CN105220010A

CN105220010A - 一种无铅稀土合金新材料合金管及其制备方法

Info

Publication number: CN105220010A
Application number: CN201510728056.3A
Authority: CN
Inventors: 孙飞; 赵勇; 埃里克斯·高登
Original assignee: Suzhou Lie Zhiai Alliance New Material Technology Shifts Co Ltd
Current assignee: Suzhou Lie Zhiai Alliance New Material Technology Shifts Co Ltd
Priority date: 2015-10-30
Filing date: 2015-10-30
Publication date: 2016-01-06

Abstract

本发明提供了一种无铅稀土合金新材料合金管，由以下重量百分数的组分组成：锌7-9％，锡？2-4％，硅1-4％，铋0.5-1.5％，铁0.02-0.65％，锰：0.1-0.5％，铝：0.03-0.3％，稀土材料？0.02-0.1％，余量为铜。本发明将传统铅元素替换为硅元素，按照硅、锡、锌、铜一定的成分配比，结合铝、锰、铋、铁与稀土材锡形成多组分合金，利用稀土元素去除铜合金中的氧、氢并且稀土与锡、铋等元素互溶，用以减少铜合金中的缺陷。结合适当的温度，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锡青铜合金管，不仅保留了现有锡青铜的削切性能，同时去除了对环境有害的铅，最终满足该合金管环保性能的要求。

Description

一种无铅稀土合金新材料合金管及其制备方法

技术领域

本发明涉及合金棒材领域，具体涉及一种无铅稀土合金新材料合金管及其制备方法。

背景技术

锡青铜以锡为主要合金元素的青铜，含锡量一般为3-14质量％，其具有较高的力学性能、耐磨性能和耐蚀性，易切削加工，钎焊和焊接性能好，收缩系数小，无磁性等优点，广泛用于弹性元件和耐磨零件的制造。

现有的锡青铜材料为了实现改善削切性能往往会添加Pb元素，众所周知，元素铅对人体和环境都是一种毒害物质，随着人们环保意识的提高，国内外市场日益要求开发新型不含铅元素并且削切性能相当的铜合金。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明的目的在于提供一种无铅稀土合金新材料合金管及其制备方法，在不增加成本的情况下，不仅保留了现有锡青铜的切屑等机械性能而且添加了去除氧和减少铜合金缺陷的稀土材料，同时去除了对环境有害的铅，最终满足新型合金环保性能的要求。

为了实现上述发明目的，本发明采用的技术方案如下：

一种无铅稀土合金新材料合金管，由以下重量百分数的组分组成：锌7-9％，锡2-4％，硅1-4％，铋0.5-1.5％，铁0.02-0.65％，锰：0.1-0.5％，铝：0.03-0.3％，稀土材料0.02-0.1％，余量为铜。

优选地，本发明的无铅稀土合金新材料合金管，由以下重量百分数的组分组成：锌7％，锡4％，硅4％，铋0.5％，铁0.02％，锰0.5％，铝0.03％，稀土材料0.02％，余量为铜。

优选地，本发明的无铅稀土合金新材料合金管，由以下重量百分数的组分组成：锌8％，锡3％，硅3.5％，铋1.25％，铁0.45％，锰0.3％，铝0.1％，稀土材料0.06％，余量为铜。

优选地，本发明的无铅稀土合金新材料合金管，由以下重量百分数的组分组成：锌9％，锡2％，硅1％，铋0.75％，铁0.65％，锰0.1％，铝0.3％，稀土材料0.1％，余量为铜。

进一步地，所述铜为电解铜。

进一步地，所述稀土材料包括重量百分数大于30％的镧。

本发明提供一种无铅稀土合金新材料合金管的制备方法，包括以下步骤：

1)按照配比重量将电解铜、锡、锌、硅置于电炉内，加热到1250-1300℃待完全熔化后，保温至1200℃；

2)将铋、铁、锰、铝进行粉末化处理，并按照配比重量与稀土材料均匀混合；将混合完成粉末添加到步骤1)中的熔融合金液体当中。

3)将步骤2)中混合有粉末的合金熔融液体转移至保温炉中，用搅拌工具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，将保温炉设定温度在1100-1150℃保温，保温时间为1.2-1.5h；

