CN102634690A - 船舶及海洋工程用耐磨高磷铜合金棒及其制作方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种船舶及海洋工程用耐磨高磷铜合金及由该合金制成的高磷铜合金棒,所述合金组分中包含磷、锡和铜,其中合金各组分组成按重量百分比分别为:磷0.6-0.8%,锡6-8%,铜91.2-93.4%。将传统的含磷量由普通的0.1%提升到0.7%左右,大大增强了合金的弹性及耐磨性,另外,本发明提供的高磷铜合金的制作方法,结合了高温低速的合金锭铸造法及真空光亮合金锭低温退火法,改变了合金锭的晶粒结构,能有效防止其在挤压时因过硬或过脆而开裂。
Description
技术领域
本发明涉及合金棒材领域,尤其涉及一种船舶及海洋工程用耐磨高磷铜合金、由该合金制成的合金棒及其制作方法。
背景技术
磷青铜是船舶及海洋工程中常用的耐磨零件和弹性元件,用于制造在中等荷载和中风滑动速度下工作的弹性零件,如垫圈、轴承、弹簧、弹片等。目前常用的磷青铜中,磷的含量一般在0.1%左右,随着工业的发展,该种磷青铜由于磷含量过低,弹性和耐磨性均无法满足国内外高端技术弹性元件产品的要求,尤其不能满足我国快速发展的船舶及海洋工程的需求。
发明内容
本发明的目的是提供一种弹性及耐磨性均大幅提高,且不会因过硬或过脆而开裂的船舶及海洋工程用耐磨高磷铜合金棒。
为了达到上述目的,本发明采用如下技术方案:
一种船舶及海洋工程用耐磨高磷铜合金,该合金组分中包含磷、锡和铜,其中合金各组分组成按重量百分比分别为:磷0.6-0.8%,锡6-8%,铜91.2-93.4%。
进一步地,合金各组分组成按重量百分比分别为:磷0.6%,锡6%,铜93.4%。
进一步地,合金各组分组成按重量百分比分别为:磷0.7%,锡7%,铜92.3%。
进一步地,合金各组分组成按重量百分比分别为:磷0.8%,锡8%,铜91.2%。
一种船舶及海洋工程用耐磨高磷铜合金棒,其由任一前述高磷铜合金构成。
一种船舶及海洋工程用耐磨高磷铜合金棒制作方法,包括以下步骤:
i.按配比将电解铜、锡、磷置于工频电炉内,加热至1350℃-1400℃,完全熔化后保温至1380℃;
ii采用水平连续振动铸造法铸造成实心合金锭;
iii.将上述实心合金锭置于箱式真空退火炉中退火后取出,置于空气中自然冷却;
iv.将上述冷却后的实心合金锭用光锭机去除表面氧化皮,然后置于合金锭加热炉中加热至600-650℃;
v.采用挤压机将上述加热后的实心合金锭挤压成高磷铜合金棒;
vi.制头并拉伸,然后再次退火;
vii将上述再次退火后的高磷铜合金棒再次制头并拉伸;
viii.将经再次制头并拉伸的高磷铜合金棒矫直并用定尺锯切;
ix.对高磷铜合金棒进行涡流探伤。
进一步地,步骤iii.中退火时间为4-4.5小时。
进一步地,步骤iii.中退火温度为400-450℃。
进一步地,步骤vi.中再次退火采用光亮退火。
进一步地,所述再次退火采用450-500℃的光亮退火。
本发明的优点及有益效果:
本发明提供的船舶及海洋工程用耐磨高磷铜合金及由该合金制成的合金棒,将传统的含磷量由普通的0.1%提升到0.7%左右,大大增强了合金的弹性及耐磨性,另外,本发明提供的船舶及海洋工程用耐磨高磷铜合金的制作方法,结合了高温低速的合金锭铸造法及真空光亮合金锭低温退火法,改变了合金锭的晶粒结构,能有效防止其在挤压时因过硬或过脆而开裂。
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。
