CN102925745B - 镁、锶、钛和硼复合微合金化的锰黄铜及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
一种镁、锶、钛和硼复合微合金化的锰黄铜及其制备方法，其特征在于所述的锰黄铜主要由质量百分比为0.05～0.1%的镁（Mg）、质量百分比为0.005～0.03%的锶（Sr）、质量百分比为0.008～0.05%的钛（Ti）、质量百分比为0.002～0.0075%的硼（B）和余量的锰黄铜组成，各组份的质量百分比之和为100%。制造时可首先将锰黄铜熔化后，依次加入Al-Sr中间合金、AlTiB中间合金和纯Mg，在添加过程中必须按所列次序添加；其次，待全部熔化后，倒入浇包，静置后除渣并浇铸成锭；即可获得镁、锶、钛和硼复合微合金化的锰黄铜。与常规锰黄铜相比，本发明锶、钛和硼复合微合金化的锰黄铜组织细小，其硬度提高11.6％，在3.5%NaCl溶液中的均匀腐蚀速率降低7.6％，并且摩擦系数大幅下降。
Description
技术领域
本发明涉及一种黄铜合金及其制备方法，尤其是一种锰黄铜合金及其制备方法，具体地说是一种镁、锶、钛和硼复合微合金化的锰黄铜及其制备方法。
背景技术
与镍铝青铜、高锰铝青铜等材料相比，锰黄铜原材料价格低，铸造工艺性能好。锰黄铜是迄今仍在内河泵、阀、船舶螺旋桨等领域广泛使用的材料。近年来，由于锰黄铜的性能没有明显提高，已渐渐不能满足现代船舶高速发展的要求。
众所周知，合金化及微合金化是提高锰黄铜组织和性能的有效手段。从锰黄铜的成分（铜（Cu）52~62%，锰（Mn）0.5~4.0%，铝（Al）0.5~3.0%，锌（Zn）35~40%，铁（Fe）0.5~2.5%，镍（Ni）￡1%，余量为少量杂质元素）来看，该合金尚未进行微合金化。钛（Ti）和硼（B）元素联合加入到铜合金中，形成TiB2等高熔点物相，对铜合金凝固起到非均质形核作用，细化合金晶粒组织。镁（Mg）在锰黄铜中的固溶度极小，对Cu形成固溶体和g相等金属化合物，强化合金。锶（Sr）是一种活性元素，并且在锰黄铜中的固溶度极小，向锰黄铜中加入微量锶（Sr）不仅能对钛（Ti）、硼（B）、镁（Mg）的烧损起到保护作用，而且在合金凝固后的冷却过程中生成SrCu5、SrCu等化合物，强化合金。
到目前为止，我国尚未有一种具有自主知识产权的镁、锶、钛和硼复合微合金化的锰黄铜可供使用，这一定程度上制约了我国大型舰船螺旋桨、水泵、阀门、海水淡化设备等工业的发展。
发明内容
本发明的目的是针对现有的锰黄铜性能难以满足高性能使用要求的问题，发明一种镁、锶、钛和硼复合微合金化的锰黄铜，通过添加微量镁、锶、钛和硼元素对其进一步微合金化，以提高锰黄铜的性能，同时提供一种利用中间合金的方法进行微合金化锰黄铜的制备方法。
本发明的技术方案之一是：
一种镁、锶、钛和硼复合微合金化的锰黄铜，其特征在于它主要由质量百分比为0.05~0.1%的镁（Mg）、质量百分比为0.005~0.03%的锶（Sr）、质量百分比为0.008~0.05%的钛（Ti）、质量百分比为0.002~0.0075%的硼（B）和余量的锰黄铜组成，各组份的质量百分比之和为100%。其中，其中作为主要成份的锰黄铜的主要成份为铜（Cu）、铝（Al）、锰（Mn）、锌（Zn）、铁（Fe）和镍（Ni），锌（Zn）的质量百分比为35~40%，锰（Mn）的质量百分比为0.5~4.0%，铝（Al）的质量百分比为0.5~3.0%，铁（Fe）的质量百分比为0.5~2.5%，镍（Ni）的质量百分比为￡1.0%。
本发明的技术方案之二是：
一种镁、锶、钛和硼复合微合金化的锰黄铜的制备方法，其特征是：
首先，将锰黄铜熔化后，依次加入Al-Sr中间合金、AlTiB中间合金和纯Mg，在添加过程中必须按所列次序添加；其次，待全部熔化后，倒入浇包，静置后除渣并浇铸成锭；即可获得镁、锶、钛和硼复合微合金化的锰黄铜。
所述的Al-Sr中间合金中Sr的最佳质量百分比为9.89%，Al-Ti-B中间合金中Ti的最佳质量百分比为5.01%、B的最佳质量百分比为0.98 %。中间合金中各组成的浮动范围为：-10%～+10%,即锶（Sr）的质量百分比为8.901%～10.879%,钛（Ti）的质量百分比为4.509～5.511%、硼（B）的质量百分比为0.882%～1.078 %。
