CN103060605A - 一种无铅环保高强度耐磨铜基新型合金棒及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种无铅环保高强度耐磨铜基新型合金棒，由以下组份组成：占合金棒总重量0.05-7%的锰，占合金棒总重量2-11.5%的锡，占合金棒总重量0.01-3%的磷，占合金棒总重量1.5-10%的锌，余量为铜；本发明保持了具有传统含铅的锡青铜合金棒性能的同时，采用锰元素取代了铅元素，从而满足了环保的要求。
Description
技术领域
本发明涉及合金棒材领域，具体涉及一种无铅环保高强度耐磨铜基新型合金棒及其制备方法。
背景技术
传统含铅的锡青铜合金具有较高的减摩性、良好的可加工性、易于焊接和钎焊以及在大气和淡水中具有良好耐磨性；其主要用于制造航空、汽车及其他工业部门中承受摩擦并进行必要焊接的零件，例如：气缸活塞销衬套、轴承和衬套的内衬、福连杆衬套、圆盘和垫圈等。
但是，含铅的锡青铜合金由于含铅，不仅热加工时易引起热脆，故其只能在冷态下进行加工；更满足不了高标准的环保要求。
发明内容
本发明的目的在于提供一种不仅具有传统含铅青铜合金的性能而又满足环保要求的无铅环保高强度耐磨铜基新型合金棒及其制备方法。
为了实现上述发明目的，本发明采用的技术方案如下：
一种无铅环保高强度耐磨铜基新型合金棒，其特征在于，由以下组分组成：占合金棒总重量0.05-7%的锰，占合金棒总重量4-11.5%的锡，占合金棒总重量0.01-3%的磷，占合金棒总重量2-10%的锌，余量为铜。
优选地，所述的无铅环保高强度耐磨铜基新型合金棒，其特征在于，由以下组份组成：占合金棒总重量0.05-0.5%的锰，占合金棒总重量4-6%的锡，占合金棒总重量0.01-0.5%的磷，占合金棒总重量5-7%的锌，余量为铜。
优选地，所述的无铅环保高强度耐磨铜基新型合金棒，其特征在于，由以下组份组成：占合金棒总重量3-5%的锰，占合金棒总重量7-9%的锡，占合金棒总重量0.05-0.7%的磷，占合金棒总重量4-6%的锌，余量为铜。
优选地，所述的无铅环保高强度耐磨铜基新型合金棒，其特征在于，由以下组份组成：占合金棒总重量5-7%的锰，占合金棒总重量9-11%的锡，占合金棒总重量1-3%的磷，占合金棒总重量2-4%的锌，余量为铜。
优选地，所述的无铅环保高强度耐磨铜基新型合金棒，其特征在于，由以下组份组成：占合金棒总重量4-6%的锰，占合金棒总重量10-11.5%的锡，占合金棒总重量0.5-1.5%的磷，占合金棒总重量8-10%的锌，余量为铜。
优选地，铜可以是电解铜。
本发明提供的海洋工程用高强度耐腐蚀铜基合金棒的制备方法，包括如下步骤：
1）按照配比将铜﹑锰、磷、锡、锌置于工频电炉内，加热至1200-1300℃完全溶化后保温至1100-1200℃；
2）用石墨棒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，厚度约为10-25cm；
3）保温1-2.5小时后，用德国斯派克直读光谱仪对从炉内取出的样品进行三次成分检验，以确定其合金成分在规定范围之内；
4）进一步保温50-60分钟后，重新升温至1200-1300℃，并开启工频电炉振动装置，采用水平连铸方法铸造成直径为60-110mm，长度为600-1200mm的实心毛坯合金棒材；
5）用铜锭铣床或者车床对毛坯铜棒进行表面加工，加工为表面光洁直径58-105mm，长度为600-1200mm的铜棒；
6）采用1200吨单动挤压机或者800吨单动挤压机挤压：合金锭加热温度为200-350℃，挤压温度为200-350℃，挤压速度为V=10-20mm/s，挤压后铜棒的直径为55-66mm，长度为1200-2000mm；
