CN102628120A - 高速铁路装备用加锑高锡青铜合金棒及其制作方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种高速铁路装备用加锑高锡青铜合金及由该合金制成的加锑高锡青铜合金棒，所述合金组分中包含锑、锡和铜，其中合金各组分组成按重量百分比分别为：锑1-3％，锡8-10％，铜87-91％。本发明提供的高速铁路装备用加锑高锡青铜合金及由该合金制成的合金棒，将传统的铅元素替换为锑元素，不仅提高了该合金及合金棒的环保性能，而且能够大大提高合金及合金棒的硬度，将合金硬度由原来的70-80HBS提升至110-120HBS，并能明显改善其耐磨性。

Description

高速铁路装备用加锑高锡青铜合金棒及其制作方法
技术领域
本发明涉及合金棒材领域，尤其涉及一种高速铁路装备用加锑高锡青铜合金、由该合金制成的合金棒及其制作方法。
背景技术
锡青铜是铸造收缩率最小的有色金属合金，用来生产形状复杂、轮廓清晰、气密性要求不高的铸件，锡青铜在大气、海水、淡水和蒸汽中十分耐蚀，广泛应用于各类耐磨轴瓦、轴套、法兰及齿轮等方面，尤其用于高速铁路装备。为了提升高锡青铜合金棒的易切削性能，往往在棒料中添加铅元素，加铅后的高锡青铜合金棒具有高的耐磨性并易切削加工，被广泛使用。然而，含铅高锡青铜合金棒会对环境造成影响，随着人们环保意识的不断提高，含铅元素的青铜合金棒已不能满足国内外高端市场的要求，尤其不能满足我国快速发展的高速铁路装备的要求。另外，随着工业的发展，锡青铜的合金硬度需进一步提高。
发明内容
本发明的目的是提供一种不仅具有环保性能，而且合金硬度及耐磨性都有较大提高的高速铁路装备用锡青铜合金棒。
为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种高速铁路装备用加锑高锡青铜合金，该合金组分中包含锑、锡和铜，其中合金各组分组成按重量百分比分别为：锑1-3％，锡8-10％，铜87-91％。
进一步地，合金各组分组成按重量百分比分别为：锑1％，锡8％，铜91％。
进一步地，合金各组分组成按重量百分比分别为：锑2％，锡9％，铜89％。
进一步地，合金各组分组成按重量百分比分别为：锑3％，锡10％，铜87％。
一种高速铁路装备用加锑高锡青铜合金棒，由任一前述的合金制成。
一种高速铁路装备用加锑高锡青铜合金棒制作方法，包括以下步骤：
i.按配比将电解铜、锡、锑置于工频电炉内，加热至1200℃-1250℃，完全熔化后保温至1230℃；
ii.搅拌上述完全熔化的合金液体，后在其上面覆盖石墨粉；
iii.重新加热至1350℃并振动，采用水平连铸法铸造成实心合金棒材；
iv.用制头机将合金棒材的一端制成拉拔段；
v.将经制头的合金棒用拉伸模连续拉伸并切头，后采用连续式退火炉低温退火；
vi.将经退火的合金棒在常温下冷却，放入硫酸池中酸洗；
vii.再次制头、连续拉伸并切头，用钨钢剥皮模将合金棒剥皮后再次退火；
viii.用成品模将合金棒拉伸至成品。
进一步地，步骤ii.中覆盖的石墨粉厚度为15-25mm。
进一步地，步骤iii.之前还包括对合金液体保温25-30分钟的步骤。
进一步地，步骤v.中退火温度为400-450℃。
进一步地，步骤vi.中硫酸池中硫酸浓度为15％。
本发明的优点及有益效果：
本发明提供的高速铁路装备用加锑高锡青铜合金及由该合金制成的合金棒，将传统的铅元素替换为锑元素，不仅提高了该合金及合金棒的环保性能，而且能够大大提高合金及合金棒的合金硬度，将合金硬度由原来的70-80HBS提升至110-120HBS，并能明显改善其耐磨性。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，下面结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
本发明提供一种高速铁路装备用加锑高锡青铜合金，该合金组分中包含锑、锡和铜，其中合金各组分组成按重量百分比分别为：锑1-3％，锡8-10％，铜87-91％。
还提供一种由以上所述高速铁路装备用加锑高锡青铜合金制成的加锑高锡青铜合金棒及其制作方法，该方法包括以下步骤：
i.按配比将电解铜、锡、锑置于工频电炉内，加热至1200℃-1250℃，完全熔化后保温至1230℃；
