CN102766777A - 一种高强度铝黄铜铜合金及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种高强度铜合金材料，其特征在于包括以下质量百分的化学成分：Cu 61.0~65.0；Al 5.0~7.0；Mn 2.5~5.5；Fe 1.5~3.5；Pb 0.2~1.0；Ni ≤0.5；Si ≤0.5；Sn ≤0.2；其余为Zn。本发明的高强度铜合金具有良好的综合机械性能。

Description

一种高强度铝黄铜铜合金及其制备方法

技术领域

本发明涉及金属冶炼技术领域，具体的说是一种高强度铜合金及其制造方法。

背景技术

同步器齿环是汽车变速箱中变速用的一个汽车零部件，一般选用材料为耐磨性和机械性能均优异的多元复杂铜合金。

同步器行业在追求铜合金齿环材料综合性能更加优异的发展之路中，来自成本的压力越趋明显，与市场对价格的要求背道而驰；新的发展思路因此而诞生，开发成本相对低廉但具有高机械性能的铜合金材料，而不要求材料同时具有优异耐磨耗性能，再通过其他成熟的表面处理手段来显著提高耐磨性，该种方案下开发的材料成本会降低，同时满足变速过程中的同步环齿轮啮合部位耐冲击、经表面处理的齿环摩擦面耐磨的多重性能要求。

发明内容

本发明的目的在于提供一种机械性能非常优异的复杂黄铜材料；具体的说是在铜锌合金中添加适量的铝、锰、铁、镍等元素，并进行优化组合，提出合理的含量以及制造方法。

本发明的目的通过如下措施来实现：黄铜材料包括以下质量百分比的化学成分：Cu  61.0~65.0；Al  5.0~7.0；Mn  2.5~5.5；Fe1.5~3.5；Pb  0.2~1.0；Ni  ≤0.5；Si  ≤0.5；Sn  ≤0.2；其余为Zn。

优选的质量百分比的化学成分为Cu  62.0~64.0；Al  5.5~6.5；Mn4.8~5.2；Fe  1.8~2.3；Pb  0.3~0.5；Ni  0.2~0.45；Si≤0.5；Sn  ≤0.25； Zn  21.3~25.4。最佳的质量百分比的化学成分为：Cu  63.0；Al  5.8；Mn  5.0；Fe  2.0；Pb0.4；Ni  0.35；其余为Zn。

本发明高强度铜合金的有效化学成分设计依据及限定含量范围的理由如下：

Al：显著提高特殊黄铜的硬度及抗拉强度和屈服强度，提高流动性和耐蚀性，降低Zn的烧损；

Mn：提高强度和硬度的同时保留相当大的塑性，提高耐热性、耐蚀性；

Fe：细化合金组织，在不显著降低塑性的同时提高强度，与Al、Mn、Ni共存效果更佳；

Ni：细化合金组织，含量较多时扩大α相区，提高合金冲击韧性和抗拉强度；

Pb：有效改善铸造黄铜的切削加工性能，提高耐磨性；

Sn：抑制脱锌，提高合金流动性，提高强度和硬度；含量限制在0.25%以下，

Si：提高硬度和力学性能，含量需限制在0.5%以下，否则降低延伸率。

本发明材料实现的措施还有：设计并采用适合的中间合金，以便高熔点元素的顺利加入。该中间合金包括以下质量百分比的化学成分：Al  43.0%；Mn  35.2%；Fe  18.8%；Ni  3.0%。

