CN103194643A - 一种含硅与铝的铜基合金管及其制备方法 - Google Patents

一种含硅与铝的铜基合金管及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种含硅与铝的铜基合金管及其制备方法，该合金管由以下组份组成：占合金管总重量50-55%的铜，占合金管总重量1-1.5%的硅，占合金管总重量0.05-0.5%的铝，余量为锌。本发明利用硅和铝元素替代了铅元素在铜合金中形成弥散分布的单独相，形成的这些相使本发明在切削时起到断屑作用，从而改善了铜合金的切削加工性能，而且还符合环保健康标准。

Description

一种含硅与铝的铜基合金管及其制备方法
技术领域
本发明涉及合金管材领域，具体涉及一种含硅与铝的铜基合金管及其制备方法。
背景技术
含铅铜合金之所以具有好的切削性能和减摩耐磨性能，主要是由于铅在铜合金中以单项存在，在切削时起到良好的断屑作用；在摩擦摩损环境下，由于铅的剪切强度非常低，铜合金零件表面的铅使得含铅铜合金的摩擦系数比较低，所以，铅元素在黄铜合金中较普遍使用。
然而铅是严重危害人类寿命与自然环境的化学物质之一，合金中的铅在使用过程中极易从基体中侵出或脱出，工业废品中的含铅则渗入地下水系统，各种形式的铅通过各种途径进入动物或人的食物链，危害人类的健康，影响环境。
由上可知，开发无铅铜合金成为了当今金属材料行业所面临的重大课题，也是响应世界循环经济（EHS计划）要求的重要工作。
发明内容
本发明的目的在于提供一种含硅与铝的铜基合金管及其制备方法，利用本发明在不提高成本的基础上既满足了无铅环保性能的要求的同时，又能保证了材料在应用中对切削性能及机械物理性能的要求。
为了实现上述发明目的，本发明采用的技术方案如下：
一种含硅与铝的铜基合金管，由以下组份组成：占合金管总重量50-55%的铜，占合金管总重量1-1.5%的硅，占合金管总重量0.05-0.5%的铝，余量为锌。
优选地，由以下组份组成：占合金管总重量50%的铜，占合金管总重量1%的硅，占合金管总重量0.05%的铝，余量为锌。
优选地，由以下组份组成：占合金管总重量55%的铜，占合金管总重量1.5%的硅，占合金管总重量0.5%的铝，余量为锌。
优选地，由以下组份组成：占合金管总重量52.5%的铜，占合金管总重量1.25%的硅，占合金管总重量0.275%的铝，余量为锌。
优选地，铜为电解铜。
本发明提供的一种新型无铅铜基合金管的制备方法，包括以下步骤：
1）按照配比将电解铜、硅、铝、锌置于工频电炉内，加热至1150-1200度，待完全熔化后保温至1100度；
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石墨粉以防止其氧化，厚度为10-15cm;
3）保温1-1.5小时后，用光谱仪对从炉内取出的样品进行成分检验，确定其合金成分在规定的范围内；
4）进一步保温至50-60分钟后，重新升温至1200度，开启工频电炉的振动装置，采用水平连铸方法造成外径为200mm，内径为150mm，长度为550mm的空心毛坯合金管材；
5）挤压前退火，用箱式退火炉对合金管进行退火处理：退火温度为300-350度，退火时间为1.5-2小时，使合金管的硬度下降至60-70HB，以便于挤压；
6）用铜锭铣床对退火后的毛坯合金管材进行表面加工，加工为表面外径为190mm，内径为155mm，长度为500mm的合金管；
7）挤压，采用2500吨单动挤压机挤压，合金锭的加热温度为180-200度，挤压温度为400度，挤压速度为15mm/s，多次挤压后合金管的外径为185mm，公差为+/-1mm，内径为165mm，公差为+/-1mm；
8）成品退火，用箱式退火炉对挤压后的合金管进行退火处理；退火温度为100-200度，退火时间为1.5-2小时。
9）探伤，将退火处理后的合金管进行探伤，探伤比例为100%；
10）将探伤合格的产品切割为长度300mm的成品包装入库。
进一步地，步骤3）中所述光谱仪采用斯派克直读光谱仪。
进一步地，步骤3）中的成分检验次数为3-6次。
本发明的有益效果是：本发明提供了一种含硅与铝的铜基合金管及其制备方法，其利用硅和铝元素替代了铅元素在铜合金中形成弥散分布的单独相，形成的这些相使本发明在切削时起到断屑作用，从而改善了铜合金的切削加工性能，而且还符合环保健康标准。