本发明的有益效果是：
（1）本发明镁、锶、钛和硼复合微合金化的锰黄铜，具有组织致密、晶粒细小、硬度高、抗腐蚀性好、摩擦系数低等特点。如本发明镁、锶、钛和硼复合微合金化的锰黄铜（以实施例一为例），其硬度（HV）为172.8HV，比常规锰黄铜（以对比例一为例）的硬度154.8 HV提高了11.6％；按国标GB 10124-88（均匀腐蚀试验方法），其在3.5% NaCl（试验温度为20℃）溶液中的均匀腐蚀速率为0.02452mm/a（以实施例一为例），比常规锰黄铜（以对比例一为例）的均匀腐蚀速率0.02654 mm/a降低了7.6％。
（2）本发明锶、钛和硼复合微合金化的锰黄铜（以实施例一为例），在高频往复摩擦磨损试验机上(频率20Hz，载荷1N，时间10min，冲程0.8~1mm，摩擦对偶件为直径4 mm的Si3N4球)的干摩擦系数为0.0249，比常规锰黄铜（以对比例一为例）的干摩擦系数0.0271降低了8.3%；在3.5%NaCl溶液中的湿摩擦系数为0.022（以实施例一为例），比原有锰黄铜（以对比例一为例）的湿摩擦系数0.0253降低了13.0%，摩擦系数大幅降低。
（3）本发明通过大量的试验获得了理想的制备方法，尤其是通过采用按次序加入各中间合金及纯金属的方法来控制各组份含量，按本发明的工艺能容易地得到符合要求的微合金化的锰黄铜材料。
（4）本发明公开了一种镁、锶、钛和硼复合微合金化的锰黄铜的制备方法，一定程度上打破了国外对高性能锰黄铜的技术封锁。
附图说明
图1是本发明实施例一的镁、锶、钛和硼复合微合金化的锰黄铜金相组织。
图2是本发明对比例一的常规锰黄铜金相组织。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的说明。
实施例一
如图1、2所示。
一种镁、锶、钛和硼复合微合金化的锰黄铜，其制备方法：
按8.4715kg配制为例。
首先，将8.4025kg 市售锰黄铜（主要成份为铜（Cu）、铝（Al）、锰（Mn）、锌（Zn）、铁（Fe）和镍（Ni），锌（Zn）的质量百分比为35~40%，锰（Mn）的质量百分比为0.5~4.0%，铝（Al）的质量百分比为0.5~3.0%，铁（Fe）的质量百分比为0.5~2.5%，镍（Ni）的质量百分比为￡1.0%，下同）熔化后，依次加入：
1、预制或直接从市场订购的Al-Sr中间合金：21.2g （89.85%Al，9.89%Sr(锶的含量可在9.89%上下浮动10%)，0.16%Fe，0.10%Si）（Sr的损失率约为40%)、
2、预制或直接从市场订购的Al-Ti-B中间合金：41.9g （93.69%Al，5.01%Ti(钛的含量可在5.01%上下浮动10%), 0.98%B(硼的含量可在0.98%上下浮动10%)，0.19%Fe，0.13%Si ) (Ti的损失率约为8%)；
3、镁（Mg）：8.4g(Mg的损失率约为20%)，
待全部熔化后，倒入浇包，静置1~5min后，除渣并浇铸成锭；即获得镁、锶、钛和硼复合微合金化的锰黄铜。
本实施例的锰黄铜经镁、锶、钛和硼复合微合金化后经光谱实际测量成分为： 37.72%Zn，1.53% Mn，1.36 % Al，0.70% Fe，0.17% Ni，0.079%Mg，0.014%Sr，0.023%Ti，0.0048%B，余量为铜和少量杂质元素。
本实施例的复合微合金化锰黄铜组织细小、致密（图1），其硬度（HV）为172.8HV，按国标GB 10124-88（均匀腐蚀试验方法），其在3.5% NaCl（试验温度为20℃）溶液中的均匀腐蚀速率为0.02452 mm/a，在高频往复摩擦磨损试验条件下，与Si3N4球对摩时的干摩擦系数为0.0249，在3.5%NaCl溶液中的湿摩擦系数为0.022。
实施例二
一种镁、锶、钛和硼复合微合金化的锰黄铜，其制备方法：
按8.4715kg配制为例。
首先，将8.4027kg 锰黄铜熔化后，依次加入15.2g Al-Sr中间合金（89.85%Al，9.89%Sr，0.16%Fe，0.10%Si）（Sr的损失率约为40%)、46.3g Al-Ti-B中间合金（93.69%Al，5.01%Ti, 0.98%B，0.19%Fe，0.13%Si ) (Ti的损失率约为8%)、10g Mg(Mg的损失率约为20%)，所述的中间合金可直接从市场上购置，也可采用常规方法自行配制；待全部熔化后，倒入浇包，静置1~5min后，除渣并浇铸成锭；即获得镁、锶、钛和硼复合微合金化的锰黄铜
