CN109967672A - 一种CuAl10Fe5Ni5铜合金的锻造方法 - Google Patents

一种CuAl10Fe5Ni5铜合金的锻造方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种CuAl10Fe5Ni5铜合金的锻造方法，将CuAl10Fe5Ni5铜合金锭放入加热炉中，升温速度≤150℃/小时，升温到始锻温度900～960℃进行保温，保温时间按0.8～1分钟/毫米计算，保温时间达到要求后，将铜锭吊出加热炉锻造；锻造过程中，当CuAl10Fe5Ni5铜合金锭表面温度>850℃，800～850℃，750～800℃时，锻造设备的上下砧的双边压下量为<10mm，10～30mm,<10mm；表面温度<750℃时停止锻造；此时如铜合金锻件的尺寸未达到最终尺寸要求，重复上述步骤进行下一火次锻造，直至达到最终产品尺寸要求。采用本发明，锻造过程中不易产生裂纹，锻造塑性好。

Description

一种CuAl10Fe5Ni5铜合金的锻造方法
技术领域
本发明涉及一种锻造方法，具体涉及一种CuAl10Fe5Ni5铜合金的锻造方法。
背景技术
铜合金具有较高的强度、韧性、耐磨性以及良好的导电、导热性能，特别是在空气中耐腐蚀。因此，在电力、仪表、船舶等工业中得到了广泛的应用。一些要求强度高、耐热、耐压又耐蚀的轴类、凸缘类和阀体类零件都用铜合金锻件来制造。
目前对于CuAl10Fe5Ni5铜合金的锻造，始锻温度为850℃，终锻温度为700℃，加热保温时间按0.7分钟/毫米计算。按此种方法会出现以下问题：
1、终锻温度较低，锻造温度区间窄，仅有150℃，导致每火次可锻时间短；
2、CuAl10Fe5Ni5铜合金的中温脆性区为200～700℃，700℃刚好是铜合金的中温脆性区，而该终锻温度为700℃，故极容易落入CuAl10Fe5Ni5铜合金的中温脆性区间，在锻造过程中容易产生裂纹。
发明内容
本发明的目的旨在提供一种在锻造过程中不易产生裂纹，锻造塑性良好，能满足NB/T47013.5-2015着色探伤要求的CuAl10Fe5Ni5铜合金的锻造方法。
本发明目的的实现方式为，一种CuAl10Fe5Ni5铜合金的锻造方法，
CuAl10Fe5Ni5铜合金锭的化学成分W％为：Sn≤0.20，Pb≤0.10，Zn≤0.5，Fe:3.57～5.5，Ni:3.5～6.5，Al:8.0～11.0，Mn≤3.0，Si≤0.10，Cu:余量；
Cu+Fe+Ni+Al+Mn>99.2，锻造的步骤如下：
1)将冷、热CuAl10Fe5Ni5铜合金锭放入加热炉中，加热炉按升温速度≤150℃/小时，升温到始锻温度900～960℃进行保温，保温时间按0.8～1min/mm计算；
所述冷CuAl10Fe5Ni5铜合金锭是指铜合金锭表面温度低于500℃的铜合金锭，装炉时，加热炉温度≤700℃；
所述热CuAl10Fe5Ni5铜合金锭是指铜合金锭表面温度高于500℃的铜合金锭，装炉时，加热炉温度不限；
2)将经步骤1)保温的CuAl10Fe5Ni5铜合金锭从加热炉内吊出，放入锻造设备的上下砧之间进行锻造，锻造过程中，
当CuAl10Fe5Ni5铜合金表面温度>850℃时，锻造设备的上下砧双边压下量<10mm；
当CuAl10Fe5Ni5铜合金表面温度为800～850℃时，锻造设备的上下砧双边压下量10～30mm；
当CuAl10Fe5Ni5铜合金表面温度750～800℃时，锻造设备的上下砧双边压下量<10mm；