7）退火，用箱式退火炉对挤压后的铜棒进行退火处理：退火温度为200-350℃，退火时间为1-2.5小时；
进一步地，还包括步骤8）拉拔，将步骤7）得到的铜棒进行多次拉拔，拉成直径为30mm,公差为+/-0.1mm的合金棒，并将其矫直后切割为长度为1500mm的成品后包装入库；
进一步地，还包括步骤8）剥皮，将步骤7）得到的铜棒进行剥皮，使其直径为30-65mm，公差为+/-0.1mm的合金棒，并将其矫直后切割为长度为1000-1500mm的成品后包装入库；
在本发明的制备方法中，铜可以是电解铜。
本发明的有益效果是：本发明提供了一种无铅环保高强度耐磨铜基新型合金棒，其采用金属元素锰取代了铅元素，并将锰、锌、锡、磷、铜按照一定的成分配比在适当的温度下熔化后，经水平连铸、挤压和拉拔机拉拔或者剥皮后得到完全能够取代含有铅元素的合金棒材；本发明不仅具备了传统含铅的锡青铜合金性能还满足了环保的要求。
具体实施方式
以下结合实施例对本发明作进一步说明，但并非限制本发明的应用范围。
实施例1
无铅环保高强度耐磨铜基新型合金棒，由以下组分组成：占合金棒总重量0.05%的锰，占合金棒总重量4%的锡，占合金棒总重量0.01%的磷，占合金棒总重量5%的锌，余量为铜。
上述无铅环保高强度耐磨铜基新型合金棒通过以下方法制得：
步骤一：按照配比将铜﹑锰、磷、锡、锌置于工频电炉内，加热至1200-1250℃完全溶化后保温至1150℃；
步骤二：用石墨棒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，厚度约为15-20cm；
步骤三：保温1-1.5小时后，用德国斯派克直读光谱仪对从炉内取出的样品进行三次成分检验，以确定其合金成分在规定范围之内；
步骤四：进一步保温50-60分钟后，重新升温至1250℃，并开启工频电炉振动装置，采用水平连铸方法铸造成直径为110mm，长度为700的毛坯合金棒材；
步骤五：用铜锭铣床对毛坯铜棒进行表面加工，加工为表面光洁直径为105mm，长度为700mm的铜棒；
步骤六：采用800吨单动挤压机挤压：合金锭加热温度200-250℃，挤压温度为550℃，挤压速度为V=10mm/s，挤压后铜棒的直径为60mm，长度为2000mm；
步骤七：退火，用箱式退火炉对挤压后的铜棒进行退火处理：退火温度为300-350℃，退火时间为2-2.5小时；
步骤八：拉拔，将挤制出的铜棒进行多次拉拔，拉成直径为30mm，公差为+/-0.1mm；并将合金棒矫直，切割为长度1500mm的成品后包装入库。
实施例2
无铅环保高强度耐磨铜基新型合金棒，由以下组分组成：占合金棒总重量0.5%的锰，占合金棒总重量6%的锡，占合金棒总重量0.5%的磷，占合金棒总重量7%的锌，余量为铜。
上述无铅环保高强度耐磨铜基新型合金棒成品通过与实施例1相同的方法得到。
实施例3
无铅环保高强度耐磨铜基新型合金棒，由以下组分组成：占合金棒总重量0.25%的锰，占合金棒总重量5%的锡，占合金棒总重量0.25%的磷，占合金棒总重量6%的锌，余量为铜。
上述无铅环保高强度耐磨铜基新型合金棒成品通过与实施例1相同的方法得到。
实施例4
无铅环保高强度耐磨铜基新型合金棒，由以下组分组成：占合金棒总重量3%的锰，占合金棒总重量7%的锡，占合金棒总重量0.05%的磷，占合金棒总重量4%的锌，余量为铜。
上述无铅环保高强度耐磨铜基新型合金棒通过以下方法制得：
步骤一：按照配比将铜﹑锰、磷、锡、锌置于工频电炉内，加热至1250-1300℃完全溶化后保温至1200℃；
步骤二：用石墨棒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，厚度约为10-15cm；
