CN103589904B - 一种高强度耐磨铜合金及其制管方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种高强度耐磨铜合金材料。其特征在于包括以下质量百分的化学成分：Cu57.0～60.0；Al1.5～2.0；Mn2.0～4.0；Fe≤0.25;Si0.6～0.9；Pb0.3～0.6；其余为Zn。本发明的高强度耐磨铜合金具有良好的综合机械性能。

Description

一种高强度耐磨铜合金及其制管方法

技术领域

本发明涉及一种合金及其制造方法，尤指一种高强度耐磨铜合金及其制管方法。

背景技术

多元复杂铜合金材料具有优异的综合性能，广泛用于机械、汽车等行业。随着这些行业对材料性能要求的不断提高，开发出具有良好的综合机械性能，如较高的抗拉强度，屈服强度，良好的塑性，可靠硬度，尤其是在高温下具备较好性能的材料成为当务之急。目前广泛用于机械、汽车等行业的铜合金材料综合机械性能有待进一步提高。

发明内容

本发明的目的在于提供一种综合性能好，高温下性能较好的黄铜材料。具体的说是在铜锌合金中添加适量的铝、铁、锰、硅及铅，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的化学成分：Cu57.0～60.0%；Al1.5～2.0%；Mn2.0～4.0%；Fe≤0.25%;Si0.6～0.9%；Pb0.3～0.6%；余量为Zn；其它≤0.4%。

本发明高强度耐磨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：能在合金表面形成坚固的氧化膜，提高合金对气体、液体的耐腐蚀性，并提高黄铜的强度、硬度；

Mn:加入锰后可提高耐腐蚀性、热稳定性及强度；

Si：可提高合金的强度、硬度、铸造流动性，同时加入Pb可减小磨擦因数。

本发明为高强度耐磨铜合金棒材制造方法，用1.5T中频电炉进行熔炼，工艺步骤是：

①在炉底先加入200kg左右FM5908屑料,然后将60～70kg的电解铜铜板、3.5～5kg铝锭、15～30kgCu-Mn中间合金（中间合金含锰量为35%）、Si1.5～2.5kg等合金及单质加入升温熔化，同时加入木炭覆盖，温度升至1100℃，尽量缩短熔炼时间，减少金属液吸气；

②当炉中Cu完全熔化后，然后继续加入FM5908屑料，确保完全熔化后，然后加入剩余的70～90kg电解铜铜板降温至1000℃左右，再将Pb0.7～1.5kg、Zn80～95kg全部加入，确保Zn完全熔化后,加冰晶石精炼，搅拌，除渣，静置5～10分钟；

③温度调整至1050℃～1120℃后，进行立式半连续铸造；

④将铸锭切断至一定长度后挤压到所需的棒材尺寸；

⑤再根据产品尺寸设计拉伸工艺，并进行去应力退火，满足材料性能要求。

本发明一种高强度耐磨铜合金及其制造方法的优点是：

①通过对FM5908黄铜材料的化学成分控制保证铸态组织为α+β+强化相+Pb相，具备较好的强度和硬度，同时具备较好的热态塑性变形能力，通过控制熔炼工艺减少铸锭的夹杂，加入锰后可提高耐腐蚀性、热稳定性及强度；加入硅可提高合金的强度、硬度、铸造流动性，同时锰和硅在铜基体中形成锰硅系金属间化合物作为铜基体中的强化相出现提高了材料的耐磨性能；加入Pb提高材料的切削性能；

②通过使用挤压工艺改变FM5908黄铜材料的铸态组织，可以由铸态的0～2级（粗大晶粒）变为挤压态的4～5级（较细小晶粒），对其铸态晶粒进行破碎得到细小晶粒从而提高其抗拉强度、硬度以及延伸率；

③通过使用拉伸工艺使得FM5908黄铜材料棒材发生冷态塑性变形，使得该材料的强度、硬度得到进一步提高，并且棒材外径尺寸更为精确，降低后续的精加工加工余量；

④通过退火工艺使得FM5908黄铜棒材塑性变形后的残余应力，避免开裂以及产生应力腐蚀。

具体实施方式

实施例一

一种高强度耐磨复杂铜合金材料，其组分重量百分比如下：

①先在炉底加入200kgFM5908黄铜屑料，再加入电解铜铜板60kg、铝锭4.8kg、Cu-Mn中间合金28kg（含锰量35%，剩余为含铜量）、Si1.6kg，升温熔化，同时加入0.7～0.8kg的P-Cu中间合金（含磷量10～12%，剩余为含铜量）进行脱氧，加木炭覆盖，熔化温度升至1100℃以上，尽量缩短熔炼时间，减少合金吸气；

