CN103484714A - 一种新型垂直连续铸造无铅铜基合金管及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种新型垂直连续铸造无铅铜基合金管及其制备方法。本发明的新型垂直连续铸造无铅铜基合金管，由以下重量配比的组分组成：0.2%-0.5%的镁、1%-2%的锡、10%-12%的锌、以及余量为铜。本发明的新型垂直连续铸造无铅铜基合金管是一种不含铅，且仍然具有良好的切削性能和减摩耐磨性能的合金管。本发明的制备方法特别采用垂直连续铸造的方法，可有效利用保温炉内部的溶液，降低水平连续铸造时候残留炉底溶液的数量，以此提高熔炼产品的生产效率，较低损耗，节约成本。

Description

一种新型垂直连续铸造无铅铜基合金管及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种合金材料，特别涉及一种新型垂直连续铸造无铅铜基合金管及其制备方法。

背景技术

现有的含铅铜合金之所以具有很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，由此在切削时起到良好的断屑作用；同时在摩擦磨损的环境下，由于铅的剪切强度非常低，在铜合金零件表面的铅使得含铅的铜合金的摩擦系数比较低。因此，使得铅元素在黄铜合金中较普遍地使用。

但随着现代工业和经济发展，尤其是对环保的要求，如ROHS在电子工业中的禁铅指令政策的实施，这使得铅的使用受到了极大地限制。因此，现有技术中急需要一种不含铅，且同样具有良好的切削性能和减摩耐磨性能的铜合金管。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术中存在的难题，提供一种不含铅，且具有良好的切削性能和减摩耐磨性能的新型垂直连续铸造无铅铜基合金管及其制备方法。

为了实现上述发明目的，本发明采用的技术方案如下：

一种新型垂直连续铸造无铅铜基合金管，由以下重量配比的组分组成：0.2%-0.5%的镁、1%-2%的锡、10%-12%的锌、以及余量为铜。

在本发明的一优选实施例中，上述新型垂直连续铸造无铅铜基合金管由以下重量配比的组分组成：0.3%-0.4%的镁、1.2%-1.8%的锡、10.5%-11.5%的锌、以及余量为铜。

在本发明的另一优选实施例中，上述新型垂直连续铸造无铅铜基合金管由以下重量配比的组分组成：0.35%的镁、1.5%的锡、11%的锌、以及余量为铜。

在本发明的又一优选实施例中，上述新型垂直连续铸造无铅铜基合金管由以下重量配比的组分组成：0.2%的镁、1%的锡、10%的锌、以及余量为铜。

在本发明的再一优选实施例中，上述新型垂直连续铸造无铅铜基合金管由以下重量配比的组分组成：0.5%的镁、2%的锡、12%的锌、以及余量为铜。

本发明的另一目的是提供一种上述新型垂直连续铸造无铅铜基合金管的制备方法。

本发明的新型垂直连续铸造无铅铜基合金管的制备方法，包括以下步骤：

1）按照配比称取电解铜﹑锡﹑锌置于工频电炉内进行真空熔炼，加热使所述电解铜﹑锡﹑锌完全熔化之后，在真空状态下保温；

2）将按照配比称取的金属镁添加到保温后的铜﹑锡﹑锌合金溶液中，并搅拌使熔化的合金溶液混合均匀后，在合金溶液的上面覆盖鳞片状石墨粉；

3）将步骤2）中混合均匀的合金溶液进行保温，在保温后升温至1200℃，并开启工频电炉的振动装置，采用垂直连铸的方法将合金溶液铸造成合金管。

上述步骤1）中，所述加热使所述电解铜﹑锡﹑锌完全熔化的加热温度为1150℃-1200℃；所述真空状态下保温的保温温度为1100℃，保温时间为30-40分钟。

上述步骤2）中，所述搅拌的搅拌工具为石墨工具，所述覆盖鳞片状石墨粉的厚度为15cm-20cm。

将骤2）中混合均匀的合金溶液进行保温，该保温步骤可分两步进行，也可一步保温到足够长的时间。若分一步进行，那么保温的保温时间为50-70分钟，在温度为1100℃下进行。若分两步进行，那么第一步保温的保温时间可为30-40分钟，第二步保温的保温时间可为20-30分钟，两步保温均可在1100℃下进行；特别是，可在第一步保温时，可取样检测步骤3）中上述混合均匀的合金溶液的成分含量。