当CuAl10Fe5Ni5铜合金表面温度<750℃，则停止锻造；
步骤1)和步骤2)即完成一个锻造火次；
3)经过步骤1)和步骤2)一个锻造火次锻造后，检查铜合金锻件尺寸，
①达到铜合金锻件最终尺寸要求时，则停止锻造，得到铜合金锻件产品；
②未达到铜合金锻件最终尺寸要求时，则重复步骤1)和步骤2)，进行下一火次锻造；直至达到铜合金锻件最终尺寸，停止锻造，得到铜合金锻件产品。
本发明有以下优点：
1、始锻温度900～960℃，终锻温度750℃，将终锻温度提高至750℃，可以有效防止因锻造温度落入200～700℃的脆性区，而在锻造过程中产生裂纹；
2、通过所确定的合理加热温度及保温时间，使铜合金锭获得良好的塑性，出炉用锻造设备(例如：水压机、锻锤等)的上下砧进行锻造，在表面温度不同时，控制不同的双边压下量，以利于锻造成形，防止锻造裂纹的产生；
3、在加热炉中保温时间按0.8～1min/mm计算，延长了加热保温时间，使铜合金锭在经过上述温度充分保温后，锻造性能良好，使产品成形效果良好。
采用本发明的锻造方法，产品锻造性能良好，产品质量满足了NB/T47013.5-2015着色探伤要求，产品尺寸达到了设计要求。
具体实施方式
本发明将冷、热CuAl10Fe5Ni5铜合金锭放入加热炉中，所述冷CuAl10Fe5Ni5铜合金锭是指铜合金锭表面温度低于500℃的铜合金锭，装炉时，加热炉温度≤700℃。
所述热CuAl10Fe5Ni5铜合金锭是指铜合金锭表面温度高于500℃的铜合金锭，装炉时，加热炉温度不限。
装炉后，进行加热，升温速度≤150℃/小时，保温时间按0.8～1min/mm计算；保温时间达到要求后，将铜合金锭从加热炉中吊出，放在锻造设备的上下砧之间进行锻造；锻造过程中，当CuAl10Fe5Ni5铜合金锭表面温度>850℃，800～850℃，750～800℃时，锻造设备的上下砧双边压下量为<10mm，10～30mm,<10mm；当表面温度<750℃时则停止锻造，完成第一火次锻造。第一火次锻造完成后，当铜合金锻件尺寸未达到最终产品尺寸要求时，则需重复上述步骤，再次将铜合金锻件装入加热炉进行加热，进行下一火次锻造，直至达到最终尺寸要求后，停止锻造，得到铜合金锻件产品。
本发明所选用的加热炉为煤气加热炉，亦可采取其它加热炉进行加热。
由于铜合金锭在加热时会使加热炉内有残余的铜元素，而铜元素会对今后该加热炉加热的钢类锻件产生破坏作用，因此加热时，需单独使用一台加热炉进行加热，并在加热炉底垫上薄钢板，将CuAl10Fe5Ni5铜合金锭放在薄钢板上进行加热。锻后将薄钢板取出，并在炉底撒些食盐烧一下，以清除残留在炉内的铜元素，以利于此加热炉以后生产钢类锻件。
加热炉加热时，调小煤气量和送风量，尽量采用“文火”的方式加热，调整好CuAl10Fe5Ni5铜合金锭在炉内的位置，避免火焰直接接触CuAl10Fe5Ni5铜合金锭，而引起局部过烧。
因本发明始锻温度900～960℃，优选为950±10℃，终锻温度≥750℃，因此CuAl10Fe5Ni5铜合金锻件每火次出炉锻造，从始锻温度锻造至终锻温度之间的时间都很短，为减少锻造过程中的热损失，在出炉用锻造设备的上下砧锻造前，需对锻造设备的上下砧提前预热，以利于锻件更好地成形。锻造过程中，需经常翻动坯料，并反复掉头锻造，使各个部分变形时温度相近，避免在同一方向连续重击。