②检查炉中料完全熔化后除渣，加入0.4～0.5kgP-Cu合金（磷铜合金）进行脱氧，每隔20～30分钟加入200～250kg的FM5908黄铜屑料，确保完全熔化后，保温5-10分钟，保温结束后，加入剩下的电解铜铜板80kg降温，再加入剩余的0.7～0.8kgP-Cu中间合金和91kg锌锭熔化后升温沸腾2-3分钟，加冰晶石，除渣；

③温度调整至1090℃～1130℃后，进行立式半连续铸造；

④将铸锭切断至一定长度后使用1650T或2500T挤压机挤压到所需的棒材尺寸。

⑤再根据产品尺寸设计拉伸工艺，并进行去应力退火，满足材料性能要求。

实施例二

一种高强度耐磨复杂铜合金材料，其组分重量百分比如下：

①先在炉底加入200kgFM5908黄铜屑料，再加入电解铜铜板60kg、铝锭4.1kg、Cu-Mn中间合金21kg（含锰量35%，剩余为含铜量）、Si1.8kg，升温熔化，同时加入0.7～0.8kg的P-Cu中间合金（含磷量10～12%，剩余为含铜量）进行脱氧，加木炭覆盖，熔化温度升至1100℃以上，尽量缩短熔炼时间，减少合金吸气；

②检查炉中料完全熔化后除渣，加入0.4～0.5kgP-Cu合金（磷铜合金）进行脱氧，每隔20～30分钟加入200～250kg的FM5908黄铜屑料，确保完全熔化后，保温5-10分钟，保温结束后，加入剩下的电解铜铜板85kg降温，再加入剩余的0.7～0.8kgP-Cu中间合金和92kg锌锭熔化后升温沸腾2-3分钟，加冰晶石，除渣；

③温度调整至1090℃～1130℃后，进行立式半连续铸造；

④将铸锭切断至一定长度后使用1650T或2500T挤压机挤压到所需的棒材尺寸。

⑤再根据产品尺寸设计拉伸工艺，并进行去应力退火，满足材料性能要求。

实施例三

一种高强度耐磨复杂铜合金材料，其组分重量百分比如下：

①先在炉底加入200kgFM5908黄铜屑料，再加入电解铜铜板60kg、铝锭3.6kg、Cu-Mn中间合金14kg（含锰量35%，剩余为含铜量）、Si2.4kg，升温熔化，同时加入0.7～0.8kg的P-Cu中间合金（含磷量10～12%，剩余为含铜量）进行脱氧，加木炭覆盖，熔化温度升至1100℃以上，尽量缩短熔炼时间，减少合金吸气；

②检查炉中料完全熔化后除渣，加入0.4～0.5kgP-Cu合金（磷铜合金）进行脱氧，每隔20～30分钟加入200～250kg的FM5908黄铜屑料，确保完全熔化后，保温5-10分钟，保温结束后，加入剩下的电解铜铜板87kg降温，再加入剩余的0.7～0.8kgP-Cu中间合金和90kg锌锭熔化后升温沸腾2-3分钟，加冰晶石，除渣；

③温度调整至1090℃～1130℃后，进行立式半连续铸造；

④将铸锭切断至一定长度后使用1650T或2500T挤压机挤压到所需的棒材尺寸。

⑤再根据产品尺寸设计拉伸工艺，并进行去应力退火，满足材料性能要求。

取样进行化学成分分析，化学成分和硬度结果见表1。

表1

本发明材料进行力学性能试验，试验结果见表2。

表2

本发明材料进行高温力学性能试验，试验结果见表2。

表3

本发明材料具有良好的力学性能，能广泛用于汽车行业的高端产品上。

Claims (1)

1.一种高强度耐磨铜合金材料的生产方法，其特征在于:

所述高强度耐磨铜合金材料包括以下质量百分的化学成分：Cu57.0～60.0；Al1.5～2.0；Mn2.0～4.0；Fe≤0.25；Si0.6～0.9；Pb0.3～0.6；其余为Zn，

其生产工艺流程为：

①先在炉底加入200kgFM5908黄铜屑料，再加入电解铜铜板60～70kg、铝锭3.5～5kg、含锰量为35％的Cu-Mn中间合金15～30kg、Si1.5～2.5kg升温熔化，同时加入木炭覆盖，温度升至1100℃，尽量缩短熔炼时间，减少金属液吸气；

②当炉中Cu完全熔化后，然后继续加入FM5908屑料，确保完全熔化后，然后加入剩余的70～90kg电解铜铜板降温至1000℃，再将Pb0.7～1.5kg、Zn80～95kg全部加入，确保Zn完全熔化后,加冰晶石精炼，搅拌，除渣，静置5～10分钟；

③温度调整至1050℃～1120℃后，进行立式半连续铸造；

④将铸锭切断至一定长度后使用1650T或2500T挤压机挤压到所需的棒材尺寸；

⑤再根据产品尺寸设计拉伸工艺，并进行去应力退火，满足材料性能要求。