CN102242291B

CN102242291B - 拉深模具铜合金

Info

Publication number: CN102242291B
Application number: CN201110197862A
Authority: CN
Inventors: 戴姣燕; 王永如; 洪燮平; 李红卫
Original assignee: Ningbo Jintian Copper Group Co Ltd
Current assignee: Ningbo Jintian Copper Group Co Ltd
Priority date: 2011-07-15
Filing date: 2011-07-15
Publication date: 2012-10-03
Anticipated expiration: 2031-07-15
Also published as: CN102242291A

Abstract

本发明公开了一种不锈钢拉深模具铜合金，它含有如下的重量百分数的化学成分：Al：11～15%，Fe：4～6%，Mn：1～5%，Co2～5%，余量为铜及不可避免的微量杂质，其硬度为HRC30～48，抗拉强度为1100～1600Mpa，屈服强度为620～800Mpa，热导率为31～42W/m.K。是一种摩擦系数低，导热性好，不需要热处理的铜合金，且由于铜和钢铁之间结构差异较大，避免了用钢铁模具拉伸时产生粘结瘤的现象，因此不需要抛光，使用周期长，主要用于制造不锈钢筒形件等的拉深模具。

Description

拉深模具铜合金

技术领域

本发明涉及合金技术领域，具体地讲是一种用于制造不锈钢筒形拉深模具的青铜合金。

背景技术

传统的拉深模具材料一般采用Cr12MoV，T10，35CrMo等合金钢，这些材料作为不锈钢拉深模具时的致命缺点是容易形成粘结瘤，粘结瘤的成因为微观上板料与模具表面都是凹凸不平的粗键面，由于拉深过程中压边力较大，载荷由局部凸起部位承受单位压力很大；又因板料与模具间产生相对运动以及板料的塑性变形产生热能，使得润滑膜粘度下降，强度降低；板料上凸起部位在高压、瞬时高温、受运动剪切作用下，润滑膜破裂，板料与模具直接接触，板料凸起部位被模具凸起部位刮下成为碎片推入模具凸起部位前方，如温度足够高，使得碎片软化、熔化、枯焊在模具上，形成粘结瘤。粘结瘤一且形成就很难脱落，且越粘越大，从而导致不锈钢板料拉深产品表面留下严重划痕。不锈钢薄板拉深成形过程中出现粘结瘤的问题一直困扰着生产现场，给生产者带来很大的麻烦。如何避免拉深模粘结瘤的形成，提高拉深件的表面质量是不锈钢薄板拉深中的技术难题所在。针对粘结瘤问题，选择模具材料应根据不锈钢板料与模具材料的亲合关系注意两点：选择一是抗粘合性强，二是耐磨减摩的模具材料。一般来讲，金属晶格类型、晶格间距、电子密度、电化学性能相通的金属，其相互吸引、溶解能力强，易粘附在一起，结果摩擦系数变大。Cr、Ni与Fe的互溶性大，因此用钢模拉深时，更易发生粘结瘤现象。实践中采用碳化钨钢结硬质合金制造凹模，比用Cr12Mov软氮化制造凹模寿命有所提高，且不粘模；采用3054合金铸铁，在模具表面进行火焰淬火，模具表面粘结瘤减少。另外在模具易损部位可采用硬质合金镶块。但是以上材料都不能根本上解决问题。

发明内容

本发明的目的是克服上述已有的不足，而提供一种一种摩擦系数低，导热性好，不需要热处理，拉伸时不产生粘结瘤，不需要抛光，使用周期长的铜合金。

为了达到上述的目的，本发明是这样实现的：拉深模具铜合金，其特征在于它含有如下重量百分数的化学成分：Al：11～15%，Fe：4～6%，Mn：1～5%，Co：2～5%，余量为铜及不可避免的微量杂质。

实现本发明的一种较好的方案，拉深模具铜合金，其特征在于它含有如下重量百分比的化学成分：Al：13～15%，Fe：4.5～5.5%，Mn：2.5～4%，Co：2.5～3.5%，余量为铜及不可避免的微量杂质。

实现本发明的一种最佳方案，拉深模具铜合金，其特征在于它含有如下重量百分比的化学成分：Al：13.8%，Fe：4.8%，Mn：3.6%，Co：2.8%，余量为铜及不可避免的微量杂质。