上述制备方法还包括对所述步骤3）中制备得到的合金管进行后处理，所述后处理包括以下步骤：

1）将所述合金管置于光锭机中进行表面加工后，再置于挤压机中挤压，以获得所需尺寸和表面光洁程度的合金管；

2）将步骤1）中处理好的合金管置于退火炉中进行退火处理，所述退火处理的退火温度为100℃-200℃，退火时间为30-40分钟；

3）将步骤2）中退火处理好的合金管进行探伤，所述探伤的探伤比例为100%；

4）将步骤3）中探伤合格的合金管进行表面处理，以使所述合金管内外表面光滑。

本发明的新型垂直连续铸造无铅铜基合金管的成分的设计原则是在保持或不明显地降低原含铅锡青铜切削性及耐磨减摩性的基础上,杜绝铅的加入和通过添加镁元素来实现上述技术目的。

原理是利用添加的镁元素在铜合金中形成弥散分布的单独相，这些相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。因此使得本发明的新型垂直连续铸造无铅铜基合金管在不含铅的情况下也能具有良好的切削性能和减摩耐磨性能。

此外，本发明的生产工艺是按照特定的成分配比将镁﹑锡﹑锌﹑铜在适当的温度下，通过连续铸造毛坯锭，用挤压机挤压而生产出完全能够取代含有铅元素的合金棒材。特别是，采用垂直连续铸造的方法有效的利用保温炉内部的溶液，降低水平连续铸造时候残留炉底溶液的数量，以此提高熔炼产品的生产效率，较低损耗，节约成本。

附图说明

图1是本发明的新型垂直连续铸造无铅铜基合金管的制备方法的流程图。

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，下面结合附图及实施例，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。

实施例1

本实施例中的新型垂直连续铸造无铅铜基合金管，由以下重量配比的组分组成：0.2%的镁、1%的锡、10%的锌、以及余量为铜。

在本实施例中上述新型垂直连续铸造无铅铜基合金管，由以下步骤制得（如图1所示）：

步骤一：按照配比称取电解铜﹑锡﹑锌和金属镁，将称取好的电解铜﹑锡﹑锌置于工频电炉内进行真空熔炼，加热至1150℃使其完全熔化之后，在真空状态下保温至1100℃，保温时间为30分钟。

步骤二：将按照配比称取好的金属镁添加到上述步骤一中保温后的铜﹑锡﹑锌合金溶液中，并立即用特制石墨工具将完全熔化的合金液体充分搅拌后，在该搅拌均匀的合金溶液上面覆盖高纯度鳞片状石墨粉以防止其氧化，厚度约为15cm。

其中，高纯度鳞片状石墨粉的纯度为99.9%-99.99%（质量百分比）。

步骤三：将骤2）中混合均匀的合金溶液进行进一步地保温，该保温分两步进行。分别为：

第一步：在1100℃下，保温30分钟，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次成分检验，以确定其合金成分在规定范围之内，即在本发明的配比范围内。

第二步：在1100℃下，再次保温20分钟后，重新加热升温至1200℃，并开启工频电炉的振动装置。采用垂直连铸方法铸造成外径为245mm,内径为195mm,长度为550mm的合金管，此时也称毛坯合金管材、毛坯铜管。

步骤四：用光锭机对步骤三中获得的毛坯合金管材进行表面加工，使其加工为表面光洁的外径为240mm，内径为200mm，长度为540mm的合金管；然后采用2500吨双动挤压机挤压。其挤压操作的工艺参数为：合金锭加热温度为180℃，挤压温度为500℃，挤压速度V=4mm/s。经过多次挤压后，将合金管挤压成外径为230mm、公差为+/-1mm，内径为210mm、公差为+/-1mm的合金管。

步骤五：退火，用箱式退火炉对上述步骤四中挤压后的合金管进行退火处理：退火温度为100℃，退火时间为30-40分钟。

步骤六：探伤，将挤制并退火完成出的铜棒进行探伤，探伤比例为100%。

步骤七：表面处理，将退火完成的合金管材进行车铣，使其内外光滑，外径228mm公差为+/-0.5mm,内径212mm公差为+/-0.5mm，长度为500mm公差为+/-1mm。包装并入库。

实施例2

本实施例中的新型垂直连续铸造无铅铜基合金管，由以下重量配比的组分组成：0.5%的镁、2%的锡、12%的锌、以及余量为铜。

在本实施例中上述新型垂直连续铸造无铅铜基合金管，由以下步骤制得（如图1所示）：

步骤一：按照配比称取电解铜﹑锡﹑锌和金属镁，将称取好的电解铜﹑锡﹑锌置于工频电炉内进行真空熔炼，加热至1200℃使其完全熔化之后，在真空状态下保温至1100℃，保温时间为40分钟。

