CN104342578A - 一种用于阀门铸造的青铜合金材料及其处理工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种用于阀门铸造的青铜合金材料，合金材料的化学成分的质量百分比为：C：0.55-0.58%，Mn：0.33-0.36%，Cr：2.25-2.45%，Ni：4.35-4.55%，Mo：0.52-0.55%，W：0.38-0.40%，V：0.12-0.15%，Nb：0.11-0.13%，Zn：22.3-22.5%，稀土：0.25-0.28%，其余为Cu和微量杂质；本发明还公开了一种用于阀门铸造的青铜合金材料的处理工艺；本发明不仅提高了阀门抗腐蚀性、耐磨性和抗氧化性，能适应各种恶劣的环境中工作，强度高，而且使用寿命长，降低了成本，并且提高了耐高温能力。

Description

一种用于阀门铸造的青铜合金材料及其处理工艺
技术领域
本发明涉及用于阀门铸造的青铜合金材料，具体的说是一种用于阀门铸造的青铜合金材料及其处理工艺。
背景技术
目前阀门的运用在很多领域起到关键的作用，由于铜阀门具有耐腐蚀性强，铜阀门运用广泛，但是铜阀门也存在缺陷，如：耐磨擦能力低，耐高温性能差，强度低，使用寿命短等，针对这些缺陷，本发明提出了一种用于阀门铸造的青铜合金材料及其处理工艺，提高铜阀门的耐摩擦能力和耐高温能力，增加其强度和使用寿命，降低成本。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是，针对以上现有技术的缺点，提出一种用于阀门铸造的青铜合金材料及其处理工艺，不仅提高了阀门抗腐蚀性、耐磨性和抗氧化性，能适应各种恶劣的环境中工作，强度高，而且使用寿命长，降低了成本，并且提高了耐高温能力。
为了解决上述技术问题，本发明的技术方案是通过以下方式实现的：一种用于阀门铸造的青铜合金材料，合金材料的化学成分的质量百分比为：C：0.55-0.58%，Mn：0.33-0.36%，Cr：2.25-2.45%，Ni：4.35-4.55%，Mo：0.52-0.55%，W：0.38-0.40%，V：0.12-0.15%，Nb：0.11-0.13%，Zn：22.3-22.5%，稀土：0.25-0.28%，其余为Cu和微量杂质；
稀土中，按重量百分比包含以下组分：Pu：14.56-14.58%，Pr：21.3-21.5%，Gd：3.88-3.90%，Ac：7-9%，Nd：5.8-6.0%，Sm：11-13%，Ce：15-17%，Lu：13-15%，余量为La；
加入Mo元素，能提高耐腐蚀性和强度，加入W元素，钨与碳形成碳化钨有很高的硬度和耐磨性，加入V元素，在热处理中能细化晶粒，可加大其强度、韧性、抗腐蚀、耐磨和承受冲击负荷的等，加入Nb元素，能细化晶粒和降低其过热敏感性及回火脆性，提高强度，可提高抗大气腐蚀及高温下抗氢、氮、氨腐蚀，加入Cr和Ni微量元素，能提高其耐磨才能力和增加其强度，提高其熔点，增加抗高温的能力，同时还加入了稀土元素，在锻造过程中形成致密的晶粒，并且分布均匀，增加其强度，改善其综合性能，产生意想不到的技术效果。 
本发明还提供了一种用于阀门铸造的青铜合金材料的处理工艺，该处理工艺按以下步骤进行：
步骤（1）：在电弧炉冶炼过程中，先将炉温升至600-700℃后加入青铜合金材料；
步骤（2）：经过 LF炉精炼，精炼温度为1650-1660℃，成份微调，时间在2-3h，全程吹氮气搅拌，使化学成份达到组分要求；
步骤（3）：用真空脱气炉进行脱气，脱气温度为1550～1580℃，真空度51-53帕，抽气时间在3-5h；
步骤（4）：在1485～1510℃的温度下进行氩气保护模铸，凝固后将温度保持在580-600℃，保温时间为48-55h，最后空冷至室温；
步骤（5）：将锻造好的阀门部件进行第一次热处理：将各个部件加热到530-540℃，保温30-45min，然后用水冷以12-15℃/s的速度冷却到室温，然后再加热到860-880℃，用油冷以8-10℃/s的冷却至室温；