所述的拉深模具铜合金，其生产工艺如下：中频炉加入电解铜，待铜料熔化后加入铁片、电解锰和电解钴，升温至1350～1400℃，搅拌捞渣，然后降温至1100～1150℃，加入铝并快速搅拌，升温至1150～1200℃，进行浇铸。

拉深模具铜合金硬度为HRC30～48，抗拉强度为1100～1600MPa，屈服强度为620～800MPa，热导率为31～42W/m.K。在50N载荷，转速800r/min，68#液压油润滑，摩擦副为GCr15轴承钢的条件下，磨损值为420～360，摩擦系数为0.07～0.1，拉伸5万模次，不产生粘结瘤，且不用修模，而传统Cr12合金摩擦系数为0.15，在使用5千模次后，产生大量粘结瘤，对产品表面造成明显划痕，必须停工进行修模。

本发明的拉深模具铜合金的有效化学成分设计依据及含量范围的限定理由如下：

Fe可固溶于Cu-Al合金的α固溶体中。铁可使铝青铜中的原子扩散速度减慢，增加β相稳定性，因而能抑制引起合金变脆的“自退火”现象，使合金脆性大大下降。适量铁能细化铝青铜的铸造与再结晶晶粒，提高力学性能，加0.5%～1%Fe就有明显的细化晶粒效果.若增加Fe的添加量，会形成FeAl3，硬度非常高，但是过多的FeAl3会急剧增大脆性，.因此，合金中的含Fe量不应超过6%。

Mn 在 Cu-Al合金 α固溶体中有较大的溶解度，却又降低铝在α中的固溶度。锰对p相分解起稳定作用，降低相变开始温度，推迟共析转变。铝青铜中含锰量不超过最大溶解度极限，对合金的力学性能与抗蚀性是有益的，它们具有良好的加工成形性能。

含Al量小于7.4%的所有铜合金在固态下均为单相a固溶体组织，塑性高，易成形加工。含有7.4%～9.4%Al的合金在1036～565℃为α+β组织，不过在生产条件下，β-α转变不完全，总会或多或少保留一部分β相，随后发生β一α+γ2共析分解. γ2相是一种既硬又脆的相，它的存在使合金的硬度、强度升高，塑性下降含有9.4%～15.6%Al的合金缓慢冷却到565℃，发生β-a+γ2共析转变，呈片状组织。含10%～11.8%Al的亚共析铝青铜在生产的快速冷却过程，β相发生无扩散相变，形成针状β′相和类马氏体组织。铝含量大于11.8%青铜最初由β′固溶体过渡到有序固溶体β1，然后随合金中铝含量的增加再转变成针状β′类马氏体，β′+γ′混合物或针状γ′类马氏体。因此，它们在淬火后都为β马氏体组织。

在合金中增加Co元素的含量可以在一定程度对合金起到强化作用，但是Co元素含量过高，就会生成粗大的梅花状组织不利于合金的耐磨损性能，其在高铝青铜中的最佳含量为2.8%。

本发明所述的拉深模具铜合金与已有的技术相比具有如下积极效果：铜基合金与不锈钢的相容性差异性大，选用铝青铜合金防粘效果好，不会形成粘结瘤，拉深产品无划痕，减少修模时间，铜基合金摩擦系数小，摩损率低，大大延长了使用周期；因其硬度为HRC30～48，不用抛光也不用热处理，机械加工容易，减少工序节省时间，提高效益。

具体实施方式

为了更好地理解与实施，下面结合实例详细说明本发明拉深模具铜合金。

实施例1

按本发明的化学组成称重，将电解铜815Kg于中频炉中熔化，熔化后加入铁片40kg、电解锰 15kg和电解钴20kg，升温至1350～1400℃，搅拌捞渣，然后降温至1100～1150℃，加入电解铝110kg并快速搅拌，升温至1150～1200℃，进行浇铸，即得本发明的拉深模具铜合金。

取样进行化学分析，其化学成分的重量百分数为 Al：11%，Fe：1%，Mn：1.5%，Co：2%，经测试其硬度为HRC30°，抗拉强度为1100MPa，屈服强度620MPa，热导率为42W/m.K。在50N载荷，转速800r/min，68#液压油润滑，摩擦副为GCr15轴承钢的条件下，磨损值为360，摩擦系数为0.07。