步骤二：将按照配比称取好的金属镁添加到上述步骤一中保温后的铜﹑锡﹑锌合金溶液中，并立即用特制石墨工具将完全熔化的合金液体充分搅拌后，在该搅拌均匀的合金溶液上面覆盖高纯度鳞片状石墨粉以防止其氧化，厚度约为20cm。

其中，高纯度鳞片状石墨粉的纯度为99.9%-99.99%（质量百分比）。

步骤三：将骤2）中混合均匀的合金溶液进行进一步地保温，该保温分两步进行。分别为：

第一步：在1100℃下，保温40分钟，用德国进口斯派克直读光谱仪对从炉内取出的样品进行6次成分检验，以确定其合金成分在规定范围之内，即在本发明的配比范围内。

第二步：在1100℃下，再次保温30分钟后，重新加热升温至1200℃，并开启工频电炉的振动装置。采用垂直连铸方法铸造成外径为245mm,内径为195mm,长度为550mm的合金管，此时也称毛坯合金管材、毛坯铜管。

步骤四：用光锭机对步骤三中获得的毛坯合金管材进行表面加工，使其加工为表面光洁的外径为240mm，内径为200mm，长度为540mm的合金管；然后采用2500吨双动挤压机挤压。其挤压操作的工艺参数为：合金锭加热温度为200℃，挤压温度为500℃，挤压速度V=4mm/s。经过多次挤压后，将合金管挤压成外径为230mm、公差为+/-1mm，内径为210mm、公差为+/-1mm的合金管。

步骤五：退火，用箱式退火炉对上述步骤四中挤压后的合金管进行退火处理：退火温度为200℃，退火时间为40分钟。

步骤六：探伤，将挤制并退火完成出的铜棒进行探伤，探伤比例为100%。

步骤七：表面处理，将退火完成的合金管材进行车铣，使其内外光滑，外径228mm公差为+/-0.5mm,内径212mm公差为+/-0.5mm，长度为500mm公差为+/-1mm。包装并入库。

实施例3

本实施例中的新型垂直连续铸造无铅铜基合金管，由以下重量配比的组分组成：0.35%的镁、1.5%的锡、11%的锌、以及余量为铜。

在本实施例中上述新型垂直连续铸造无铅铜基合金管，由以下步骤制得（如图1所示）：

步骤一：按照配比称取电解铜﹑锡﹑锌和金属镁，将称取好的电解铜﹑锡﹑锌置于工频电炉内进行真空熔炼，加热至1180℃使其完全熔化之后，在真空状态下保温至1100℃，保温时间为35分钟。

步骤二：将按照配比称取好的金属镁添加到上述步骤一中保温后的铜﹑锡﹑锌合金溶液中，并立即用特制石墨工具将完全熔化的合金液体充分搅拌后，在该搅拌均匀的合金溶液上面覆盖高纯度鳞片状石墨粉以防止其氧化，厚度约为18cm。

其中，高纯度鳞片状石墨粉的纯度为99.9%-99.99%（质量百分比）。

步骤三：将骤2）中混合均匀的合金溶液进行进一步地保温，该保温分两步进行。分别为：

第一步：在1100℃下，保温35分钟，用德国进口斯派克直读光谱仪对从炉内取出的样品进行5次成分检验，以确定其合金成分在规定范围之内，即在本发明的配比范围内。

第二步：在1100℃下，再次保温25分钟后，重新加热升温至1200℃，并开启工频电炉的振动装置。采用垂直连铸方法铸造成外径为245mm,内径为195mm,长度为550mm的合金管，此时也称毛坯合金管材、毛坯铜管。

步骤四：用光锭机对步骤三中获得的毛坯合金管材进行表面加工，使其加工为表面光洁的外径为240mm，内径为200mm，长度为540mm的合金管；然后采用2500吨双动挤压机挤压。其挤压操作的工艺参数为：合金锭加热温度为190℃，挤压温度为500℃，挤压速度V=4mm/s。经过多次挤压后，将合金管挤压成外径为230mm、公差为+/-1mm，内径为210mm、公差为+/-1mm的合金管。

步骤五：退火，用箱式退火炉对上述步骤四中挤压后的合金管进行退火处理：退火温度为150℃，退火时间为35分钟。

步骤六：探伤，将挤制并退火完成出的铜棒进行探伤，探伤比例为100%。

步骤七：表面处理，将探伤完成的合金管材进行车铣，使其内外光滑，外径228mm公差为+/-0.5mm,内径212mm公差为+/-0.5mm，长度为500mm公差为+/-1mm。包装并入库。

