CN103436730B - 一种高强度耐磨复杂铜合金及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
一种高强度耐磨复杂铜合金材料及其制备方法，其组分重量百分比如下：Cu63～66；Al4.5～6.0；Mn7.0～8.5；Si1.0～2.0；Fe0.5～1.5；Pb0.3～0.8；Ni＜0.5；Sn＜0.5；Zn余量。其优点是：该材料具有良好的综合机械性能，加工的齿环磨耗性能优异，材料制作成本相对较低；金属Al增强材料基体的强度；金属Mn、Si形成高硬度耐磨的Mn5Si3强化相，提高耐磨性能；金属Pb有效改善铸造黄铜的切削加工性能，提高耐磨性；四元中间合金通过合金化，合金熔点低于其中高熔点元素熔点，提高熔化效率。
Description
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耐磨复杂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，一般情况下材料为铜合金。但目前使用的多元复杂铜合金材料要么耐磨性较好，要么机械性能较优，或者耐磨性能和机械性能都比较优异但材料和制造成本比较高，缺乏一种综合性能都比较好而且成本较低材料。
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。迫切需要开发出一种成本相对低廉但同时具有优异机械性能和耐磨耗性能的铜合金材料，满足变速过程中的同步环齿轮啮合部位耐冲击、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优异，同时磨耗性能也比较优良，材料成本相对较低的复杂黄铜材料及制造方法。
一种高强度耐磨复杂铜合金材料，其组分重量百分比如下：
Cu 63.0～66.0
Al 4.5～6.0
Mn 7.0～8.5
Si 1.0～2.0
Fe 0.5～1.5
Pb 0.3～0.8
Ni ＜0.5
Sn ＜0.5
Zn 余量。
本高强度耐磨铜合金机械性能的抗拉强度为700MPa，延伸率为8%。
本高强度耐磨铜合金的单体磨耗性能可以控制在0.3mm以内。
一种高强度耐磨复杂铜合金材料的制备方法，其步骤如下：
① 分别准备Cu、Zn、Pb及制备四元中间合金备用；
② 将炉膛清理干净，先加入200kg左右FM6405屑料及冰晶石进行熔化，再加入四元中间合金40～50kg、电解铜铜板70～100kg，升温熔炼，继续加入成型FM6405回炉料；
③ 上述材料熔化后，加冰晶石除渣一次；
④ 每20～30分钟加入200～300kg FM6405屑料，每次加屑料时加入冰晶石及成型FM6405回炉料，升温熔炼，沸腾2分钟左右；
⑤ 捞净浮渣后加木炭覆盖，加入电解铜铜板70～100kg，然后加入Zn30～60kg、加入Pb不多2.4kg，继续升温熔化；
⑥ 材料全部熔化完后，升温沸腾2～3分钟，加入冰晶石，静置5～10分钟，除渣，除渣后加木炭覆盖；
⑦ 升温到1130℃以上，静置5～10分钟，取样，调整成分，直至各元素在材料规定的管理幅范围内，成分合格；
⑧ 调整温度至1130～1180℃，进行半连续铸造生产出铸锭；
⑨ 将步骤⑧所得铸锭切断至一定长度挤压锭，热挤压到所需规格管材。
所述四元中间合金，其组份重量百分比如下：
Al 32.0%～36.0%
Mn 48.0%～53.0%
Si 8.0%～11.0%
Fe 5.0%～7.0%
所述四元中间合金的制备方法，其步骤如下：
1) 先放1/4～1/3的铝（Al）到炉内，周围放铁（Fe）块或边角余料。