本实施例的复合微合金化锰黄铜经光谱实际测量成分为： 37.07%Zn，1.42% Mn，1.52 % Al，0.73% Fe，0.32% Ni，0.094%Mg，0.01%Sr，0.025%Ti，0.0049%B，余量为铜和少量杂质元素。
本实施例的复合微合金化锰黄铜组织细小、致密,性能与实施例一相似。
实施三。
一种镁、锶、钛和硼复合微合金化的锰黄铜，其制备方法：
按8.4715kg配制为例。
首先，将8.414kg 锰黄铜（主要成份为铜（Cu）、铝（Al）、锰（Mn）、锌（Zn）、铁（Fe）和镍（Ni），锌（Zn）的质量百分比为35~40%，锰（Mn）的质量百分比为0.5~4.0%，铝（Al）的质量百分比为0.5~3.0%，铁（Fe）的质量百分比为0.5~2.5%，镍（Ni）的质量百分比为￡1.0%，下同）熔化后，依次加入：
1、预制或直接从市场订购的Al-Sr中间合金：7.13g （89.85%Al，9.89%Sr(锶的含量可在9.89%上下浮动10%)，0.16%Fe，0.10%Si）（Sr的损失率约为40%)、
2、预制或直接从市场订购的Al-Ti-B中间合金：41.9g （93.69%Al，5.01%Ti(钛的含量可在5.01%上下浮动10%), 0.98%B(硼的含量可在0.98%上下浮动10%)，0.19%Fe，0.13%Si ) (Ti的损失率约为8%)；
3、镁（Mg）：10.6g(Mg的损失率约为20%)，
待全部熔化后，倒入浇包，静置1~5min后，除渣并浇铸成锭；即获得镁、锶、钛和硼复合微合金化的锰黄铜
本实施例的锰黄铜经光谱实际测量成分为： 37.72%Zn，1.53% Mn，1.36 % Al，0.70% Fe，0.17% Ni，0.1%Mg，0.005%Sr，0.023%Ti，0.0048%B，余量为铜和少量杂质元素。
本实施例的复合微合金化锰黄铜组织细小、致密,性能与实施例一相似。
实施例四
一种镁、锶、钛和硼复合微合金化的锰黄铜，其制备方法：
按8.4715kg配制为例。
首先，将8.378kg 锰黄铜熔化后，依次加入45.6g Al-Sr中间合金（89.85%Al，9.89%Sr，0.16%Fe，0.10%Si）（Sr的损失率约为40%)、46.3g Al-Ti-B中间合金（93.69%Al，5.01%Ti, 0.98%B，0.19%Fe，0.13%Si ) (Ti的损失率约为8%)、4.8g Mg(Mg的损失率约为20%)，所述的中间合金可直接从市场上购置，也可采用常规方法自行配制；待全部熔化后，倒入浇包，静置1~5min后，除渣并浇铸成锭；即获得镁、锶、钛和硼复合微合金化的锰黄铜
本实施例的复合微合金化锰黄铜经光谱实际测量成分为： 37.07%Zn，1.42% Mn，1.52 % Al，0.73% Fe，0.32% Ni， 0.05%Mg，0.03%Sr，0.025%Ti，0.0049%B，余量为铜和少量杂质元素。
本实施例的复合微合金化锰黄铜组织细小、致密,性能与实施例一相似。
实施例五。
一种镁、锶、钛和硼复合微合金化的锰黄铜，其制备方法：
按8.4715kg配制为例。
首先，将8.353kg 锰黄铜（主要成份为铜（Cu）、铝（Al）、锰（Mn）、锌（Zn）、铁（Fe）和镍（Ni），锌（Zn）的质量百分比为35~40%，锰（Mn）的质量百分比为0.5~4.0%，铝（Al）的质量百分比为0.5~3.0%，铁（Fe）的质量百分比为0.5~2.5%，镍（Ni）的质量百分比为￡1.0%，下同）熔化后，依次加入：
1、预制或直接从市场订购的Al-Sr中间合金：21.2g （89.85%Al，9.89%Sr(锶的含量可在9.89%上下浮动10%)，0.16%Fe，0.10%Si）（Sr的损失率约为40%)、
2、预制或直接从市场订购的Al-Ti-B中间合金：92g （93.69%Al，5.01%Ti(钛的含量可在5.01%上下浮动10%), 0.98%B(硼的含量可在0.98%上下浮动10%)，0.19%Fe，0.13%Si ) (Ti的损失率约为8%)；
3、镁（Mg）：8.4g(Mg的损失率约为20%)，