实施例4

本实施例中的新型垂直连续铸造无铅铜基合金管，由以下重量配比的组分组成：0.3%的镁、1.5%的锡、12%的锌、以及余量为铜。

上述新型垂直连续铸造无铅铜基合金管成品通过与实施例1相同的方法得到。

实施例5

本实施例中的新型垂直连续铸造无铅铜基合金管，由以下重量配比的组分组成：0.5%的镁、1.5%的锡、10%的锌、以及余量为铜。

上述新型垂直连续铸造无铅铜基合金管成品通过与实施例2相同的方法得到。

实施例6

本实施例中的新型垂直连续铸造无铅铜基合金管，由以下重量配比的组分组成：0.35%的镁、1%的锡、12%的锌、以及余量为铜。

上述新型垂直连续铸造无铅铜基合金管成品通过与实施例3相同的方法得到。

将本发明的上述实施例1-6中获得的新型垂直连续铸造无铅铜基合金管成品进行性能测定实验，其机械性能参数如表1所示。

表1

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)

1.一种新型垂直连续铸造无铅铜基合金管，其特征在于，由以下重量配比的组分组成：0.2%-0.5%的镁、1%-2%的锡、10%-12%的锌、以及余量为铜。

2.根据权利要求1所述的新型垂直连续铸造无铅铜基合金管，其特征在于，由以下重量配比的组分组成：0.3%-0.4%的镁、1.2%-1.8%的锡、10.5%-11.5%的锌、以及余量为铜。

3.根据权利要求1所述的新型垂直连续铸造无铅铜基合金管，其特征在于，由以下重量配比的组分组成：0.35%的镁、1.5%的锡、11%的锌、以及余量为铜。

4.根据权利要求1所述的新型垂直连续铸造无铅铜基合金管，其特征在于，由以下重量配比的组分组成：0.2%的镁、1%的锡、10%的锌、以及余量为铜。

5.根据权利要求1所述的新型垂直连续铸造无铅铜基合金管，其特征在于，由以下重量配比的组分组成：0.5%的镁、2%的锡、12%的锌、以及余量为铜。

6.一种如权利要求1-5中任一项权利要求所述的新型垂直连续铸造无铅铜基合金管的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

1）按照配比称取电解铜﹑锡﹑锌置于工频电炉内进行真空熔炼，加热使所述电解铜﹑锡﹑锌完全熔化之后，在真空状态下保温；

2）将按照配比称取的金属镁添加到保温后的铜﹑锡﹑锌合金溶液中，并搅拌使熔化的合金溶液混合均匀后，在合金溶液的上面覆盖鳞片状石墨粉；

3）将步骤2）中混合均匀的合金溶液进行保温，在保温后升温至1200℃，并开启工频电炉的振动装置，采用垂直连铸的方法将合金溶液铸造成合金管。

7.根据权利要求6所述的新型垂直连续铸造无铅铜基合金管的制备方法，其特征在于，所述步骤1）中，所述加热使所述电解铜﹑锡﹑锌完全熔化的加热温度为1150℃-1200℃；所述真空状态下保温的保温温度为1100℃，保温时间为30-40分钟。

8.根据权利要求6所述的新型垂直连续铸造无铅铜基合金管的制备方法，其特征在于，所述步骤2）中，所述搅拌的搅拌工具为石墨工具，所述覆盖鳞片状石墨粉的厚度为15cm-20cm。

9.根据权利要求6所述的新型垂直连续铸造无铅铜基合金管的制备方法，其特征在于，所述步骤3）中，所述保温分两步进行，第一步保温的保温时间为30-40分钟，第二步保温的保温时间为20-30分钟，所述保温均在1100℃下进行；在所述第一步保温时，取样检测步骤3）中所述混合均匀的合金溶液的成分含量。

10.根据权利要求6所述的新型垂直连续铸造无铅铜基合金管的制备方法，其特征在于，所述制备方法还包括对所述步骤3）中制备得到的合金管进行后处理，所述后处理包括以下步骤：

1）将所述合金管置于光锭机中进行表面加工后，再置于挤压机中挤压，以获得所需尺寸和表面光洁程度的合金管；

2）将步骤1）中处理好的合金管置于退火炉中进行退火处理，所述退火处理的退火温度为100℃-200℃，退火时间为30-40分钟；

3）将步骤2）中退火处理好的合金管进行探伤，所述探伤的探伤比例为100%；

4）将步骤3）中探伤合格的合金管进行表面处理，以使所述合金管内外表面光滑。

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