4)保温结束后，采用德国进口斯派克直读光谱仪对从炉内取出的样品进行成分检验，取样次数为3-5次，以确定其合金成分在上述合格的范围之内；

5)进一步保温40-60分钟后，重新升温至1300℃，并开启工频电炉的振动装置，振动频率为1次/秒，采用水平连铸方法铸制成规定内径、外径和长度的空心合金管；

6)挤压前退火，用箱式退火炉对空心合金管进行退火处理：退火温度为200-300℃，退火时间为20-30分钟，以便于挤压；

7)用光锭机对退火后的毛坯空心合金管进行表面加工，加工为表面光洁的空心合金管，采用2000吨双动挤压机挤压，空心合金管加热温度为100-150℃，挤压温度为300℃，挤压速度V＝6mm/s，经过多次挤压后得到半成品规格的内径、外径和长度的空心合金管；

8)将挤压而成的合金棒用超声波探伤仪进行裂痕及气孔探伤，以挑出不合格产品进行回炉；

9)用高精度车床对探伤完成后的合金棒进行表面车削，得到成品规格的内径、外径和长度的空心合金管，并对空心合金管的两端去毛刺后包装入库。

进一步地，步骤1)中所述电炉为工频电炉，并处于氩气氛保护下。

进一步地，步骤3)中进行所述搅拌工具为特制石墨工具。

进一步地，步骤3)中所述高纯度鳞片状石墨粉的厚度为11-13cm。

本发明的有益效果是：

1.本发明提供的无铅稀土合金新材料合金管包含稀土元素。稀土元素与氧元素和氢元素均具有较强的亲和作用，可脱除溶于合金液体少量的氧并且使得溶于铜合金液体中的氢优先与稀土元素结合，从而避免了铜合金在加热情况下产生水蒸气而使得铜合金变脆。再者稀土元素与锡、铋等元素互溶，可以减少铜合金中的缺陷。最后稀土元素可以提高铜合金的削切性能。

2.本发明提供的无铅稀土合金新材料合金管，其将传统铅元素替换为硅元素，按照硅、锡、锌、铜一定的成分配比，结合铝、锰、铋、铁与稀土材锡形成多组分合金，结合适当的温度，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锡青铜空心合金管，在不增加成本的情况下，不仅保留了现有锡青铜的切屑等削切性能，同时去除了对环境有害的铅，最终满足新型合金环保性能的要求。

附图说明

图1是本发明的无铅稀土合金新材料合金管的方法的流程图。

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

一种无铅稀土合金新材料合金管，由以下重量百分数的组分组成：锌7％，锡4％，硅4％，铋0.5％，铁0.02％，锰0.5％，铝0.03％，稀土材料0.02％，余量为铜，其中铜为电解铜并且稀土材料包括重量百分数大于30％的镧。

在本实施例中上述无铅稀土合金新材料合金管由以下步骤制得(如图1所示)：

1)按照配比重量将电解铜、锡、锌、硅置于氩气氛保护的工频电炉内，加热到1250-1300℃待完全熔化后，保温至1200℃；

3)将步骤2)中混合有粉末的合金熔融液体转移至保温炉中，用特制石墨工具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，厚度为11-13cm。将保温炉设定温度在1100-1150℃保温，保温时间为1.2-1.5h；

4)保温结束后，采用德国进口斯派克直读光谱仪对从炉内取出的样品进行成分检验，取样次数为3-5次，以确定其合金成分在上述的范围之内；

5)进一步保温40-60分钟后，重新升温至1300℃，并开启工频电炉的振动装置，振动频率为1次/秒，采用水平连铸方法铸制成外径为200mm，内径为150mm，长度为500mm的空心合金管；

7)用光锭机对退火后的毛坯空心合金管进行表面加工，加工为表面光洁直径195mm内径为155mm，长度为500mm的空心合金管，采用2000吨双动挤压机挤压，空心合金管加热温度为100-150℃，挤压温度为300℃，挤压速度V＝6mm/s，经过多次挤压后得到外径180mm，公差为±1mm；内径为160mm，公差为±1mm，长度为500mm的空心合金管；

9)用高精度车床对探伤完成后的合金棒进行表面车削，得到直径175mm，公差为±0.1mm；内径为165mm，公差为±1mm的空心合金管，并将管材统一切割为长度200mm，并对空心合金管的两端去毛刺后包装入库。

