CN102337421B

CN102337421B - 一种复杂黄铜及其制备方法和用途

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Publication number: CN102337421B
Application number: CN 201110330305
Authority: CN
Inventors: 王世民; 凌行达; 何占军; 刘合立; 王明军
Original assignee: NINGBO ZY COPPER ALLOY CO Ltd
Current assignee: NINGBO ZY COPPER ALLOY CO Ltd
Priority date: 2011-10-26
Filing date: 2011-10-26
Publication date: 2013-05-29
Anticipated expiration: 2031-10-26
Also published as: CN102337421A

Abstract

本发明属于合金材料技术领域，主要涉及一种复杂黄铜，本发明所述复杂黄铜，以重量百分比表示，包括：Cu57.0-62.0％、Mn1.5-3.5％、Si0.5-2.5％、Al0.5-3.0％、Pb0.2-1.0％以及Fe、Ti或Cr三种元素中的一种，所述Fe、Ti或Cr三种元素中的一种的含量在0.02-0.4％之间，其余为Zn和不可避免的杂质，所述复杂黄铜至少能够适应高压柱塞式液压泵滑靴的工作要求。

Description

一种复杂黄铜及其制备方法和用途

技术领域

本发明属于合金材料技术领域，涉及一种复杂黄铜，并同时公开了所述复杂黄铜的制备方法及用途。

背景技术

高压柱塞式液压泵是关键的工业工程装备基础件之一，其性能的受制于构成柱塞泵各基础元件所用材料的性能。柱塞泵设计上多采用铜合金和钢(铁)配对的摩擦副结构形式，其中滑靴与斜盘是关键摩擦副之一。滑靴外形为带台阶的柱状，滑靴小头一端(有球窝)与柱塞相连，大头一端的上平面靠在斜盘上，下平面挂在回程盘上；柱塞泵工作时滑靴自转的同时也在斜盘面上公转，同时在斜盘和回程盘作用下，带着柱塞使柱塞在缸体柱塞孔内上下运动，实现吸油和给油加压，把低压油变为高压油。滑靴小头与柱塞相连：柱状小头端为一球窝，对应的柱塞上有一球头，通过使柱状变形，使球窝收口的办法，把滑靴包覆在柱塞球头上，这样把滑靴和柱塞联在一起，柱塞泵工作时，回程盘托着滑靴，滑靴带动柱塞，完成吸油动作。

在保证滑靴耐磨性的前提下，滑靴和柱塞包覆的可靠性是评价滑靴材料的关键指标：顺利变形收口要求滑靴材料有一定的塑性，包覆后使滑靴与柱塞脱开的拉脱力必须满足设计的要求，也就是要求滑靴材料必须具有高的强度，因此强度和塑性是评价滑靴材料的关键两个指标。

现有技术中的铝青铜一般可以达到比较好的强度和塑性配合，但铝青铜中铁含量比较高，在高压高转速柱塞泵领域，与钢(铁)材料配对时，易发生粘着磨损而失效。

复杂黄铜因其与钢(铁)材料良好的配对性，在柱塞泵领域内取得越来越多的应用，典型的材料为HMn60-3-1-0.75，但该材料强度较低，制成滑靴后拉脱力不够。表a为现在常用三种用于高压柱塞式液压泵滑靴的合金材料所存在的性能参数及存在的主要问题的情况表。由该表可知现有合金性能的不能满足滑靴的工作要求。

表a

材料牌号	抗拉强度(MPa)	伸长率(％)	硬度(HB)	主要问题
					HMn60-3-1-0.75	442	16	120	拉脱力低
QAL9-4	580	13	150	易磨损
					CW713R	590	12	160	收口易裂

发明内容

本发明所要解决的技术问题是现有金属材料不能很好的适应高压柱塞式液压泵滑靴的工作要求，造成高压柱塞式液压泵的总体性能下降，为此，首先，本发明提供了一种复杂黄铜，所述一种复杂黄铜，以重量百分比表示，包括：