由于铜合金的导热性能很好，因此CuAl10Fe5Ni5铜合金锭在冷料装炉加热时，要求炉温≤700℃装炉即可，在热料装炉时，装炉温度不限。由于所需成形产品最终厚度较薄，为防止降温速度过快，而落入中温脆性区产生裂纹，本发明将锻造时的终锻温度提高至750℃以上，以避开CuAl10Fe5Ni5铜合金锭的中温脆性区，以避免在锻造过程中产生裂纹。
下面用具体实施例详述本发明。
实施例1两支CuAl10Fe5Ni5铜合金锭的化学成分W％为：Sn:0.01，Pb:0.03，Zn:0.34、Fe:4.84、Ni:4.53、Al:11.0、Mn:3.0、Si:0.10、Cu:76.15。
Cu+Fe+Ni+Al+Mn＝99.52>99.2。
锻造的步骤如下：
1)将CuAl10Fe5Ni5铜合金锭放入加热炉中，装炉温度<700℃，点炉加热，升温速度≤150℃/小时，加热到始锻温度910℃±10℃进行保温，保温时间按1min/mm计算，保温9小时；
2)将经步骤1)保温后的CuAl10Fe5Ni5铜合金锭从加热炉内吊出，放入锻造设备的上下砧之间进行锻造；锻造过程中，锻造过程中，用测温仪测量铜合金锻件表面温度，
当CuAl10Fe5Ni5铜合金锻件表面温度>850℃时，锻造设备的上下砧双边压下量<10mm；
当CuAl10Fe5Ni5铜合金锻件表面温度为800～850℃时，锻造设备的上下砧双边压下量10～30mm；
当CuAl10Fe5Ni5铜合金锻件表面温度750～800℃时，锻造设备的上下砧双边压下量<10mm；
当铜合金锻件表面温度<750℃时停止锻造，完成第一火次锻造。
检查铜合金锻件尺寸，铜合金锻件的尺寸未达到最终产品尺寸要求，重复步骤1)和步骤2)，共重复了两次，得到铜合金锻件产品。
本实施例锻造火次为三火，经记录每锻造火次出炉锻造时间约17分钟。
实施例2、两件铜合金锭为同炉冶炼，同实施例1，不同的是，两支铜合金锭均为锭表面温度在500℃的热料。
两支CuAl10Fe5Ni5铜合金锭的化学成分W％为：Sn:0.06，Pb:0.10，Zn:0.50、Fe:5.50、Ni:6.50、Al:8.00、Mn:1.3、Si:0.04、Cu:78.0。
Cu+Fe+Ni+Al+Mn＝99.30>99.2。
锻造的步骤如下：
1)将CuAl10Fe5Ni5铜合金锭放入加热炉中，加热炉温度不限，保温时间按0.8min/mm计算，保温7小时；
共重复步骤1)和步骤2)三次，实际锻造火次为四火，经记录每锻造火次出炉锻造时间约15分钟。
实施例3、两支铜合金锭为同炉冶炼，同实施例1，不同的是，两支铜合金锭均为表面温度大于500℃的热料。
两支CuAl10Fe5Ni5铜合金锭的化学成分W％为：Sn:0.14，Pb:0.06，Zn:0.01、Fe:4.2、Ni:5.50、Al:9.05、Mn:0.1、Si:0.07、Cu:80.87。
Cu+Fe+Ni+Al+Mn＝99.30>99.2。
锻造的步骤如下：
1)将CuAl10Fe5Ni5铜合金锭放入加热炉中，加热到始锻温度950℃±10℃进行保温；
共重复步骤1)和步骤2)一次，实际锻造火次为二火，经记录每锻造火次出炉锻造时间约20分钟。
实施例4、两件铜合金为同炉冶炼，同实施例1，不同的是，两支铜合金锭均为表面温度大于500℃的热料。
两支CuAl10Fe5Ni5铜合金锭的化学成分W％为：Sn:0.20，Pb:0.01，Zn:0.17、Fe:3.57、Ni:3.5、Al:9.98、Mn:2.1、Si:0.01、Cu:80.46。
Cu+Fe+Ni+Al+Mn＝99.61>99.2。
锻造的步骤如下：
