始为0.2kg/cm²，正常时0.3kg/cm²～0.8kg/cm²，最后所得铸锭规格为Ф145×L(mm)，将铸造好的铸锭上用干燥烟灰作为覆盖剂；上述铸锭由350mm带式锯床锯切成规格为Ф145×L mm半成品铜铸锭，然后送入500千瓦中频加热炉，加热温度850℃～900℃，加热后的铜铸锭用反向挤压方式挤压成规格Ф(8～52)×L mm的铜棒，所述该铜棒的制头拉伸采用15吨链式拉伸机，拉伸后的规格为Ф(6～45)×L mm，拉伸后的铜棒由七辊矫直机矫直成规格为Ф(6～43)×L成品，然后将该成品检验检测机械性能，对表面尺寸和断口检验，检验合格的进行热处理850℃或者水溶液淬火，最后包装入库采用防潮纸逐根包装。

实施例2

选用1号电解铜900公斤，1号电解镍板18公斤，硅5.4公斤，稀土合金0.8公斤，采用1吨中频电炉熔炼，功率500千瓦，加料顺序：电解铜、电解镍→形成液态金属→添加硅、稀土添加剂→升温熔炼，熔炼温度1340℃，均匀化搅拌，检测化学成份：镍、硅含量；将1号电解铜和1号电解镍板投入到1吨中频电炉熔炼，电炉功率500千瓦，当两种金属形成液态金属后添加硅、稀土合金，这是熔炼温度1340℃，均匀化搅拌，检测化学成份；镍、硅含量；检测完成后，将经过熔炼的金属熔融液放入半自动连续振动铸造机铸造，铸造温度：1280℃，铸造速度：4.6m/h，铸造水压：开始为0.2kg/cm²，正常时0.3kg/cm²～0.8kg/cm²，最后所得铸锭规格为Ф145×L(mm)，将铸造好的铸锭上用干燥烟灰作为覆盖剂；上述铸锭由350mm带式锯床锯切成规格为Ф145×L mm半成品铜铸锭，然后送入500千瓦中频加热炉，加热温度850℃～900℃，加热后的铜铸锭用反向挤压方式挤压成规格Ф(8～52)×L mm的铜棒，所述该铜棒的制头拉伸采用15吨链式拉伸机，拉伸后的规格为Ф(6～45)×L mm，拉伸后的铜棒由七辊矫直机矫直成规格为Ф(6～43)×L成品，然后将该成品检验检测机械性能，对表面尺寸和断口检验，检验合格的进行热处理850℃或者水溶液淬火，最后包装入库采用防潮纸逐根包装。

Claims (2)

1.一种铜镍硅青铜合金材料，其特征在于它是由以下物质按照重量百分比的配比组成的，

镍1.6-2.2％，硅0.4-0.8％，稀土合金0.008％，铜96.002-97.002％。

2.根据权利要求1所述的一种铜镍硅青铜合金材料的制备方法，其特征在于：改制备方法是通过以下步骤完成

一、配料

选用1号电解铜96.002-97.002％，1号电解镍镍1.6-2.2％，硅0.4-0.8％，稀土合金0.008％为原料；

二、熔炼

将步骤一中准备好的原料电解铜和电解镍放入到到1吨中频电炉熔炼中，中频电炉的功率500千瓦，中频电炉的温度为1600℃，当电解铜和电解镍形成液态金属，然后再向炉内投入添加硅、金属锰，熔炼温度为1340℃，均匀化搅拌，检测化学成份：镍、硅、锰含量；

三、铸造

将步骤二中制备合金进通过半连续铸造机进行半自动连续振动铸造，铸造温度：1280℃，铸造速度：4m～5m/h，铸造水压在开始开始阶段为0.2kg/cm²，锻造正常后为0.3kg/cm²～0.8kg/cm²，所得铸锭规格为Φ145×5000mm，将锻造好的铸锭覆盖上烟灰作为覆盖剂：

四、锯切

将步骤洒三中制备的铸锭经过350mm带式锯床锯切，锯切成规格为Φ145×260mm～460mm的铜锭备用；

五、挤压

将步骤四中制备的铜锭放入500千瓦中频加热炉加热，加热温度850℃～900℃，经过加热后的铜锭合金由铜材反向挤压机反向挤压成规格为Φ(8～52)×L mm的铜棒备用；

六、拉伸

将步骤五所制备的铜棒，用15吨链式拉伸机拉伸成规格为Φ(6～21)×6000mm～15000mm的半成品；

七、矫直

将步骤六中制备的半成品用七辊矫直机矫直成规格为Φ(6～20)×6000mm～15000mm的铜棒；

八、检验、包装入库

将步骤七制备的铜棒进行物理性能检验，检验合格的经过热处理后包装入库。