2) 升温熔化，待铝（Al）、铁（Fe）全部熔化后，放入剩余1/2的铝（Al）锭，周围放硅（Si），升温熔化；
3) 硅（Si）熔化后，升温，待溶液颜色变浅后，加入金属锰（Mn），边加Mn边加入助熔剂；
4) 当锰（Mn）熔化后加入剩余铝（Al）锭进行熔化；
5) 待全部熔化后，保温15～25min，保温温度保持在1200～1350℃之间，保证高熔点金属能全部熔化；然后静置，搅拌除渣；
6) 准备浇注及浇注中间合金锭。
所述步骤⑶中的助熔剂加入比例为每次加锰（Mn）的1%。
本发明一种高强度耐磨复杂铜合金材料及其制备方法的优点是：该材料具有良好的综合机械性能，加工的齿环磨耗性能优异，材料制作成本相对较低；金属Al增强材料基体的强度；金属Mn、Si形成高硬度耐磨的Mn5Si3强化相，提高耐磨性能；金属Pb有效改善铸造黄铜的切削加工性能，提高耐磨性；四元中间合金通过合金化降低其中高熔点元素熔点提高熔化效率。
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：
Cu 63%
Pb 0.3%
四元中间合金 15.5%
Zn 21.2%。
所述四元中间合金，其组份重量百分比如下：
Al 32.0%
Mn 53.0%
Si 8.0%
Fe 7.0%
所述四元中间合金的制备方法，其步骤如下：
1) 先放大约35Kg的铝（Al）到炉内，周围放铁（Fe）块或边角余料28Kg。
2) 升温熔化，待铝（Al）、铁（Fe）全部熔化后，放入大约46Kg的铝（Al）锭，周围放硅（Si）（32Kg分3次加入），升温熔化；
3) 硅（Si）熔化后，升温，待溶液颜色变浅后，加入金属锰（Mn），212Kg锰大约分4次加入，每次同时加入0.55Kg助熔剂；
4) 当锰（Mn）熔化后加入剩余47Kg铝（Al）锭进行熔化；
5) 待全部熔化后，保温15～25min，保温温度保持在1200～1350℃之间，保证高熔点金属能全部熔化；然后静置，搅拌除渣；
6) 准备浇注及浇注中间合金锭。
一种高强度耐磨复杂铜合金材料的制备方法，其步骤如下：
① 分别准备Cu、Zn、Pb及制备四元中间合金备用；
② 将炉膛清理干净，先加入约200Kg屑料及助熔剂熔化，再加入四元中间合金、Cu等，升温熔炼，继续加入成型回炉料；
③ 上述材料熔化后，加精炼剂除渣一次；
④ 继续加剩余的屑料（每加100Kg屑料加0.5Kg助熔剂）及成型回炉料（预留100Kg左右降温），升温熔炼，沸腾2分钟左右；
⑤ 捞净浮渣后加木炭覆盖，加降温料，然后加入Zn、Pb等材料，继续升温熔化；
⑥ 材料全部熔化完后，升温沸腾2～3分钟，加入精炼剂搅拌，静置8分钟左右之后除渣，除渣后加木炭覆盖；
⑦ 升温到1130℃以上，静置5分钟左右，取样，调整成分，直至各元素在材料规定的管理幅范围内，成分合格；
⑧ 调整温度至1130～1180℃，半连续铸造生产铸锭；
⑨ 将步骤⑧所得铸锭切断至一定长度挤压锭，热挤压生产所需规格管材。
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：
Cu 66%
Pb 0.8%
四元中间合金 15.5%
Zn 17.7%。
所述四元中间合金，其组份重量百分比如下：
Al 36.0%
Mn 48.0%
Si 11.0%
Fe 5.0%
所述四元中间合金的制备方法，其步骤如下：
1) 先放大约44Kg的铝（Al）到炉内，周围放铁（Fe）块或边角余料20Kg。
2) 升温熔化，待铝（Al）、铁（Fe）全部熔化后，放入大约50Kg的铝（Al）锭，周围放硅（Si）（44Kg分4次加入），升温熔化；
3) 硅（Si）熔化后，升温，待溶液颜色变浅后，加入金属锰（Mn），192Kg锰大约分四次加入，每次同时加入0.5Kg助熔剂；