ii.搅拌上述完全熔化的合金液体，后在其上面覆盖石墨粉；
iii.重新加热至1350℃并振动，采用水平连铸法铸造成实心合金棒材；
iv.用制头机将合金棒材的一端制成拉拔段；
v.将经制头的合金棒用拉伸模连续拉伸并切头，后采用连续式退火炉低温退火；
vi.将经退火的合金棒在常温下冷却，放入硫酸池中酸洗；
vii.再次制头、连续拉伸并切头，用钨钢剥皮模将合金棒剥皮后再次退火；
viii.用成品模将合金棒拉伸至成品。
其中，步骤ii.中覆盖的石墨粉厚度为15-25mm。
其中，步骤iii.之前还包括对合金液体保温25-30分钟的步骤。
其中，步骤v.中退火温度为400-450℃。
其中，步骤vi.中硫酸池中硫酸浓度为15％。
与传统加铅高锡青铜合金棒相比，本发明中锑的含量与加锑高锡青铜合金棒合金硬度及耐磨性改善关系的试验数据如下表所示：
表1
Figure BDA0000156976020000041
实施例1
一种高速铁路装备用加锑高锡青铜合金及由该合金制成的加锑高锡青铜合金棒，该合金各组分组成按重量百分比分别为：锑1％，锡8％，铜91％。
上述高速铁路装备用加锑高锡青铜合金棒的制作方法，包括以下步骤：
i.按照锑1％，锡8％，铜91％的配比将电解铜、锡、锑置于工频电炉内，加热至1200℃-1250℃完全熔化，然后保温至1230℃；
ii.采用特制石墨工具将完全熔化的合金液体充分搅拌，后在其上面覆盖高纯度鳞片状石墨粉以防止其氧化，该石墨粉厚度约为15-25mm；
iii.保温25-30分钟后，重新升温至1350度，并开启工频电炉的振动装置，振动频率为1次/秒，采用水平连铸方法铸造成外径为45mm，长度为2000mm的实心合金棒材；
iv.用制头机将合金棒的一端制成长度为100mm，直径为25mm的拉拔段；
v.将制头好的合金棒用拉伸模连续拉伸2次至38mm并切头，采用连续式退火炉进行400-450℃的低温退火；
vi.将退火号的合金棒在常温下冷却4-5小时，后放入浓度为15％的硫酸池中酸洗；
vii.再次制头并用拉伸模将合金棒连续两次拉伸至32mm并切头，用高精度钨钢剥皮模将合金棒剥皮至31mm后再次退火；
viii.用成品模将合金棒最后拉伸至30mm，公差为+/-0.05mm，长度定尺为1000mm，公差为+/-10mm；
ix.包装并入库。
经过试验，以上所述合金棒不仅环保，其合金硬度及耐磨性均得到大幅提高。如表1所示，传统加铅高锡青铜合金棒的合金硬度为70～80HBS，摩擦系数μ为0.15～0.20，本发明加锑高锡青铜合金棒的合金硬度可以大幅提升至115～120HBS，且随着锑含量的增加，其摩擦系数不断减小至0.10～0.13，表明其耐磨性能也相应有较大提高。
实施例2
一种高速铁路装备用加锑高锡青铜合金及由该合金制成的加锑高锡青铜合金棒，该合金各组分组成按重量百分比分别为：锑2％，锡9％，铜89％。
上述高速铁路装备用加锑高锡青铜合金棒的制作方法，包括以下步骤：
i.按照锑2％，锡9％，铜89％的配比将电解铜、锡、锑置于工频电炉内，加热至1200℃-1250℃完全熔化，然后保温至1230℃；
ii.采用特制石墨工具将完全熔化的合金液体充分搅拌，后在其上面覆盖高纯度鳞片状石墨粉以防止其氧化，该石墨粉厚度约为15-25mm；
iii.保温25-30分钟后，重新升温至1350度，并开启工频电炉的振动装置，振动频率为1次/秒，采用水平连铸方法铸造成外径为45mm，长度为2000mm的实心合金棒材；
iv.用制头机将合金棒的一端制成长度为100mm，直径为25mm的拉拔段；
v.将制头好的合金棒用拉伸模连续拉伸2次至38mm并切头，采用连续式退火炉进行400-450℃的低温退火；
vi.将退火号的合金棒在常温下冷却4-5小时，后放入浓度为15％的硫酸池中酸洗；
vii.再次制头并用拉伸模将合金棒连续两次拉伸至32mm并切头，用高精度钨钢剥皮模将合金棒剥皮至31mm后再次退火；
viii.用成品模将合金棒最后拉伸至30mm，公差为+/-0.05mm，长度定尺为1000mm，公差为+/-10mm；
ix.包装并入库。