步骤三：保温1.5-2小时后，用德国斯派克直读光谱仪对从炉内取出的样品进行三次成分检验，以确定其合金成分在规定范围之内；
步骤四：进一步保温50-60分钟后，重新升温至1300℃，并开启工频电炉振动装置，采用水平连铸方法铸造成直径径为100mm，长度为600mm的实心毛坯合金棒材；
步骤五：用铜锭铣床对毛坯铜棒进行表面加工，加工为表面光洁直径为95mm，长度为600mm的铜棒；
步骤六：采用1200吨单动挤压机挤压：合金锭加热温度300-350℃，挤压温度为450℃，挤压速度为V=15mm/s，挤压后铜棒的直径为55mm，长度为2000mm；
步骤七：退火，用箱式退火炉对挤压后的铜棒进行退火处理：退火温度为300-350℃，退火时间为2-2.5小时；
步骤八：拉拔，将挤制出的铜棒进行多次拉拔，拉成直径为45mm，公差为+/-0.1mm；并将合金棒矫直，切割为长度1500mm的成品后包装入库。
实施例5
无铅环保高强度耐磨铜基新型合金棒，由以下组分组成：占合金棒总重量5%的锰，占合金棒总重量9%的锡，占合金棒总重量0.7%的磷，占合金棒总重量6%的锌，余量为铜。
上述无铅环保高强度耐磨铜基新型合金棒成品通过与实施例4相同的方法得到。
实施例6
无铅环保高强度耐磨铜基新型合金棒，由以下组分组成：占合金棒总重量4%的锰，占合金棒总重量8%的锡，占合金棒总重量0.35%的磷，占合金棒总重量5%的锌，余量为铜。
上述无铅环保高强度耐磨铜基新型合金棒成品通过与实施例4相同的方法得到。
实施例7
无铅环保高强度耐磨铜基新型合金棒，由以下组分组成：占合金棒总重量5%的锰，占合金棒总重量9%的锡，占合金棒总重量1%的磷，占合金棒总重量2%的锌，余量为铜。
上述无铅环保高强度耐磨铜基新型合金棒通过以下方法制得：
步骤一：按照配比将铜﹑锰、磷、锡、锌置于工频电炉内，加热至1230-1280℃完全溶化后保温至1150℃；
步骤二：用石墨棒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，厚度约为15-18cm；
步骤三：保温1-1.5小时后，用德国斯派克直读光谱仪对从炉内取出的样品进行三次成分检验，以确定其合金成分在规定范围之内；
步骤四：进一步保温50-60分钟后，重新升温至1250℃，并开启工频电炉振动装置，采用水平连铸方法铸造成直径为60mm，长度为1000mm的实心毛坯合金棒材；
步骤五：用铜锭铣床对毛坯铜棒进行表面加工，加工为表面光洁直径为58mm，长度为1000mm的铜棒；
步骤六：采用1200吨单动挤压机挤压：合金锭加热温度300-350℃，挤压温度为500℃，挤压速度为V=20mm/s，挤压后铜棒的直径为55mm，长度为1200mm；
步骤七：退火，用箱式退火炉对挤压后的铜棒进行退火处理：退火温度为200-250℃，退火时间为1-1.5小时；
步骤八：拉拔，将挤制出的铜棒进行多次拉拔，拉成直径为40mm，公差为+/-0.1mm；并将合金棒矫直，切割为长度1000mm的成品后包装入库。
实施例8
无铅环保高强度耐磨铜基新型合金棒，由以下组分组成：占合金棒总重量7%的锰，占合金棒总重量11%的锡，占合金棒总重量3%的磷，占合金棒总重量4%的锌，余量为铜。
上述无铅环保高强度耐磨铜基新型合金棒成品通过与实施例7相同的方法得到。
实施例9
无铅环保高强度耐磨铜基新型合金棒，由以下组分组成：占合金棒总重量6%的锰，占合金棒总重量10%的锡，占合金棒总重量2%的磷，占合金棒总重量3%的锌，余量为铜。
上述无铅环保高强度耐磨铜基新型合金棒成品通过与实施例7相同的方法得到。
实施例10
无铅环保高强度耐磨铜基新型合金棒，由以下组分组成：占合金棒总重量4%的锰，占合金棒总重量10%的锡，占合金棒总重量0.5%的磷，占合金棒总重量8%的锌，余量为铜。