步骤（6）：将锻造好的阀门部件进行第二次热处理：将各个部件加热到900-920℃，保温5-8h，然后风冷以10-12℃/s的速度冷却至室温，最后清洗表面，检验尺寸。
这样，通过合理的锻造工艺，在LF炉精炼冶炼，保证了冶炼的质量，并且在真空脱气炉进行脱气，用氩气保护模铸，避免了产品中产生气孔，进一步提高产品的质量，将锻造好的毛坯进行两次热处理，显著提高阀门的抗腐蚀性和耐磨性，提高产品的使用寿命，降低成本。
本发明进一步限定的技术方案是：
前述的用于阀门铸造的青铜合金材料，合金材料的化学成分的质量百分比为：C：0.55%，Mn：0.33%，Cr：2.25%，Ni：4.35%，Mo：0.52%，W：0.38%，V：0.12%，Nb：0.11%，Zn：22.3%，稀土：0.25%，其余为Cu和微量杂质；
稀土中，按重量百分比包含以下组分：Pu：14.56%，Pr：21.3%，Gd：3.88%，Ac：7%，Nd：5.8%，Sm：11%，Ce：15%，Lu：13%，余量为La。
前述的用于阀门铸造的青铜合金材料，合金材料的化学成分的质量百分比为：C：0.58%，Mn：0.36%，Cr：2.45%，Ni：4.55%，Mo：0.55%，W：0.40%，V：0.15%，Nb：0.13%，Zn：22.5%，稀土：0.28%，其余为Cu和微量杂质；
稀土中，按重量百分比包含以下组分：Pu：14.58%，Pr：21.5%，Gd：3.90%，Ac：9%，Nd：6.0%，Sm：13%，Ce：17%，Lu：15%，余量为La。
前述的用于阀门铸造的青铜合金材料，合金材料的化学成分的质量百分比为：C：0.56%，Mn：0.35%，Cr：2.35%，Ni：4.45%，Mo：0.54%，W：0.39%，V：0.13%，Nb：0.12%，Zn：22.4%，稀土：0.26%，其余为Cu和微量杂质；
稀土中，按重量百分比包含以下组分：Pu：14.57%，Pr：21.4%，Gd：3.89%，Ac：8%，Nd：5.9%，Sm：12%，Ce：16%，Lu：14%，余量为La。
前述的用于阀门铸造的青铜合金材料的处理工艺，步骤（1）中先将电弧炉炉温升至700℃后加入青铜合金材料；步骤（2）中LF炉精炼的精炼温度为1660℃，成份微调，时间在3h；步骤（3）中真空脱气炉脱气温度为1580℃，真空度53帕，抽气时间在5h；步骤（4）中在1510℃的温度下进行氩气保护模铸，凝固后将温度保持在600℃，保温时间为55h，最后空冷至室温；步骤（5）中第一次热处理：将各个部件加热到540℃，保温45min，然后用水冷以15℃/s的速度冷却到室温，然后再加热到880℃，用油冷以10℃/s的冷却至室温；步骤（6）中第二次热处理：将各个部件加热到920℃，保温8h，然后风冷以12℃/s的速度冷却至室温，最后清洗表面，检验尺寸。
前述的用于阀门铸造的青铜合金材料的处理工艺，步骤（1）中先将电弧炉炉温升至650℃后加入青铜合金材料；步骤（2）中LF炉精炼的精炼温度为1655℃，成份微调，时间在2.5h；步骤（3）中用真空脱气炉进行脱气，脱气温度为1560℃，真空度52帕，抽气时间在4h；步骤（4）中在1500℃的温度下进行氩气保护模铸，凝固后将温度保持在590℃，保温时间为50h，最后空冷至室温；步骤（5）中第一次热处理：将各个部件加热到535℃，保温40min，然后用水冷以13℃/s的速度冷却到室温，然后再加热到870℃，用油冷以9℃/s的冷却至室温；步骤（6）中第二次热处理：将各个部件加热到910℃，保温6h，然后风冷以11℃/s的速度冷却至室温，最后清洗表面，检验尺寸。
前述的用于阀门铸造的青铜合金材料的处理工艺，步骤（1）中先将电弧炉炉温升至600℃后加入青铜合金材料；步骤（2）中LF炉精炼的精炼温度为1650℃，成份微调，时间在2h；步骤（3）中用真空脱气炉进行脱气，脱气温度为1550℃，真空度51帕，抽气时间在3h；步骤（4）中在1485℃的温度下进行氩气保护模铸，凝固后将温度保持在580℃，保温时间为48h，最后空冷至室温；步骤（5）中第一次热处理：将各个部件加热到530℃，保温30min，然后用水冷以12℃/s的速度冷却到室温，然后再加热到860℃，用油冷以8℃/s的冷却至室温；步骤（6）中第二次热处理：将各个部件加热到900℃，保温5h，然后风冷以10℃/s的速度冷却至室温，最后清洗表面，检验尺寸。