4) 当锰（Mn）熔化后加入剩余50Kg铝（Al）锭进行熔化；
5) 待全部熔化后，保温15～25min，保温温度保持在1200～1350℃之间，保证高熔点金属能全部熔化；然后静置，搅拌除渣；
6) 准备浇注及浇注中间合金锭。
一种高强度耐磨复杂铜合金材料的制备方法，其步骤如下：
① 分别准备Cu、Zn、Pb及制备四元中间合金备用；
② 将炉膛清理干净，先加入约200Kg屑料及1Kg冰晶石熔化，再加入四元中间合金、Cu等，升温熔炼，继续加入成型回炉料；
③ 上述材料熔化后，加精炼剂除渣一次；
④ 继续加剩余的屑料（每加100Kg屑料加0.5Kg冰晶石）及成型回炉料（预留100Kg左右降温），升温熔炼，沸腾2分钟左右；
⑤ 捞净浮渣后加木炭覆盖，加降温料，然后加入Zn、Pb等材料，继续升温熔化；
⑥ 材料全部熔化完后，升温沸腾2～3分钟，加入2～3Kg冰晶石搅拌，静置8分钟左右，除渣，除渣后加木炭覆盖；
⑦ 升温到1130℃以上，静置5分钟左右，取样，调整成分，直至各元素在材料规定的管理幅范围内，成分合格；
⑧ 调整温度至1130～1180℃，半连续铸造生产铸锭；
⑨ 将步骤⑧所得铸锭切断至一定长度挤压锭，热挤压生产所需规格管材。
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：
Cu 65%
Pb 0.5%
四元中间合金 15.5%
Zn 19%。
所述四元中间合金，其组份重量百分比如下：
Al 34.0%
Mn 51.0%
Si 9%
Fe 6%
所述四元中间合金的制备方法，其步骤如下：
1) 先放大约40Kg的铝（Al）到炉内，周围放铁（Fe）块或边角余料24Kg。
2) 升温熔化，待铝（Al）、铁（Fe）全部熔化后，放入大约47Kg的铝（Al）锭，周围放硅（Si）（36Kg分4次加入），升温熔化；
3) 硅（Si）熔化后，升温，待溶液颜色变浅后，加入金属锰（Mn），204Kg锰大约分4次加入，每次同时加入助熔剂；
4) 当锰（Mn）熔化后加入剩余47Kg铝（Al）锭进行熔化；
5) 待全部熔化后，保温15～25min，保温温度保持在1200～1350℃之间，保证高熔点金属能全部熔化；然后静置，搅拌除渣；
6) 准备浇注及浇注中间合金锭。
一种高强度耐磨复杂铜合金材料的制备方法，其步骤如下：
① 分别准备Cu、Zn、Pb及制备四元中间合金备用；
② 将炉膛清理干净，先加入约200Kg屑料及助熔剂石熔化，再加入四元中间合金、Cu等，升温熔炼，继续加入成型回炉料；
③ 上述材料熔化后，加冰晶石除渣一次；
④ 继续加剩余的屑料（每加100Kg屑料加0.5Kg冰晶石）及成型回炉料（预留100Kg左右降温），升温熔炼，沸腾2分钟左右；
⑤ 捞净浮渣后加木炭覆盖，加降温料，然后加入Zn、Pb等材料，继续升温熔化；
⑥ 材料全部熔化完后，升温沸腾2～3分钟，加入冰晶石搅拌，静置8分钟左右之后除渣，除渣后加木炭覆盖；
⑦ 升温到1130℃以上，静置5分钟左右，取样，调整成分，直至各元素在材料规定的管理幅范围内，成分合格；
⑧ 调整温度至1130～1180℃，半连续铸造生产铸锭；
⑨ 将步骤⑧所得铸锭切断至一定长度挤压锭，热挤压生产所需规格管材。
本发明不限于以上实施例，可以根据温度、组分的不同实现多个不同实施例。
Claims (2)
1.一种高强度耐磨复杂铜合金材料，其组分重量百分比如下：
Cu 63～66；Al 4.5～6.0；Mn 7.0～8.5；Si 1.0～2.0；Fe 0.5～1.5；Pb 0.3～0.8；Zn 余量；