本发明提供一种船舶及海洋工程用耐磨高磷铜合金,该合金组分中包含磷、锡和铜,其中合金各组分组成按重量百分比分别为:磷0.6-0.8%,锡6-8%,铜91.2-93.4%。
还提供一种由以上所述船舶及海洋工程用耐磨高磷铜合金制成的高磷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、磷置于工频电炉内,加热至1350℃-1400℃,完全熔化后保温至1380℃;
ii采用水平连续振动铸造法铸造成实心合金锭;
iii.将上述实心合金锭置于箱式真空退火炉中退火后取出,置于空气中自然冷却;
iv.将上述冷却后的实心合金锭用光锭机去除表面氧化皮,然后置于合金锭加热炉中加热至600-650℃;
v.采用挤压机将上述加热后的实心合金锭挤压成高磷铜合金棒;
vi.制头并拉伸,然后再次退火;
vii将上述再次退火后的高磷铜合金棒再次制头并拉伸;
viii.将经再次制头并拉伸的高磷铜合金棒矫直并用定尺锯切;
ix.对高磷铜合金棒进行涡流探伤。
进一步地,步骤iii.中退火时间为4-4.5小时。
进一步地,步骤iii.中退火温度为400-450℃。
进一步地,步骤vi.中再次退火采用光亮退火。
进一步地,所述再次退火采用450-500℃的光亮退火。
与传统磷铜合金棒相比,本发明中磷的含量与磷铜合金棒的弹性及耐磨性改善关系的试验数据如以下表格所示:)
实施例1
一种船舶及海洋工程用耐磨高磷铜合金及由该合金制成的高磷铜合金棒,该合金各组分组成按重量百分比分别为:磷0.6%,锡6%,铜93.4%。
上述船舶及海洋工程用耐磨高磷铜合金棒的制作方法,包括以下步骤:
i.按照磷0.6%,锡6%,铜93.4%的配比将电解铜、锡、磷置于工频电炉内,加热至1350℃-1400℃完全熔化,然后保温至1380℃;
ii采用水平连续振动铸造法铸造成外径为120mm,长度为400mm的实心合金锭;
iii.将上述实心合金锭置于箱式真空退火炉中退火4-4.5小时后取出,退火温度为400-450℃,然后置于空气中自然冷却;
iv.将上述冷却后的实心合金锭用光锭机完全去除表面氧化皮,外径由120mm加工到116mm,然后置于合金锭加热炉中加热至600-650℃;
v.采用液压1800吨挤压机将上述加热后的实心合金锭挤压成外径为50mm的高磷铜合金棒;
vi.将外径为50mm的高磷铜合金制头并拉伸至外径42mm,然后采用450-500℃光亮退火;
vii将上述再次退火后的高磷铜合金棒再次制头并拉伸两次成硬态合金棒,外径由42mm控制到38mm的成品尺寸;
viii.将经再次制头并拉伸的高磷铜合金棒矫直并用定尺锯切长度为1500mm,外径公差控制为38mm+/-0.05mm,长度公差控制为1500mm+/-10mm;
ix.对高磷铜合金棒进行涡流探伤,增益为32dB,相位为130Deg,滤波为16N,频率为5.5KHz;
x.包装并入库。
经过试验,以上所述合金棒的弹性及耐磨性均得到大幅提高。如表1所示,传统的磷铜合金棒弹性模量E在105至130GPa之间,含有0.6%磷的铜磷合金棒的弹性模量降至100至120GPa之间,表明其弹性有所提升,而随着含磷量的增加,其弹性模量不断减少,当含磷量增加至0.8%时,其弹性模量降低至95至108GPa之间,其弹性大幅提高。另外,在无润滑的情况下,传统的磷铜合金棒摩擦系数在0.18至0.25之间,含有0.6%磷的铜磷合金棒的摩擦系数降至0.15至0.20之间,表明其耐磨性能有所提高,随着含磷量的增加,其摩擦系数不断减少,当含磷量增加至0.8%时,其摩擦系数降低至0.13至0.17之间,其耐磨性能也大幅提高。