中间合金有效化学成分设计依据及限定含量范围的理由如下：

Al：发明材料中除Cu、Zn外的主合金元素，充分利用该元素的低熔点和其熔化时大量放热的特点，作为降低中间合金熔点的组元；

Mn：高熔点元素，通过合金化降低其熔点；另Mn单质呈鳞片状，且比重低于发明的铜基合金材料，通过合金化则可避免其单质状态浮于熔汤表面而氧化；

Fe：高熔点元素，通过合金化降低其熔点；

Ni：高熔点元素，通过合金化降低其熔点；

本发明的高强度耐磨铜合金铸锭用中频电炉制造，再用1650T挤压机进行挤压加工，工艺步骤如下：

①将紫铜和中间合金加入炉中快速升温熔化；

②加入该材料的铜屑（禁止使用含水、含油屑料），根据炉中屑料熔化情况，不断补加屑料；

③新料和屑料熔化后，加入预留的紫铜或屑料降温至1000℃以下，加Zn及Pb，升温；

④全部炉料熔化完后，升温到1080℃以上，沸腾1~3分钟，加入精炼剂3~4Kg，搅拌静置，除渣，升温到1100℃以上，充分搅拌后取样。

⑤采用荧光光谱仪检测炉前样成分，成分合格方可浇注，否则调整合金成分至合格再行浇注。

⑥用立式半连铸进行红锭铸造，铸造速度为950~1140Kg/h；

⑦将铸锭切断至一定长度后在680~740℃温度下挤压到所需规格坯材。

具体实施方式

按本发明的要求将紫铜和中间合金加入炉中快速升温熔化；加入铜屑（禁止使用含水、含油屑料），根据炉中屑料熔化情况，不断补加屑料；新料和屑料熔化后，加入预留的紫铜或屑料降温至1000℃以下，加Zn及Pb，升温，全部炉料熔化完后，升温到1080℃以上，沸腾1~3分钟，加入精炼剂3~4Kg，搅拌静置，除渣，升温到1100℃以上，充分搅拌后取样。采用荧光光谱仪检测炉前样成分，成分合格方可浇注，否则调整合金成分至合格再行浇注。用立式半连铸进行红锭铸造，铸造速度为950~1140Kg/h；将铸锭切断至一定长度后在680~740℃温度下挤压到所需规格管材。

本发明材料取样进行化学成分分析，化学成分结果见表1。

表1

本发明材料取样进行力学性能试验，试验结果见表2。

表2

由性能试验数据可见，本发明材料具有非常优异的力学性能；经成熟的表面处理如贴碳或喷钼等手段后得到优异的耐磨性能，则能广泛用于机械、汽车等行业的高端产品上。

Claims (4)

1.一种高强度铜合金材料，其特征在于包括以下质量百分的化学成分： Cu  61.0~65.0；Al  5.0~7.0；Mn  2.5~5.5；Fe  1.5~3.5；Pb  0.2~1.0；Ni  ≤0.5；Si  ≤0.5；Sn  ≤0.2；其余为Zn。

2.根据权利要求1所述的高强度铜合金材料，其特征在于优选的质量百分比的化学成分为Cu  62.0~64.0；Al  5.5~6.5；Mn  4.8~5.2；Fe  1.8~2.3；Pb  0.3~0.5；Ni  0.2~0.45；Si  ≤0.5；Sn  ≤0.25； Zn  21.3~25.4。

3.根据权利要求1所述的高强度铜合金材料，其特征在于最佳的质量百分比的化学成分为：Cu  63.0；Al  5.8；Mn  5.0；Fe  2.0；Pb  0.4；Ni  0.35；其余为Zn。

4.根据权利要求1所述的高强度铜合金的生产方法，其特征在于其生产工艺流程为：

①将紫铜和中间合金加入炉中快速升温熔化；

②加入铜屑（禁止使用含水、含油屑料），根据炉中屑料熔化情况，不断补加屑料；

③新料和屑料熔化后，加入预留的紫铜或屑料降温至1000℃以下，加Zn及Pb，升温；

④全部炉料熔化完后，升温到1080℃以上，沸腾1~3分钟，加入精炼剂3~4Kg，搅拌静置，除渣，升温到1100℃以上，充分搅拌后取样；

⑤采用荧光光谱仪检测炉前样成分，成分合格方可浇注，否则调整合金成分至合格再行浇注；

⑥用立式半连铸进行红锭铸造，铸造速度为950~1140Kg/h；

⑦将铸锭切断至一定长度后在680~740℃温度下挤压到所需规格坯材。