所述高强度耐磨铜合金机械性能的抗拉强度为700MPa，延伸率为8％，磨耗性能可以稳定的控制在0.3mm以内；
所述高强度耐磨复杂铜合金材料的制备步骤如下：
分别准备Cu、Zn、Pb及制备四元中间合金备用；
将炉膛清理干净，先加入部分屑料及助熔剂熔化，再加入四元中间合金、Cu，升温熔炼，继续加入成型回炉料；
上述材料熔化后，加冰晶石除渣一次；
继续加剩余的屑料，每次加屑料时加助熔剂及成型回炉料，预留100kg降温，升温熔炼，沸腾2分钟；
捞净浮渣后加木炭覆盖，加降温料，然后加入Zn、Pb材料，继续升温熔化；
材料全部熔化完后，升温沸腾2～3分钟，加入精炼剂搅拌，静置，除渣，除渣后加木炭覆盖；升温到1130℃以上，静置，取样，调整成分，直至各元素在材料规定的管理幅范围内，成分合格；
调整温度至1130～1180℃，半连续铸造生产铸锭；
将所得铸锭切断至一定长度挤压锭，热挤压生产所需规格管材；
所述四元中间合金，其组份重量百分比如下：
所述四元中间合金的制备方法，其步骤如下：
1)先放1/4～1/3的铝(Al)到炉内，周围放铁(Fe)块或边角余料；
2)升温熔化，待铝(Al)、铁(Fe)全部熔化后，放入剩余1/2的铝(Al)锭，周围放硅(Si)，升温熔化；
3)硅(Si)熔化后，升温，待熔液颜色变浅后，加入金属锰(Mn)，边加Mn边加入精炼剂；
4)当锰(Mn)熔化后加入剩余铝(Al)锭进行熔化；
5)待全部熔化后，保温15～25min，保温温度保持在1200～1350℃之间，保证高熔点金属能全部熔化；然后静置，搅拌除渣；
6)准备浇注及浇注中间合金锭；
所述步骤3）中的精炼剂加入比例为每次加锰(Mn)的1％。
2.一种如权利要求1所述高强度耐磨复杂铜合金材料的制造方法，其特征在于，其步骤如下：分别准备Cu、Zn、Pb及制备四元中间合金备用；
将炉膛清理干净，先加入部分屑料及助熔剂熔化，再加入四元中间合金、Cu，升温熔炼，继续加入成型回炉料；
上述材料熔化后，加冰晶石除渣一次；
继续加剩余的屑料，每次加屑料时加助熔剂及成型回炉料，预留100kg降温，升温熔炼，沸腾2分钟；
捞净浮渣后加木炭覆盖，加降温料，然后加入Zn、Pb材料，继续升温熔化；
材料全部熔化完后，升温沸腾2～3分钟，加入精炼剂搅拌，静置，除渣，除渣后加木炭覆盖；升温到1130℃以上，静置，取样，调整成分，直至各元素在材料规定的管理幅范围内，成分合格；
调整温度至1130～1180℃，半连续铸造生产铸锭；
将所得铸锭切断至一定长度挤压锭，热挤压生产所需规格管材；
所述四元中间合金，其组份重量百分比如下：
所述四元中间合金的制备方法，其步骤如下：
1)先放1/4～1/3的铝(Al)到炉内，周围放铁(Fe)块或边角余料；
2)升温熔化，待铝(Al)、铁(Fe)全部熔化后，放入剩余1/2的铝(Al)锭，周围放硅(Si)，升温熔化；
3)硅(Si)熔化后，升温，待熔液颜色变浅后，加入金属锰(Mn)，边加Mn边加入精炼剂；
4)当锰(Mn)熔化后加入剩余铝(Al)锭进行熔化；
5)待全部熔化后，保温15～25min，保温温度保持在1200～1350℃之间，保证高熔点金属能全部熔化；然后静置，搅拌除渣；
6)准备浇注及浇注中间合金锭；
所述步骤⑶中的精炼剂加入比例为每次加锰(Mn)的1％。
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| CN101775523A (zh) * | 2010-03-19 | 2010-07-14 | 武汉泛洲中越合金有限公司 | 同步器齿环耐磨材料及其制备方法 |
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