待全部熔化后，倒入浇包，静置1~5min后，除渣并浇铸成锭；即获得镁、锶、钛和硼复合微合金化的锰黄铜
本实施例的复合微合金化锰黄铜经光谱实际测量成分为： 37.72%Zn，1.53% Mn，1.36 % Al，0.70% Fe，0.17% Ni，0.079%Mg，0.014%Sr，0.05%Ti，0.0075%B，余量为铜和少量杂质元素。
本实施例的复合微合金化锰黄铜组织细小、致密,性能与实施例一相似。
实施例六
一种镁、锶、钛和硼复合微合金化的锰黄铜，其制备方法：
按8.4715kg配制为例。
首先，将8.434kg 锰黄铜熔化后，依次加入15.2g Al-Sr中间合金（89.85%Al，9.89%Sr，0.16%Fe，0.10%Si）（Sr的损失率约为40%)、14.7g Al-Ti-B中间合金（93.69%Al，5.01%Ti, 0.98%B，0.19%Fe，0.13%Si ) (Ti的损失率约为8%)、10g Mg(Mg的损失率约为20%)，所述的中间合金可直接从市场上购置，也可采用常规方法自行配制；待全部熔化后，倒入浇包，静置1~5min后，除渣并浇铸成锭；即获得镁、锶、钛和硼复合微合金化的锰黄铜
本实施例的复合微合金化锰黄铜经光谱实际测量成分为： 37.07%Zn，1.42% Mn，1.52 % Al，0.73% Fe，0.32% Ni，0.094%Mg，0.01%Sr，0.008%Ti，0.002%B，余量为铜和少量杂质元素。
本实施例的复合微合金化锰黄铜组织细小、致密,性能与实施例一相似。
对比例一
一种常规锰黄铜，其制备方法：
按8.3624kg配制为例。
首先，将8.3624 kg锰黄铜熔化后，倒入浇包，静置1~5min后，除渣并浇铸成锭；即得规锰黄铜。
本对比例的常规锰黄铜经光谱实际测量成分为：38.74%Zn，1.25 %Mn，0.81% Al，0.72% Fe，0.22%Ni，余量为Cu和少量杂质元素。
本对比例的常规锰黄铜组织粗大（图2），其硬度（HV）为154.8 HV，按国标GB 10124-88（均匀腐蚀试验方法），其在3.5% NaCl（试验温度为20℃）溶液中的均匀腐蚀速率为0.02654 mm/a，在高频往复摩擦磨损试验条件下，与Si3N4球对摩时，在空气中的干摩擦系数为0.0271，在3.5%NaCl溶液中的湿摩擦系数为0.0253。
以上仅列出了几个常见镁、锶、钛和硼复合微合金化的锰黄铜的配比及制造方法，本领域的技术人员可以根据上述实施例，适当地调整各组份的配比并严格按上述步骤进行制造，即可获得理想的镁、锶、钛和硼复合微合金化的锰黄铜。
本发明未涉及部分均与现有技术相同或可采用现有技术加以实现。
Claims (3)
1.一种镁、锶、钛和硼复合微合金化的锰黄铜的制备方法，其特征在于：
首先，将锰黄铜熔化后，依次加入Al-Sr中间合金、Al-Ti-B中间合金和纯Mg，在添加过程中必须按所列次序添加；
其次，待全部熔化后，倒入浇包，静置后除渣并浇铸成锭；即可获得镁、锶、钛和硼复合微合金化的锰黄铜，所述的锰黄铜主要由质量百分比为0.05~0.1%的镁（Mg）、质量百分比为0.005~0.03%的锶（Sr）、质量百分比为0.008~0.05%的钛（Ti）、质量百分比为0.002~0.0075%的硼（B）和余量的锰黄铜组成，各组份的质量百分比之和为100%。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征是所述的Al-Sr中间合金中锶（Sr）的最佳质量百分比为9.89%，Al-Ti-B中间合金中钛（Ti）的最佳质量百分比为5.01%、硼（B）的最佳质量百分比为0.98 %。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征是所述的Al-Sr中间合金中锶（Sr）的质量百分比以及Al-Ti-B中间合金中钛（Ti）、硼（B）的质量百分比的浮动范围为-10%～+10%，即锶（Sr）的质量百分比为8.901%～10.879%,钛（Ti）的质量百分比为4.509～5.511%、硼（B）的质量百分比为0.882%～1.078 %。
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