CN101333609A - 重力、低压铸造用低铍铜合金模具材料及其生产工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种重力、低压铸造用低铍铜合金模具材料及其生产工艺，是在低铍铜合金基础上加入Ni、Co、Ti元素，发挥合金元素相互作用的优势，并将铸锭进行热锻、固溶处理、水中淬火之后，再进行冷变形和时效处理工艺步骤，得到高强度、韧性好和高导热性的重力、低压铸造行业专用低铍铜合金模具材料，本发明的产品与ASTM B534 C17500材料相当，完全可以替代进口。
Description
技术领域
本发明涉及一种低铍铜合金模具材料及其生产工艺，尤其涉及一种重力、低压铸造用低铍铜合金模具材料及其生产工艺。
背景技术
在水暖、电子、机械、钢铁、军工、玩具等行业，通常将大量的铜合金或铝合金零部件通过重力或低压铸造工艺来实现，而铸造所用的模具要求能够承受激冷激热恶劣工况，使用寿命长。为此，要求这种模具材料具有良好的散热性和较高的硬度、韧性，以及较好的高温性能，耐激冷激热性能，耐热交变的抗疲劳性能和耐金属液侵蚀的性能。根据发明人了解，目前重力、低压铸造行业通常选用的模具材料是导热性较好而硬度、韧性偏低的紫铜或铬锆铜，这些模具材料抗疲劳性能差，易磨损、易开裂，在实际使用中使用寿命在1.5万次以下，另有一些企业从国外进口ASTM B534C17500、C17510两种铍铜合金材料来制作模具，使用寿命可以达到5万次以上，但这两种材料进口价格昂贵，采购周期长，增加了企业的生产成本。
研究一种生产成本低，使用寿命在5万次以上，完全可以替代进口的重力、低压铸造行业专用模具材料及其生产工艺，是本发明的一项重要课题。
本行业人员都知道，铜合金的强度与导热性、导电性之间存在矛盾，导热性与导电性关系成正比，通常用导电率反映导热率。按照合金化理论，合金化程度越高，合金的强度就越高，但导热性和导电性差，反之，导电率升高，则强度降低。低铍铜合金是时效硬化效果非常显著，能保持一定硬度的合金。因此，只要加入少量的其它合金元素，通过合金元素间的相互作用，形成化合物或固溶强化、细化晶粒强化，冷热变形强化和时效强化等综合强化，提高强度改善韧性、保持较高的导热性和高温性能。
发明内容
鉴于现有状况，本发明的目的在于提供一种低成本、使用寿命长的重力、低压铸造用低铍铜合金模具材料及其生产工艺。本发明是在低Be铜合金基础上加入Ni、Co、Ti元素，发挥合金元素相互作用的优势，并通过合适的热处理工艺，得到材料性能与ASTM B534C17500、C17510两种铍铜合金材料相当的专用模具材料。
本发明的重力、低压铸造用低铍铜合金模具材料，其成分重量百分比为：Be：0.50～0.80％、Ni：0.90～1.20％、Co：0.90～1.20％、Ti：0.01～0.05％，其余为Cu；按这种成分配料在真空中频感应炉熔炼，浇注成锭，将铸锭进行热锻，热锻温度区间为900-700℃，热锻变形量≥50％；将热锻后的铸锭进行固溶处理，处理温度为920-980℃，处理时间1-3h，然后在水中淬火，入水温度不得小于900℃，冷却水温度不得大于50℃；再进行冷锻，冷锻变形量为5-10％；最后将冷锻后的铸锭进行时效处理，在450-500℃温度下保温2-4h。
本发明的重力、低压铸造用低铍铜合金模具材料的生产工艺，包括：低铍铜合金模具材料成分重量百分比为：Be：0.50～0.80％、Ni：0.90～1.20％、Co：0.90～1.20％、Ti：0.01～0.05％，其余为Cu；按这种成分配料在真空中频感应炉熔炼，浇注成锭，将铸锭进行热锻，热锻温度区间为900-700℃，热锻变形量≥50％；将热锻后的铸锭进行固溶处理，处理温度为920-980℃，处理时间1-3h，然后在水中淬火，入水温度不得小于900℃，冷却水温度不得大于50℃；再进行冷锻，冷锻变形量为5-10％；最后将冷锻后的铸锭在450-500℃温度下保温2-4h进行时效处理。
经上述工艺产品性能达到：硬度HV30≥200，导电率IACS≥50％，抗拉强度≥700MPa，屈服强度≥500MPa，伸长率≥10％，软化温度≥475℃，与ASTMB534C17500材料性能相当。