本发明的有益效果是：通过本发明的技术方案，加入Mo元素，能提高耐腐蚀性和强度，加入W元素，钨与碳形成碳化钨有很高的硬度和耐磨性，加入V元素，在热处理中能细化晶粒，可加大其强度、韧性、抗腐蚀、耐磨和承受冲击负荷的等，加入Nb元素，能细化晶粒和降低其过热敏感性及回火脆性，提高强度，可提高抗大气腐蚀及高温下抗氢、氮、氨腐蚀，加入Cr和Ni微量元素，能提高其耐磨才能力和增加其强度，提高其熔点，增加抗高温的能力，同时还加入了稀土元素，在锻造过程中形成致密的晶粒，并且分布均匀，增加其强度，改善其综合性能，产生意想不到的技术效果。
通过合理的锻造工艺，在LF炉精炼冶炼，保证了冶炼的质量，并且在真空脱气炉进行脱气，用氩气保护模铸，避免了产品中产生气孔，进一步提高产品的质量，将锻造好的毛坯进行两次热处理，显著提高阀门的抗腐蚀性和耐磨性，提高产品的使用寿命，降低成本。
具体实施方式
下面对本发明做进一步的详细说明：
实施例1
本实施例提供的一种用于阀门铸造的青铜合金材料，合金涂层的化学成分的质量百分比为：C：0.55%，Mn：0.33%，Cr：2.25%，Ni：4.35%，Mo：0.52%，W：0.38%，V：0.12%，Nb：0.11%，Zn：22.3%，稀土：0.25%，其余为Cu和微量杂质；
稀土中，按重量百分比包含以下组分：Pu：14.56%，Pr：21.3%，Gd：3.88%，Ac：7%，Nd：5.8%，Sm：11%，Ce：15%，Lu：13%，余量为La；本实施例还提供一种用于阀门铸造的青铜合金材料的处理工艺：
步骤（1）：在电弧炉冶炼过程中，先将炉温升至700℃后加入青铜合金材料；
步骤（2）：经过 LF炉精炼，精炼温度为1660℃，成份微调，时间在3h，全程吹氮气搅拌，使化学成份达到组分要求；
步骤（3）：用真空脱气炉进行脱气，脱气温度为1580℃，真空度53帕，抽气时间在5h；
步骤（4）：在1510℃的温度下进行氩气保护模铸，凝固后将温度保持在600℃，保温时间为55h，最后空冷至室温；
步骤（5）：将锻造好的阀门部件进行第一次热处理：将各个部件加热到540℃，保温45min，然后用水冷以15℃/s的速度冷却到室温，然后再加热到880℃，用油冷以10℃/s的冷却至室温；
步骤（6）：将锻造好的阀门部件进行第二次热处理：将各个部件加热到920℃，保温8h，然后风冷以12℃/s的速度冷却至室温，最后清洗表面，检验尺寸。
实施例2
本实施例提供的一种用于阀门铸造的青铜合金材料，合金涂层的化学成分的质量百分比为：C：0.58%，Mn：0.36%，Cr：2.45%，Ni：4.55%，Mo：0.55%，W：0.40%，V：0.15%，Nb：0.13%，Zn：22.5%，稀土：0.28%，其余为Cu和微量杂质；
稀土中，按重量百分比包含以下组分：Pu：14.58%，Pr：21.5%，Gd：3.90%，Ac：9%，Nd：6.0%，Sm：13%，Ce：17%，Lu：15%，余量为La；本实施例还提供一种用于阀门铸造的青铜合金材料的处理工艺：
步骤（1）：在电弧炉冶炼过程中，先将炉温升至650℃后加入青铜合金材料；
步骤（2）：经过 LF炉精炼，精炼温度为1655℃，成份微调，时间在2.5h，全程吹氮气搅拌，使化学成份达到组分要求；
步骤（3）：用真空脱气炉进行脱气，脱气温度为1560℃，真空度52帕，抽气时间在4h；
步骤（4）：在1500℃的温度下进行氩气保护模铸，凝固后将温度保持在590℃，保温时间为50h，最后空冷至室温；
步骤（5）：将锻造好的阀门部件进行第一次热处理：将各个部件加热到535℃，保温40min，然后用水冷以13℃/s的速度冷却到室温，然后再加热到870℃，用油冷以9℃/s的冷却至室温；