实施例2
一种船舶及海洋工程用耐磨高磷铜合金及由该合金制成的高磷铜合金棒,该合金各组分组成按重量百分比分别为:磷0.7%,锡7%,铜92.3%。
上述船舶及海洋工程用耐磨高磷铜合金棒的制作方法,包括以下步骤:
i.按照磷0.7%,锡7%,铜92.3%的配比将电解铜、锡、磷置于工频电炉内,加热至1350℃-1400℃完全熔化,然后保温至1380℃;
ii采用水平连续振动铸造法铸造成外径为120mm,长度为400mm的实心合金锭;
iii.将上述实心合金锭置于箱式真空退火炉中退火4-4.5小时后取出,退火温度为400-450℃,然后置于空气中自然冷却;
iv.将上述冷却后的实心合金锭用光锭机完全去除表面氧化皮,外径由120mm加工到116mm,然后置于合金锭加热炉中加热至600-650℃;
v.采用液压1800吨挤压机将上述加热后的实心合金锭挤压成外径为50mm的高磷铜合金棒;
vi.将外径为50mm的高磷铜合金制头并拉伸至外径42mm,然后采用450-500℃光亮退火;
vii将上述再次退火后的高磷铜合金棒再次制头并拉伸两次成硬态合金棒,外径由42mm控制到38mm的成品尺寸;
viii.将经再次制头并拉伸的高磷铜合金棒矫直并用定尺锯切长度为1500mm,外径公差控制为38mm+/-0.05mm,长度公差控制为1500mm+/-10mm;
ix.对高磷铜合金棒进行涡流探伤,增益为32dB,相位为130Deg,滤波为16N,频率为5.5KHz;
x.包装并入库。
经过试验,以上所述合金棒的弹性及耐磨性均得到大幅提高。如表1所示,传统的磷铜合金棒弹性模量E在105至130GPa之间,含有0.6%磷的铜磷合金棒的弹性模量降至100至120GPa之间,表明其弹性有所提升,而随着含磷量的增加,其弹性模量不断减少,当含磷量增加至0.8%时,其弹性模量降低至95至108GPa之间,其弹性大幅提高。另外,在无润滑的情况下,传统的磷铜合金棒摩擦系数在0.18至0.25之间,含有0.6%磷的铜磷合金棒的摩擦系数降至0.15至0.20之间,表明其耐磨性能有所提高,随着含磷量的增加,其摩擦系数不断减少,当含磷量增加至0.8%时,其摩擦系数降低至0.13至0.17之间,其耐磨性能也大幅提高。
实施例3
一种船舶及海洋工程用耐磨高磷铜合金及由该合金制成的高磷铜合金棒,该合金各组分组成按重量百分比分别为:磷0.8%,锡8%,铜91.2%。
上述船舶及海洋工程用耐磨高磷铜合金棒的制作方法,包括以下步骤:
i.按照磷0.8%,锡8%,铜91.2%的配比将电解铜、锡、磷置于工频电炉内,加热至1350℃-1400℃完全熔化,然后保温至1380℃;
ii采用水平连续振动铸造法铸造成外径为120mm,长度为400mm的实心合金锭;
iii.将上述实心合金锭置于箱式真空退火炉中退火4-4.5小时后取出,退火温度为400-450℃,然后置于空气中自然冷却;
iv.将上述冷却后的实心合金锭用光锭机完全去除表面氧化皮,外径由120mm加工到116mm,然后置于合金锭加热炉中加热至600-650℃;
v.采用液压1800吨挤压机将上述加热后的实心合金锭挤压成外径为50mm的高磷铜合金棒;
vi.将外径为50mm的高磷铜合金制头并拉伸至外径42mm,然后采用450-500℃光亮退火;
vii将上述再次退火后的高磷铜合金棒再次制头并拉伸两次成硬态合金棒,外径由42mm控制到38mm的成品尺寸;