Cu 57.0-62.0％、Mn 1.5-3.5％、Si 0.5-2.5％、Al 0.5-3.0％、Pb 0.2-1.0％以及Fe、Ti或Cr三种元素中的一种，所述Fe、Ti或Cr三种元素中的一种的含量在0.02-0.4％之间，其余为Zn和不可避免的杂质。

上述合金配方主要基于以下设计思路予以调配：

第一，复杂黄铜耐磨性方面的考虑；

鉴于Mn-Si金属化合物是主要的耐磨强化相，所设想的复杂黄铜配方中，添加了锰和硅两种金属，复杂黄铜中锰和硅主要以金属化合物Mn₅Si₃的形式存在，以提高黄铜的耐磨度。

为进一步提高合金的耐磨性，添加铅元素。铅在复杂黄铜中以独立的铅质点形式存在，起到润滑作用，提高耐磨性。同时也可改善合金的切削性能，便于合金在使用中顺利机加工，过高和过低的铅含量都会影响合金的塑性，因此最终选择0.2-1.0％。

第二，复杂黄铜强度及塑性方面的考虑；

在设想的复杂黄铜配方中适度的加入铝，铝主要以固溶形式存在，铝在复杂黄铜中的重量百分比过低时，不能给复杂黄铜带来明显的强度方面的增强。一般来讲，金属材料的强度和塑性是一对反向指标，提高强度的同时，一般以牺牲金属材料的塑性为代价，而提高塑性，往往会降低强度。当铝的重量百分比含量超过3％后，将使复杂黄铜相结构中的对提高塑性有益的α相比例降低，并容易出现γ相，恶化复杂黄铜的塑性，考虑到与锰硅化合物的作用给复杂黄铜在强度、塑性以及耐磨性方面的影响，铝的重量百分比为0.5-3.0％。

作为对第一方面的补充，本发明还适当的降低了锰与硅的重量比，使得Mn与Si的质量比在2.5-2.8之间。对于锰硅两种金属的配比，硅由于有较高的锌当量，一般根据Mn-Si化合物的原子比要求即可，通常锰和硅的质量比约为3，但适当的降低锰硅的比例，在复杂黄铜强度提高的前提下，塑性并无明显的降低，更有利于复杂黄铜综合性能的改善。

第三，人工晶核元素的加入；在复杂黄铜后续再结晶过程中晶粒会异常长大，从而影响复杂黄铜的综合性能，所述人工晶核元素铁、钛以及铬都是高熔点、固溶度小的合金元素，在复杂黄铜凝固时，这些元素可以细化晶粒组织，防止晶粒异常长大，但如果人工晶核元素的添加量过多，则将恶化复杂黄铜的工艺性能，降低塑性，在实际中仅选择所述人工晶核元素中的一种即可，且含量需低于0.4％。

其次，本发明还进一步的优化了复杂黄铜的相结构，使得所述复杂黄铜相结构中的α相的比例在15％-35％之间，这样可以在确保复杂黄铜强度和硬度的同时，使塑性有大幅的提升。同时，所述复杂黄铜所用金属全为纯金属，不可避免杂质总和小于0.1％，尽量减少不可避免杂质对复杂黄铜塑性的不良影响。

当然，所述复杂黄铜的相结构包括α相、β相、Mn-Si相以及独立铅相，并且以β相为基，所述Mn-Si相均匀分布以及独立铅相的配置至少有助于Mn-Si及铅上文第一方面所述作用的发挥。而将复杂黄铜中的铜的重量百分比设置为57.0％-62.0％，也有助于上段所述复杂黄铜相结构的形成。

本发明发现，所得到的复杂黄铜具有优良的性能：抗拉强度不小于620MPa、屈服强度不小于330MPa、延伸率不小于20％、硬度HB不小于170。

再次，本发明还提供了一种制备复杂黄铜的方法，以使制得的复杂黄铜产生本发明所要求的相组织形态，该方法包括：配料步骤；熔炼步骤；铸造步骤；挤压步骤；拉伸步骤；退火步骤；矫直步骤；其中挤压步骤中的挤压温度和退火步骤中的退火温度是在复杂黄铜配方确定的前提下控制相组织形态的主要工艺因素。