步骤（6）：将锻造好的阀门部件进行第二次热处理：将各个部件加热到910℃，保温6h，然后风冷以11℃/s的速度冷却至室温，最后清洗表面，检验尺寸。
实施例3
本实施例提供的一种用于阀门铸造的青铜合金材料，合金涂层的化学成分的质量百分比为：C：0.56%，Mn：0.35%，Cr：2.35%，Ni：4.45%，Mo：0.54%，W：0.39%，V：0.13%，Nb：0.12%，Zn：22.4%，稀土：0.26%，其余为Cu和微量杂质；
稀土中，按重量百分比包含以下组分：Pu：14.57%，Pr：21.4%，Gd：3.89%，Ac：8%，Nd：5.9%，Sm：12%，Ce：16%，Lu：14%，余量为La；本实施例还提供一种用于阀门铸造的青铜合金材料的处理工艺：
步骤（1）：在电弧炉冶炼过程中，先将炉温升至600℃后加入青铜合金材料；
步骤（2）：经过 LF炉精炼，精炼温度为1650℃，成份微调，时间在2h，全程吹氮气搅拌，使化学成份达到组分要求；
步骤（3）：用真空脱气炉进行脱气，脱气温度为1550℃，真空度51帕，抽气时间在3h；
步骤（4）：在1485℃的温度下进行氩气保护模铸，凝固后将温度保持在580℃，保温时间为48h，最后空冷至室温；
步骤（5）：将锻造好的阀门部件进行第一次热处理：将各个部件加热到530℃，保温30min，然后用水冷以12℃/s的速度冷却到室温，然后再加热到860℃，用油冷以8℃/s的冷却至室温；
步骤（6）：将锻造好的阀门部件进行第二次热处理：将各个部件加热到900℃，保温5h，然后风冷以10℃/s的速度冷却至室温，最后清洗表面，检验尺寸。
这样通过本发明的技术方案，不仅提高了阀门抗腐蚀性、耐磨性和抗氧化性，能适应各种恶劣的环境中工作，强度高，而且使用寿命长，降低了成本，并且提高了耐高温能力。
以上实施例仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明保护范围之内。

Claims (8)

1.一种用于阀门铸造的青铜合金材料，其特征在于：所述合金材料的化学成分的质量百分比为：C：0.55-0.58%，Mn：0.33-0.36%，Cr：2.25-2.45%，Ni：4.35-4.55%，Mo：0.52-0.55%，W：0.38-0.40%，V：0.12-0.15%，Nb：0.11-0.13%，Zn：22.3-22.5%，稀土：0.25-0.28%，其余为Cu和微量杂质；
所述稀土中，按重量百分比包含以下组分：Pu：14.56-14.58%，Pr：21.3-21.5%，Gd：3.88-3.90%，Ac：7-9%，Nd：5.8-6.0%，Sm：11-13%，Ce：15-17%，Lu：13-15%，余量为La。
2.根据权利要求1所述的用于阀门铸造的青铜合金材料，其特征在于：所述合金材料的化学成分的质量百分比为：C：0.55%，Mn：0.33%，Cr：2.25%，Ni：4.35%，Mo：0.52%，W：0.38%，V：0.12%，Nb：0.11%，Zn：22.3%，稀土：0.25%，其余为Cu和微量杂质；
所述稀土中，按重量百分比包含以下组分：Pu：14.56%，Pr：21.3%，Gd：3.88%，Ac：7%，Nd：5.8%，Sm：11%，Ce：15%，Lu：13%，余量为La。
3.根据权利要求1所述的用于阀门铸造的青铜合金材料，其特征在于：所述合金材料的化学成分的质量百分比为：C：0.58%，Mn：0.36%，Cr：2.45%，Ni：4.55%，Mo：0.55%，W：0.40%，V：0.15%，Nb：0.13%，Zn：22.5%，稀土：0.28%，其余为Cu和微量杂质；
所述稀土中，按重量百分比包含以下组分：Pu：14.58%，Pr：21.5%，Gd：3.90%，Ac：9%，Nd：6.0%，Sm：13%，Ce：17%，Lu：15%，余量为La。