本发明是在低铍铜合金基础上加入Ni、Co、Ti元素发挥合金元素相互作用的优势，并通过合适的热处理工艺，得到与ASTM B534C17500材料性能相媲美的专用模具材料。材料成分中既利用Be元素很强的固溶强化作用，同时对铜有脱氧作用，能显著提高铜的高温抗氧化性，通过对金属Be含量的控制(Be在0.50％以上)使模具材料表面形成致密的耐磨耐腐蚀层，避免金属渣粘附模具，进一步提高模具寿命。加入Ni，Ni和Cu能够无限固溶成α相，这样可以进一步强化基体、改善韧性，Ni和Be能形成NiBe和Ni5Be21，能延缓再结晶，阻止合金加热时晶粒长大，显著减慢冷却时的相变过程，抑制时效中的晶界反应。加入的Co，它可以形成化合物CoBe及CoBe21，属体心立方晶格，其显微硬度高达443MPa。因而可以通过固溶与时效处理提高低铍铜合金的强度性能。Co同样能阻碍低铍铜合金在加热过程中的晶粒长大，抑制晶界反应，从而提高合金的沉淀硬化效果。Ti与Be能形成可溶于固溶体的化合物TiBe，也可时效硬化，这时合金中的硬脆r相可减至极少，从而改善了合金组织均匀性，并且能降低晶界上的Be的浓度和扩散速度，减弱晶界反应，阻止晶界上的脱溶相优先析出，使合金的沉淀较为均匀，提高了合金的机械性能。Ni和Ti的加入还有利于提高材料的耐热性。
本发明通过合理的热处理工艺，能够得到高导电性、导热性和硬度高、韧性好的重力、低压铸造用低铍铜合金模具材料。同时本发明的生产工艺具有良好的稳定性及低成本的优点。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步的描述。
实施例：
生产工艺：按设定成分范围配料，放入真空中频感应炉熔炼，浇注成锭，脱膜，将铸锭进行热锻，热锻温度区间为900-700℃，热锻变形量≥50％；将热锻后的铸锭进行固熔处理，处理温度为920-980℃，处理时间1-3h；铸锭处理后在水中淬火，入水温度不得小于900℃，冷却水温度不得大于50℃；对锻件进行冷锻，冷锻变形量为5-10％；时效处理，在450-500℃温度下保温2-4h。
按上述生产工艺生产的本发明重力、低压铸造用低铍铜合金模具材料，六个实施例列下表1，对应的性能列于表2。
表1
表2
| 序号 | 硬度HV30 | 导电率IACS，％ | 抗拉强度MPa | 屈服强度MPa | 伸长率％ | 软化温度℃ | 模具使用寿命(万次) |
| 实施例1 | 200 | 50 | 700 | 540 | 12 | 475 | 11.5 |
| 实施例2 | 210 | 55 | 730 | 550 | 15 | 510 | 10.5 |
| 实施例3 | 230 | 60 | 780 | 580 | 10 | 570 | 10.5 |
| 实施例4 | 215 | 56 | 750 | 650 | 12 | 530 | 11 |
| 实施例5 | 240 | 55 | 710 | 560 | 15 | 520 | 10 |
| 实施例6 | 235 | 60 | 760 | 645 | 15 | 560 | 9 |
| 对比例ASTMB534C17500 | 195-240 | 45-60 | 680-830 | 550-690 | 10-25 | ≥475 | 5-12 |
由表2可知，用本发明的成分设计及工艺方法生产的重力、低压铸造用低铍铜合金模具材料与ASTMB534C17500相当，完全可以替代进口。
Claims (2)
1、一种重力、低压铸造用低铍铜合金模具材料，其特征在于，其成分重量百分比为：Be：0.50～0.80％、Ni：0.90～1.20％、Co：0.90～1.20％、Ti：0.01～0.05％，其余为Cu；按这种成分配料在真空中频感应炉熔炼，浇注成锭，将铸锭进行热锻，热锻温度区间为900-700℃，热锻变形量≥50％；将热锻后的铸锭进行固溶处理，处理温度为920-980℃，处理时间1-3h，然后在水中淬火，入水温度不得小于900℃，冷却水温度不得大于50℃；再进行冷锻，冷锻变形量为5-10％；最后将冷锻后的铸锭进行时效处理，在450-500℃温度下保温2-4h。
2、一种重力、低压铸造用低铍铜合金模具材料的生产工艺，其特征在于，包括：低铍铜合金模具材料成分重量百分比为：Be：0.50～0.80％、Ni：0.90～1.20％、Co：0.90～1.20％、Ti：0.01～0.05％，其余为Cu；按这种成分配料在真空中频感应炉熔炼，浇注成锭，将铸锭进行热锻，热锻温度区间为900-700℃，热锻变形量≥50％；将热锻后的铸锭进行固溶处理，处理温度为920-980℃，处理时间1-3h，然后在水中淬火，入水温度不得小于900℃，冷却水温度不得大于50℃；再进行冷锻，冷锻变形量为5-10％；最后将冷锻后的铸锭在450-500℃温度下保温2-4h进行时效处理。
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