上述无铅环保高强度耐磨铜基新型合金棒通过以下方法制得：
步骤一：按照配比将铜﹑锰、磷、锡、锌置于工频电炉内，加热至1200-1250℃完全溶化后保温至1100℃；
步骤二：用石墨棒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，厚度约为20-25cm；
步骤三：保温2-2.5小时后，用德国斯派克直读光谱仪对从炉内取出的样品进行三次成分检验，以确定其合金成分在规定范围之内；
步骤四：进一步保温50-60分钟后，重新升温至1200℃，并开启工频电炉振动装置，采用水平连铸方法铸造成直径为75mm，长度为1200mm的毛坯合金棒材，其中铸造速度为1.5mm/s；
步骤五：用铜锭铣床对毛坯铜棒进行表面加工，加工为表面光洁直径径为70mm长度为1200mm的铜棒；
步骤六：采用1200吨单动挤压机挤压：合金锭加热温度300-350℃，挤压温度为400℃，挤压速度为V=20mm/s，挤压后铜棒的直径为66mm，长度为1250mm；
步骤七：退火，用箱式退火炉对挤压后的铜棒进行退火处理：退火温度为200-250℃，退火时间为1-2.5小时；
步骤八：剥皮，将将挤制出的铜棒进行剥皮，使其直径为65mm，公差为+/-0.1mm；并将合金棒矫直，切割为长度1000mm的成品后将其包装入库。
实施例11
无铅环保高强度耐磨铜基新型合金棒，由以下组分组成：占合金棒总重量6%的锰，占合金棒总重量11.5%的锡，占合金棒总重量1%的磷，占合金棒总重量9%的锌，余量为铜。
上述无铅环保高强度耐磨铜基新型合金棒成品通过与实施例10相同的方法得到。
实施例12
无铅环保高强度耐磨铜基新型合金棒，由以下组分组成：占合金棒总重量5%的锰，占合金棒总重量11%的锡，占合金棒总重量1%的磷，占合金棒总重量9%的锌，余量为铜。
上述无铅环保高强度耐磨铜基新型合金棒成品通过与实施例10相同的方法得到。
比较例
含铅锡青铜合金棒由以下组分组成：占合金棒总量7%的锡，占合金棒总量7%的铅，占合金棒总量3%的锌，余量为铜。
含铅锡青铜合金棒采用本领域公知的方法得到。
本发明提供的无铅环保高强度耐磨铜基新型合金棒以及含铅锡青铜合金棒的机械性能如表1所示。
表1
| 延伸率% | 屈服强度（MPa） | 抗拉强度(MPa) | |
| 实施例1 | 11 | 190 | 285 |
| 实施例2 | 11 | 175 | 320 |
| 实施例3 | 11.5 | 182 | 310 |
| 实施例4 | 10.5 | 190 | 330 |
| 实施例5 | 12 | 195 | 340 |
| 实施例6 | 10 | 175 | 365 |
| 实施例7 | 11.5 | 180 | 370 |
| 实施例8 | 11 | 185 | 310 |
| 实施例9 | 12 | 185 | 320 |
| 实施例10 | 11 | 175 | 310 |
| 实施例11 | 10.5 | 162 | 295 |
| 实施例12 | 11 | 190 | 285 |
| 比较例 | 10 | 138 | 248MPa |
从表1可以看出以上实施例提供的一种无铅环保高强度耐磨铜基新型合金棒的屈服强度和抗拉强度明显大于比较例提供的传统含铅锡青铜合金棒的屈服强度和抗拉强度。
综上，上述实施例提供了一种无铅环保高强度耐磨铜基新型合金棒，其采用金属元素锰取代了铅元素，并将锰、锌、锡、磷、铜按照一定的成分配比在适当的温度下熔化后，经水平连铸、挤压和表面处理后得到完全能够取代含有铅元素的合金棒材；上述实施例提供的无铅环保高强度耐磨铜基新型合金棒不仅具备了传统含铅的锡青铜性能还满足了环保的要求。