所述挤压步骤中的挤压温度在α/α+β相界线上20-200℃范围内，在所述挤压温度下复杂黄铜合金处于双相区，以控制挤压过程中α相的析出；同理退火步骤中的退火温度在α/α+β相界线下20-200℃，保证α相的析出。通过挤压温度和退火温度的配合，能够确保α相在复杂黄铜相组织形态中的比例，并获得良好的相组织形态。

最后，本发明为所述复杂黄铜给出了一种应用，鉴于所述复杂黄铜优良的性能，至少可将所述复杂黄铜用于制造高压柱塞式液压泵中的滑靴。

附图说明

图1是实施例1-8所述复杂黄铜制备方法的流程图。

具体实施方式

实施例1

一种复杂黄铜，按照重量百分比，包括Cu 57.5％、Al 1.22％、Mn 2.54％、Si 0.97％、Pb 0.52％、Fe 0.12％、其他不可避免的杂质为0.05％、余下为Zn。

制备方法包括：配料步骤；熔炼步骤；铸造步骤；挤压步骤；拉伸步骤；退火步骤；矫直步骤；

配料步骤：按照上述配方和熔炼炉的容量计算出所需各种金属原料的用量；

熔炼步骤：在中频感应电炉熔炼，通过调整中频电源输入功率使熔炼在1150℃-1350℃温度区间进行，熔炼温度根据熔炼阶段的不同而不同，用冰晶石做精炼剂，保证熔体的质量，成分分析合格后铸造；

铸造步骤：铸造可采用水平或半连续方式铸造，铸造温度1100℃-1200℃；

挤压步骤：在520℃-700℃温度下进行挤压，其中α/α+β相界线温度约为500℃，挤压温度在α/α+β相界线上20-200℃；

拉伸步骤：对挤压步骤产生的复杂黄铜进行拉伸，拉伸加工率控制在10～25％；

退火步骤：对经拉伸的复杂黄铜进行退火，退火温度低于500℃，其中退火温度在α/α+β相界线下20-200℃；

矫直步骤：对退火后的复杂黄铜进行矫直，从而得到成品。

实施例2-8

与实施例1所述制备方法相同，具体配方详见表1，表2为实施例1-8所述复杂黄铜的机械性能情况表。

表1

表2

由表2可知，实施例1-8所述复杂黄铜完全可以满足高压柱塞式液压泵滑靴的工作环境要求。

Claims

1.一种复杂黄铜，以重量百分比表示，其成分为：

Cu 57.0-62.0%、Mn 1.5-3.5%、Si 0.5-2.5%、Al 0.5-3.0%、Pb 0.2-1.0%以及Fe、Ti或Cr三种元素中的一种，所述Fe、Ti或Cr三种元素中的一种的含量在0.02-0.4%之间，其余为Zn和不可避免的杂质，Mn与Si的质量比在2.5-2.8之间，所述复杂黄铜的抗拉强度不小于620MPa、屈服强度不小于330MPa、延伸率不小于20%、硬度HB不小于170，所述复杂黄铜的相结构以β相为基，所述复杂黄铜的相结构包括α相、β相、Mn-Si相以及独立铅相。

2.根据权利要求1所述的一种复杂黄铜，其特征在于所述复杂黄铜的相结构包括α相，α相的比例为15%-35%。

3.根据权利要求1或2所述的一种复杂黄铜，其特征在于所述Mn-Si相均匀分布。

4.根据权利要求1所述的一种复杂黄铜，其特征在于所述复杂黄铜中不可避免杂质的重量百分比小于0.1%。

5.一种制备权利要求1所述复杂黄铜的方法，包括：配料步骤；熔炼步骤；铸造步骤；挤压步骤；拉伸步骤；退火步骤；矫直步骤；其特征在于所述挤压步骤中的挤压温度在α/α+β相界线上20-200℃。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于退火步骤中的退火温度在α/α+β相界线下20-200℃。

7.权利要求1所述的一种复杂黄铜在制造高压柱塞式液压泵的滑靴中的应用。