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
一种含硅与铝的铜基合金管，由以下组份组成：占合金管总重量50%的铜，占合金管总重量1%的硅，占合金管总重量0.05%的铝，余量为锌。
按照上述配比将电解铜、硅、铝、锌置于工频电炉内，加热至1150-1200度，完全熔化后保温至1100度；用石墨棒将完全熔化后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，其厚度约为10-15cm；保温1-1.5小时后，用德国进口斯派克直读光谱仪对从炉内取出的样品进行3-6次检验，来确定其合金成分在规定范围之内；进一步保温50-60分钟后，重新升温至1200度，并开启工频电炉的振动装置，采用水平连铸方法铸造成外径为200mm±1mm，内径为150mm±1mm，长度为550mm±1mm的空心毛坯合金管材；用箱式退火炉对毛坯合金管材进行退火处理，且退火温度为300-350度，退火时间为1.5-2小时，使其硬度下降至60-70HB，以便于挤压；用铜锭铣床对上述退火后的合金管材进行表面加工，加工为表面光洁直径为190mm±1mm,内径为155mm±1mm，长度为500mm±1mm的合金管；将表面加工后的合金管用2500吨的单动挤压机挤压：其中，合金锭的温度为180-200度，挤压温度为400度，挤压速度为15mm/s，进行多次挤压后，该合金管的外径为185mm±1mm，内径为165mm±1mm；之后进行成品退火处理，用箱式退火炉对挤压后的合金管进行退火处理：退火温度为100-200度，退火时间为1.5-2小时；最后探伤，将退火完成的铜管进行探伤，探伤比例为100%，并将探伤合格的产品切割为长度300mm±1mm的成品进行包装入库。
与现有的含铅合铜基合金管相比，本实施例提供的一种含硅与铝的铜基合金管切削性能好，可加工性好，耐磨性好，且制备工艺简单，成本低，不会对环境造成污染。
实施例2
一种含硅与铝的铜基合金管，由以下组份组成：占合金管总重量55%的铜，占合金管总重量1.5%的硅，占合金管总重量0.5%的铝，余量为锌。
按照上述配比将电解铜、硅、铝、锌置于工频电炉内，加热至1150-1200度，完全熔化后保温至1100度；用石墨棒将完全熔化后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，其厚度约为10-15cm；保温1-1.5小时后，用德国进口斯派克直读光谱仪对从炉内取出的样品进行3-6次检验，来确定其合金成分在规定范围之内；进一步保温50-60分钟后，重新升温至1200度，并开启工频电炉的振动装置，采用水平连铸方法铸造成外径为200mm±1mm，内径为150mm±1mm，长度为550mm±1mm的空心毛坯合金管材；用箱式退火炉对毛坯合金管材进行退火处理，且退火温度为300-350度，退火时间为1.5-2小时，使其硬度下降至60-70HB，以便于挤压；用铜锭铣床对上述退火后的合金管材进行表面加工，加工为表面光洁直径为190mm±1mm,内径为155mm±1mm，长度为500mm±1mm的合金管；将表面加工后的合金管用2500吨的单动挤压机挤压：其中，合金锭的温度为180-200度，挤压温度为400度，挤压速度为15mm/s，进行多次挤压后，该合金管的外径为185mm±1mm，内径为165mm±1mm；之后进行成品退火处理，用箱式退火炉对挤压后的合金管进行退火处理：退火温度为100-200度，退火时间为1.5-2小时；最后探伤，将退火完成的铜管进行探伤，探伤比例为100%，并将探伤合格的产品切割为长度300mm±1mm的成品进行包装入库。
与现有的含铅合铜基合金管相比，本实施例提供的一种含硅与铝的铜基合金管改善了黄铜的切削加工性能，其生产工艺简单、成本较低、且不会对环境造成污染。
实施例3
占合金管总重量52.5%的铜，占合金管总重量1.25%的硅，占合金管总重量0.275%的铝，余量为锌。