viii.将经再次制头并拉伸的高磷铜合金棒矫直并用定尺锯切长度为1500mm,外径公差控制为38mm+/-0.05mm,长度公差控制为1500mm+/-10mm;
ix.对高磷铜合金棒进行涡流探伤,增益为32dB,相位为130Deg,滤波为16N,频率为5.5KHz;
x.包装并入库。
经过试验,以上所述合金棒的弹性及耐磨性均得到大幅提高。如表1所示,传统的磷铜合金棒弹性模量E在105至130GPa之间,含有0.6%磷的铜磷合金棒的弹性模量E降至100至120GPa之间,表明其弹性有所提升,而随着含磷量的增加,其弹性模量E不断减少,当含磷量增加至0.8%时,其弹性模量E降低至95至108GPa之间,其弹性大幅提高。另外,在无润滑的情况下,传统的磷铜合金棒摩擦系数在0.18至0.25之间,含有0.6%磷的铜磷合金棒的摩擦系数降至0.15至0.20之间,表明其耐磨性能有所提高,随着含磷量的增加,其摩擦系数不断减少,当含磷量增加至0.8%时,其摩擦系数降低至0.13至0.17之间,其耐磨性能也大幅提高。
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)
1.一种船舶及海洋工程用耐磨高磷铜合金,其特征在于,该合金组分中包含磷、锡和铜,其中合金各组分组成按重量百分比分别为:磷0.6-0.8%,锡6-8%,铜91.2-93.4%。
2.根据权利要求1所述的船舶及海洋工程用耐磨高磷铜合金,其特征在于,合金各组分组成按重量百分比分别为:磷0.6%,锡6%,铜93.4%。
3.根据权利要求1所述的船舶及海洋工程用耐磨高磷铜合金,其特征在于,合金各组分组成按重量百分比分别为:磷0.7%,锡7%,铜92.3%。
4.根据权利要求1所述的船舶及海洋工程用耐磨高磷铜合金,其特征在于,合金各组分组成按重量百分比分别为:磷0.8%,锡8%,铜91.2%。
5.一种船舶及海洋工程用耐磨高磷铜合金棒,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所述的船舶及海洋工程用耐磨高磷铜合金棒制作方法,其特征在于,包括以下步骤:
i.按配比将电解铜、锡、磷置于工频电炉内,加热至1350℃-1400℃,完全熔化后保温至1380℃;
ii采用水平连续振动铸造法铸造成实心合金锭;
iii.将上述实心合金锭置于箱式真空退火炉中退火后取出,置于空气中自然冷却;
iv.将上述冷却后的实心合金锭用光锭机去除表面氧化皮,然后置于合金锭加热炉中加热至600-650℃;
v.采用挤压机将上述加热后的实心合金锭挤压成高磷铜合金棒;
vi.制头并拉伸,然后再次退火;
vii将上述再次退火后的高磷铜合金棒再次制头并拉伸;
viii.将经再次制头并拉伸的高磷铜合金棒矫直并用定尺锯切;
ix.对高磷铜合金棒进行涡流探伤。
7.根据权利要求6所述的船舶及海洋工程用耐磨高磷铜合金棒制作方法,其特征在于,步骤iii.中退火时间为4-4.5小时。
8.根据权利要求6所述的船舶及海洋工程用耐磨高磷铜合金棒制作方法,其特征在于,步骤iii.中退火温度为400-450℃。
9.根据权利要求6所述的船舶及海洋工程用耐磨高磷铜合金棒制作方法,其特征在于,步骤vi.中再次退火采用光亮退火。
10.根据权利要求9所述的船舶及海洋工程用耐磨高磷铜合金棒制作方法,其特征在于,所述再次退火采用450-500℃的光亮退火。
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GR01 | Patent grant |