经过试验，以上所述合金棒不仅环保，其合金硬度及耐磨性均得到大幅提高。如表1所示，传统加铅高锡青铜合金棒的合金硬度为70～80HBS，摩擦系数μ为0.15～0.20，本发明加锑高锡青铜合金棒的合金硬度可以大幅提升至115～120HBS，且随着锑含量的增加，其摩擦系数不断减小至0.10～0.13，表明其耐磨性能也相应有较大提高。
实施例3
一种高速铁路装备用加锑高锡青铜合金及由该合金制成的加锑高锡青铜合金棒，该合金各组分组成按重量百分比分别为：锑3％，锡10％，铜87％。
上述高速铁路装备用加锑高锡青铜合金棒的制作方法，包括以下步骤：
i.按照锑3％，锡10％，铜87％的配比将电解铜、锡、锑置于工频电炉内，加热至1200℃-1250℃完全熔化，然后保温至1230℃；
ii.采用特制石墨工具将完全熔化的合金液体充分搅拌，后在其上面覆盖高纯度鳞片状石墨粉以防止其氧化，该石墨粉厚度约为15-25mm；
iii.保温25-30分钟后，重新升温至1350度，并开启工频电炉的振动装置，振动频率为1次/秒，采用水平连铸方法铸造成外径为45mm，长度为2000mm的实心合金棒材；
iv.用制头机将合金棒的一端制成长度为100mm，直径为25mm的拉拔段；
v.将制头好的合金棒用拉伸模连续拉伸2次至38mm并切头，采用连续式退火炉进行400-450℃的低温退火；
vi.将退火号的合金棒在常温下冷却4-5小时，后放入浓度为15％的硫酸池中酸洗；
vii.再次制头并用拉伸模将合金棒连续两次拉伸至32mm并切头，用高精度钨钢剥皮模将合金棒剥皮至31mm后再次退火；
viii.用成品模将合金棒最后拉伸至30mm，公差为+/-0.05mm，长度定尺为1000mm，公差为+/-10mm；
ix.包装并入库。
经过试验，以上所述合金棒不仅环保，其合金硬度及耐磨性均得到大幅提高。如表1所示，传统加铅高锡青铜合金棒的合金硬度为70～80HBS，摩擦系数μ为0.15～0.20，本发明加锑高锡青铜合金棒的合金硬度可以大幅提升至115～120HBS，且随着锑含量的增加，其摩擦系数不断减小至0.10～0.13，表明其耐磨性能也相应有较大提高。以上所述仅为本发明的较佳实施例，并非用来限定本发明的实施范围；如果不脱离本发明的精神和范围，对本发明进行修改或者等同替换，均应涵盖在本发明权利要求的保护范围当中。

Claims (10)

1.一种高速铁路装备用加锑高锡青铜合金，其特征在于，该合金组分中包含锑、锡和铜，其中合金各组分组成按重量百分比分别为：锑1-3％，锡8-10％，铜87-91％。
2.根据权利要求1所述的高速铁路装备用加锑高锡青铜合金，其特征在于，合金各组分组成按重量百分比分别为：锑1％，锡8％，铜91％。
3.根据权利要求1所述的高速铁路装备用加锑高锡青铜合金，其特征在于，合金各组分组成按重量百分比分别为：锑2％，锡9％，铜89％。
4.根据权利要求1所述的高速铁路装备用加锑高锡青铜合金，其特征在于，合金各组分组成按重量百分比分别为：锑3％，锡10％，铜87％。
5.一种高速铁路装备用加锑高锡青铜合金棒，其特征在于，其由任一前述权利要求的合金构成。
6.一种权利要求5所述的高速铁路装备用加锑高锡青铜合金棒制作方法，其特征在于，包括以下步骤：
i.按配比将电解铜、锡、锑置于工频电炉内，加热至1200℃-1250℃，完全熔化后保温至1230℃；
ii.搅拌上述完全熔化的合金液体，后在其上面覆盖石墨粉；
iii.重新加热至1350℃并振动，采用水平连铸法铸造成实心合金棒材；
iv.用制头机将合金棒材的一端制成拉拔段；
v.将经制头的合金棒用拉伸模连续拉伸并切头，后采用连续式退火炉低温退火；
vi.将经退火的合金棒在常温下冷却，放入硫酸池中酸洗；
vii.再次制头、连续拉伸并切头，用钨钢剥皮模将合金棒剥皮后再次退火；
viii.用成品模将合金棒拉伸至成品。
7.根据权利要求6所述的合金棒制作方法，其特征在于，步骤ii.中覆盖的石墨粉厚度为15-25mm。
8.根据权利要求6所述的合金棒制作方法，其特征在于，步骤iii.之前还包括对合金液体保温25-30分钟的步骤。
9.根据权利要求6所述的合金棒制作方法，其特征在于，步骤v.中退火温度为400-450℃。
10.根据权利要求6所述的合金棒制作方法，其特征在于，步骤vi.中硫酸池中硫酸浓度为15％。
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