按照上述配比将电解铜、硅、铝、锌置于工频电炉内，加热至1150-1200度，完全熔化后保温至1100度；用石墨棒将完全熔化后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，其厚度约为10-15cm；保温1-1.5小时后，用德国进口斯派克直读光谱仪对从炉内取出的样品进行3-6次检验，来确定其合金成分在规定范围之内；进一步保温50-60分钟后，重新升温至1200度，并开启工频电炉的振动装置，采用水平连铸方法铸造成外径为200mm±1mm，内径为150mm±1mm，长度为550mm±1mm的空心毛坯合金管材；用箱式退火炉对毛坯合金管材进行退火处理，且退火温度为300-350度，退火时间为1.5-2小时，使其硬度下降至60-70HB，以便于挤压；用铜锭铣床对上述退火后的合金管材进行表面加工，加工为表面光洁直径为190mm±1mm,内径为155mm±1mm，长度为500mm±1mm的合金管；将表面加工后的合金管用2500吨的单动挤压机挤压：其中，合金锭的温度为180-200度，挤压温度为400度，挤压速度为15mm/s，进行多次挤压后，该合金管的外径为185mm±1mm，内径为165mm±1mm；之后进行成品退火处理，用箱式退火炉对挤压后的合金管进行退火处理：退火温度为100-200度，退火时间为1.5-2小时；最后探伤，将退火完成的铜管进行探伤，探伤比例为100%，并将探伤合格的产品切割为长度300mm±1mm的成品进行包装入库。
与现有的含铅合铜基合金管相比，本实施例提供的一种含硅与铝的铜基合金管改善了黄铜的切削加工性能，其生产工艺简单、成本较低、且不会对环境造成污染。
本发明提供的一种含硅与铝的铜基合金管以及现有的含铅合金管的机械性能如表1所示。
表1 新型无铅铜基合金管性能
Figure BDA00003033240400061
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 (8)

1.一种含硅与铝的铜基合金管，其特征在于，由以下组份组成：占合金管总重量50-55%的铜，占合金管总重量1-1.5%的硅，占合金管总重量0.05-0.5%的铝，余量为锌。
2.根据权利要求1所述新型无铅铜基合金管，其特征在于，由以下组份组成：占合金管总重量50%的铜，占合金管总重量1%的硅，占合金管总重量0.05%的铝，余量为锌。
3.根据权利要求1所述的新型无铅铜基合金管，其特征在于，由以下组份组成：占合金管总重量55%的铜，占合金管总重量1.5%的硅，占合金管总重量0.5%的铝，余量为锌。
4.根据权利要求1所述的新型无铅铜基合金管，其特征在于，由以下组份组成：占合金管总重量52.5%的铜，占合金管总重量1.25%的硅，占合金管总重量0.275%的铝，余量为锌。
5.根据权利要求1-4任一权利要求所述的新型无铅铜基合金管，其特征在于，铜为电解铜。
6.一种如权利要求1-5任一权利要求所述的新型无铅铜基合金管的制备方法，其特征在于包括以下步骤：
1）按照配比将电解铜、硅、铝、锌置于工频电炉内，加热至1150-1200度，待完全熔化后保温至1100度；
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石墨粉以防止其氧化，厚度为10-15cm;
3）保温1-1.5小时后，用光谱仪对从炉内取出的样品进行成分检验，确定其合金成分在规定的范围内；
4）进一步保温至50-60分钟后，重新升温至1200度，开启工频电炉的振动装置，采用水平连铸方法造成外径为200mm，内径为150mm，长度为550mm的空心毛坯合金管材；
5）挤压前退火，用箱式退火炉对合金管进行退火处理：退火温度为300-350度，退火时间为1.5-2小时，使合金管的硬度下降至60-70HB，以便于挤压；
6）用铜锭铣床对退火后的毛坯合金管材进行表面加工，加工为表面外径为190mm，内径为155mm，长度为500mm的合金管；
7）挤压，采用2500吨单动挤压机挤压，合金锭的加热温度为180-200度，挤压温度为400度，挤压速度为15mm/s，多次挤压后合金管的外径为185mm，公差为+/-1mm，内径为165mm，公差为+/-1mm；
8）成品退火，用箱式退火炉对挤压后的合金管进行退火处理；退火温度为100-200度，退火时间为1.5-2小时；
9）探伤，将退火处理后的合金管进行探伤，探伤比例为100%；
10）将探伤合格的产品切割为长度300mm的成品包装入库。
7.根据权利要求6要求所述的新型无铅铜基合金管，其特征在于，步骤3）中所述光谱仪采用斯派克直读光谱仪。
8.根据权利要求6要求所述的新型无铅铜基合金管，其特征在于，步骤3）中的成分检验次数为3-6次。
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