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)
1.一种无铅环保高强度耐磨铜基新型合金棒，其特征在于，由以下组分组成：占合金棒总重量0.05-7%的锰，占合金棒总重量4-11.5%的锡，占合金棒总重量0.01-3%的磷，占合金棒总重量2-10%的锌，余量为铜。
2.根据权利要求1所述的无铅环保高强度耐磨铜基新型合金棒，其特征在于，由以下组份组成：占合金棒总重量0.05-0.5%的锰，占合金棒总重量4-6%的锡，占合金棒总重量0.01-0.5%的磷，占合金棒总重量5-7%的锌，余量为铜。
3.根据权利要求1所述的无铅环保高强度耐磨铜基新型合金棒，其特征在于，由以下组份组成：占合金棒总重量3-5%的锰，占合金棒总重量7-9%的锡，占合金棒总重量0.05-0.7%的磷，占合金棒总重量4-6%的锌，余量为铜。
4.根据权利要求1所述的无铅环保高强度耐磨铜基新型合金棒，其特征在于，由以下组份组成：占合金棒总重量5-7%的锰，占合金棒总重量9-11%的锡，占合金棒总重量1-3%的磷，占合金棒总重量2-4%的锌，余量为铜。
5.根据权利要求1所述的无铅环保高强度耐磨铜基新型合金棒，其特征在于，由以下组份组成：占合金棒总重量4-6%的锰，占合金棒总重量10-11.5%的锡，占合金棒总重量0.5-1.5%的磷，占合金棒总重量8-10%的锌，余量为铜。
6.根据权利要求1-5所述的无铅环保高强度耐磨铜基新型合金棒，其特征在于，铜为电解铜。
7.一种如权利要求1-5所述的无铅环保高强度耐磨铜基新型合金棒的制备方法，其特征在于包括以下步骤：
1）按照配比将铜﹑锰、磷、锡、锌置于工频电炉内，加热至1200-1300℃，待其完全溶化后保温至1100-1200℃；
2）用石墨棒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，厚度约为10-25cm；
3）保温1-2.5小时后，用德国斯派克直读光谱仪对从炉内取出的样品进行三次成分检验，以确定其合金成分在规定范围之内；
4）进一步保温50-60分钟后，重新升温至1200-1300℃，并开启工频电炉振动装置，采用水平连铸方法铸造成直径为60-110mm，长度为600-1200mm的实心毛坯合金棒材；
5）用铜锭铣床或者车床对毛坯铜棒进行表面加工，加工为表面光洁直径58-105mm，长度为600-1200mm的铜棒；
6）采用1200吨单动挤压机或者800吨单动挤压机挤压：合金锭加热温度为200-350℃，挤压温度为200-350℃，挤压速度为V=10-20mm/s，挤压后铜棒的直径为55-66mm，长度为1200-2000mm；
7）退火，用箱式退火炉对挤压后的铜棒进行退火处理：退火温度为200-350℃，退火时间为1-2.5小时。
8.根据权利要求7所述的无铅环保高强度耐磨铜基新型合金棒的制备方法，其特征在于，还包括步骤8）拉拔，将步骤7）得到的铜棒进行多次拉拔，拉成直径为30-65mm，公差为+/-0.1mm的合金棒，并将其矫直后切割为长度为1000-1500mm的成品后包装入库。
9.根据权利要求7所述的无铅环保高强度耐磨铜基新型合金棒的制备方法，其特征在于，还包括步骤8）剥皮，将步骤7）得到的铜棒进行剥皮，使其直径为30-65mm，公差为+/-0.1mm的合金棒，并将其矫直后切割为长度为1000-1500mm的成品后包装入库。
10.根据权利要求7所述的无铅环保高强度耐磨铜基新型合金棒的制备方法，其特征在于，铜为电解铜。
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