1)将CuAl10Fe5Ni5铜合金锭放入加热炉中，装炉温度不限，加热到始锻温度950℃±10℃进行保温，保温时间按0.8min/mm计算，保温7小时，升温速度同
实施例1；
共重复步骤1)和步骤2)二次，实际锻造火次为三火，经记录每锻造火次出炉锻造时间约17分钟。
上述各实施例所用铜合金锭尺寸均相同，最终所得铜合金锻件产品成形尺寸也相同。经不同的始锻温度及保温时间进行锻造后，均全部锻造成形，产品尺寸均达到了要求，且锻造过程中未出现裂纹，所得的CuAl10Fe5Ni5铜合金锻件都满足了NB/T47013.5-2015着色探伤要求。通过锻造生产过程的现场的数据跟踪，由于始锻温度的不同，以及保温时间长短不同，导致各实施例实际生产每火出炉锻造时间不同，所需成形锻造火次不同。实施例中，以实施例3中铜合金锻件产品锻造塑性最好，最有利于成形，因其生产所用火次最少，每火次出炉可锻造时间最长。

Claims (5)

1.一种CuAl10Fe5Ni5铜合金的锻造方法，其特征在于：CuAl10Fe5Ni5铜合金锭的化学成分W％为：Sn≤0.20，Pb≤0.10，Zn≤0.5，Fe:3.57～5.5，Ni:3.5～6.5，Al:8.0～11.0，Mn≤3.0，Si≤0.10，Cu:余量；Cu+Fe+Ni+Al+Mn>99.2，锻造的步骤如下：
1)将冷、热CuAl10Fe5Ni5铜合金锭放入加热炉中，加热炉升温速度≤150℃/小时，升温到始锻温度900～960℃进行保温，保温时间按0.8～1min/mm计算；
所述冷CuAl10Fe5Ni5铜合金锭是指铜合金锭表面温度低于500℃的铜合金锭，装炉时，加热炉温度≤700℃；
所述热CuAl10Fe5Ni5铜合金锭是指铜合金锭表面温度高于500℃的铜合金锭，装炉时，加热炉温度不限；
2)将经步骤1)保温的CuAl10Fe5Ni5铜合金锭从加热炉内吊出，放入锻造设备的上下砧之间进行锻造，锻造过程中，
当CuAl10Fe5Ni5铜合金表面温度>850℃时，锻造设备的上下砧双边压下量<10mm；
当CuAl10Fe5Ni5铜合金表面温度为800～850℃时，锻造设备的上下砧双边压下量10～30mm；
当CuAl10Fe5Ni5铜合金表面温度750～800℃时，锻造设备的上下砧双边压下量<10mm；
当CuAl10Fe5Ni5铜合金表面温度<750℃，则停止锻造；
步骤1)和步骤2)即完成一个锻造火次；
3)经过步骤1)和步骤2)一个锻造火次锻造后，检查铜合金锻件尺寸，
①达到铜合金锻件最终尺寸要求时，则停止锻造，得到铜合金锻件产品；
②未达到铜合金锻件最终尺寸要求时，则重复步骤1)和步骤2)，进行下一火次锻造；直至达到铜合金锻件最终尺寸，停止锻造，得到铜合金锻件产品。
2.根据权利要求1所述的一种CuAl10Fe5Ni5铜合金的锻造方法，其特征在于：步骤1)中将炉内温度加热到始锻温度950℃±10℃进行保温。
3.根据权利要求1所述的一种CuAl10Fe5Ni5铜合金的锻造方法，其特征在于：加热炉采用煤气炉。
4.根据权利要求1所述的一种CuAl10Fe5Ni5铜合金的锻造方法，其特征在于：加热时，单独使用一台加热炉进行加热，加热炉底垫上薄钢板，将CuAl10Fe5Ni5铜合金锭放在薄钢板上进行加热。
5.根据权利要求1所述的一种CuAl10Fe5Ni5铜合金的锻造方法，其特征在于：出炉在锻造设备的上下砧之间锻造前，对锻造设备的上下砧提前预热，锻造过程中，需经常翻动坯料，并反复掉头锻造。
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