实施例2

按本发明的化学组成称重，将电解铜 787Kg于中频炉中熔化，熔化后加入铁片45kg、电解锰25kg和电解钴23kg，升温至1350～1400℃，搅拌捞渣，然后降温至1100～1150℃，加入电解铝120kh并快速搅拌，升温至1150～1200℃，进行浇铸，即得本发明的拉深模具铜合金。

取样进行化学分析，其化学成分的重量百分数为Al：12%，Fe：4.5%，Mn：2.5%，Co：2.3%，经测试其硬度为HRC34，抗拉强度为1190MPa，屈服强度680MPa，热导率为37W/m.K。在50N载荷，转速800r/min，68#液压油润滑，摩擦副为GCr15轴承钢的条件下，磨损值为392，摩擦系数为0.087。

实施例3

按本发明的化学组成称重，将电解铜 750Kg于中频炉中熔化，熔化后加入铁片48kg、电解锰36kg和电解钴 28kg，升温至1350～1400℃，搅拌捞渣，然后降温至1100～1150℃，加入电解铝138kg并快速搅拌，升温至1150～1200℃，进行浇铸，即得本发明的拉深模具铜合金。

取样进行化学分析，其化学成分的重量百分数为Al：13.8%，Fe：4.8%，Mn：3.6%，Co2.8%，经测试其硬度为HRC40，抗拉强度为1340MPa，屈服强度710MPa，热导率为36W/m.K。在50N载荷，转速800r/min，68#液压油润滑，摩擦副为GCr15轴承钢的条件下，磨损值为406，摩擦系数为0.089。

实施例4

按本发明的化学组成称重，将电解铜718Kg于中频炉中熔化，熔化后加入铁片55kg、电解锰42kg和电解钴40kg，升温至1350～1400℃，搅拌捞渣，然后降温至1100～1150℃，加入电解铝115kg并快速搅拌，升温至1150～1200℃，进行浇铸，即得本发明的拉深模具铜合金。

取样进行化学分析，其化学成分的重量百分数为Al：14.5%，Fe：5.5%，Mn：4.2%，Co4%，经测试其硬度为HRC46，抗拉强度为1550MPa，屈服强度780MPa，热导率为33W/m.K。在50N载荷，转速800r/min，68#液压油润滑，摩擦副为GCr15轴承钢的条件下，磨损值为410，摩擦系数为0.096。

实施例5

按本发明的化学组成称重，将电解铜690Kg于中频炉中熔化，熔化后加入铁片60kg、电解锰50kg和电解钴50kg，升温至1350～1400℃，搅拌捞渣，然后降温至1100～1150℃，加入电解铝150kg并快速搅拌，升温至1150～1200℃，进行浇铸，即得本发明的拉深模具铜合金。

取样进行化学分析，其化学成分的重量百分数为Al：15%，Fe：6%，Mn：5%，Co5%，经测试其硬度为HRC48，抗拉强度为1600MPa，屈服强度800MPa，热导率为31W/m.K。在50N载荷，转速800r/min，68#液压油润滑，摩擦副为GCr15轴承钢的条件下，磨损值为360，摩擦系数为0.1。

Claims

1.一种拉深模具铜合金，其特征在于它含有如下重量百分比的化学成分：Al：13～14.5%，Fe：4.5～5.5%，Mn：2.5～4%，Co：2.5～3.5%，余量为铜及不可避免的微量杂质。

2.根据权利要求1所述的拉深模具铜合金，其特征在于它含有如下重量百分比的化学成分：Al：13.8%，Fe：4.8%，Mn：3.6%，Co：2.8%，余量为铜及不可避免的微量杂质。

3.根据权利要求1所述拉深模具铜合金的生产方法，其特征包括以下步骤：中频炉加入电解铜，待铜料熔化后加入铁片、电解锰和电解钴，升温至1350～1400℃，搅拌捞渣，然后降温至1100～1150℃，加入电解铝并快速搅拌，升温至1150～1200℃，进行浇铸。

4.根据权利要求1所述拉深模具铜合金，其特征在于其硬度为HRC30～48，抗拉强度为1100～1600MPa，屈服强度620～800MPa，热导率为31～42W/m.K。

5.根据权利要求1所述拉深模具铜合金，其特征是在50N载荷，转速800r/min，68#液压油润滑，摩擦副为GCr15轴承钢的条件下，磨损值为420～360，摩擦系数为0.07～0.1。