4.根据权利要求1所述的用于阀门铸造的青铜合金材料，其特征在于：所述合金材料的化学成分的质量百分比为：C：0.56%，Mn：0.35%，Cr：2.35%，Ni：4.45%，Mo：0.54%，W：0.39%，V：0.13%，Nb：0.12%，Zn：22.4%，稀土：0.26%，其余为Cu和微量杂质；
所述稀土中，按重量百分比包含以下组分：Pu：14.57%，Pr：21.4%，Gd：3.89%，Ac：8%，Nd：5.9%，Sm：12%，Ce：16%，Lu：14%，余量为La。
5.一种用于阀门铸造的青铜合金材料的处理工艺，其特征在于：该处理工艺按以下步骤进行：
步骤（1）：在电弧炉冶炼过程中，先将炉温升至600-700℃后加入青铜合金材料；
步骤（2）：经过 LF炉精炼，精炼温度为1650-1660℃，成份微调，时间在2-3h，全程吹氮气搅拌，使化学成份达到组分要求；
步骤（3）：用真空脱气炉进行脱气，脱气温度为1550～1580℃，真空度51-53帕，抽气时间在3-5h；
步骤（4）：在1485～1510℃的温度下进行氩气保护模铸，凝固后将温度保持在580-600℃，保温时间为48-55h，最后空冷至室温；
步骤（5）：将锻造好的阀门部件进行第一次热处理：将各个部件加热到530-540℃，保温30-45min，然后用水冷以12-15℃/s的速度冷却到室温，然后再加热到860-880℃，用油冷以8-10℃/s的冷却至室温；
步骤（6）：将锻造好的阀门部件进行第二次热处理：将各个部件加热到900-920℃，保温5-8h，然后风冷以10-12℃/s的速度冷却至室温，最后清洗表面，检验尺寸。
6.根据权利要求5所述的用于阀门铸造的青铜合金材料的处理工艺，其特征在于：步骤（1）中先将电弧炉炉温升至700℃后加入青铜合金材料；步骤（2）中LF炉精炼的精炼温度为1660℃，成份微调，时间在3h；步骤（3）中真空脱气炉脱气温度为1580℃，真空度53帕，抽气时间在5h；步骤（4）中在1510℃的温度下进行氩气保护模铸，凝固后将温度保持在600℃，保温时间为55h，最后空冷至室温；步骤（5）中第一次热处理：将各个部件加热到540℃，保温45min，然后用水冷以15℃/s的速度冷却到室温，然后再加热到880℃，用油冷以10℃/s的冷却至室温；步骤（6）中第二次热处理：将各个部件加热到920℃，保温8h，然后风冷以12℃/s的速度冷却至室温，最后清洗表面，检验尺寸。
7.根据权利要求5所述的用于阀门铸造的青铜合金材料的处理工艺，其特征在于：步骤（1）中先将电弧炉炉温升至650℃后加入青铜合金材料；步骤（2）中LF炉精炼的精炼温度为1655℃，成份微调，时间在2.5h；步骤（3）中用真空脱气炉进行脱气，脱气温度为1560℃，真空度52帕，抽气时间在4h；步骤（4）中在1500℃的温度下进行氩气保护模铸，凝固后将温度保持在590℃，保温时间为50h，最后空冷至室温；步骤（5）中第一次热处理：将各个部件加热到535℃，保温40min，然后用水冷以13℃/s的速度冷却到室温，然后再加热到870℃，用油冷以9℃/s的冷却至室温；步骤（6）中第二次热处理：将各个部件加热到910℃，保温6h，然后风冷以11℃/s的速度冷却至室温，最后清洗表面，检验尺寸。
8.根据权利要求5所述的用于阀门铸造的青铜合金材料的处理工艺，其特征在于：步骤（1）中先将电弧炉炉温升至600℃后加入青铜合金材料；步骤（2）中LF炉精炼的精炼温度为1650℃，成份微调，时间在2h；步骤（3）中用真空脱气炉进行脱气，脱气温度为1550℃，真空度51帕，抽气时间在3h；步骤（4）中在1485℃的温度下进行氩气保护模铸，凝固后将温度保持在580℃，保温时间为48h，最后空冷至室温；步骤（5）中第一次热处理：将各个部件加热到530℃，保温30min，然后用水冷以12℃/s的速度冷却到室温，然后再加热到860℃，用油冷以8℃/s的冷却至室温；步骤（6）中第二次热处理：将各个部件加热到900℃，保温5h，然后风冷以10℃/s的速度冷却至室温，最后清洗表面，检验尺寸。
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