与现有的含铅的锡青铜合金相比，本实施例提供的无铅稀土合金新材料合金管，不仅保留了现有锡青铜的削切性能而且添加了去除氧和减少铜合金的稀土材料，同时去除了对环境有害的铅，最终满足新型合金环保性能的要求。

实施例2

在本实施例中，无铅稀土合金新材料合金管由以下重量百分数的组分组成：锌8％，锡3％，硅3.5％，铋1.25％，铁0.45％，锰0.3％，铝0.1％，稀土材料0.06％，余量为铜，其中铜为电解铜并且稀土材料包括重量百分数大于30％的镧。

上述无铅稀土合金新材料合金管通过与实施例1相同的方法得到。

实施例3

在本实施例中，无铅稀土合金新材料合金管由以下重量百分数的组分组成：锌9％，锡2％，硅1％，铋0.75％，铁0.65％，锰0.1％，铝0.3％，稀土材料0.1％，余量为铜，其中铜为电解铜并且稀土材料包括重量百分数大于30％的镧。

实施例4

在本实施例中，无铅稀土合金新材料合金管由以下重量百分数的组分组成：锌7.5％，锡3.5％，硅3％，铋1.0％，铁0.25％，锰0.4％，铝0.05％，稀土材料0.04％，余量为铜，其中铜为电解铜并且稀土材料包括重量百分数大于30％的镧。

实施例5

在本实施例中，无铅稀土合金新材料合金管由以下重量百分数的组分组成：锌8.5％，锡2.5％，硅2％，铋1.5％，铁0.6％，锰0.2％，铝0.2％，稀土材料0.08％，余量为铜，其中铜为电解铜并且稀土材料包括重量百分数大于30％的镧。

将本发明的上述实施例1-5中获得的无铅稀土合金新材料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

关于以上所述的仪器及操作步骤和参数，应理解的是，其为描述性而非限定性的，可通过等价置换的方式在以上说明书及权利要求所述的范围内做出修改。即，本发明的范围应参照所附权利要求的全部范围而确定，而不是参照上面的说明而确定。总之，应理解的是本发明能够进行多种修正和变化。

Claims

1.一种无铅稀土合金新材料合金管，其特征在于，由以下重量百分数的组分组成：锌7-9％，锡2-4％，硅1-4％，铋0.5-1.5％，铁0.02-0.65％，锰：0.1-0.5％，铝：0.03-0.3％，稀土材料0.02-0.1％，余量为铜。

2.根据权利要求1所述的无铅稀土合金新材料合金管，其特征在于，由以下重量百分数的组分组成：锌7％，锡4％，硅4％，铋0.5％，铁0.02％，锰0.5％，铝0.03％，稀土材料0.02％，余量为铜。

3.根据权利要求1所述的无铅稀土合金新材料合金管，其特征在于，由以下重量百分数的组分组成：锌8％，锡3％，硅3.5％，铋1.25％，铁0.45％，锰0.3％，铝0.1％，稀土材料0.06％，余量为铜。

4.根据权利要求1所述的无铅稀土合金新材料合金管，其特征在于，由以下重量百分数的组分组成：锌9％，锡2％，硅1％，铋0.75％，铁0.65％，锰0.1％，铝0.3％，稀土材料0.1％，余量为铜。

5.根据权利要求1-4中任意一项所述的无铅稀土合金新材料合金管，其特征在于，所述铜为电解铜。

6.根据权利要求1-4中任意一项所述的无铅稀土合金新材料合金管，其特征在于，所述稀土材料包括重量百分数大于30％的镧。

7.一种权利要求1-6中任意一项所述的无铅稀土合金新材料合金管的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)按照权利要求1-6中任意一项所述的配比重量将电解铜、锡、锌、硅置于电炉内，加热到1250-1300℃待完全熔化后，保温至1200℃；

2)将铋、铁、锰、铝进行粉末化处理，并按照权利要求1-6中任意一项所述的配比重量与稀土材料均匀混合；将混合完成粉末添加到步骤1)中的熔融合金液体当中；

3)将步骤2)中混合有粉末的合金熔融液体转移至保温炉中，用搅拌工具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，将保温炉设定温度在1100-1150℃保温，保温时间为1.2-1.5h：

4)保温结束后，采用德国进口斯派克直读光谱仪对从炉内取出的样品进行成分检验，取样次数为3-5次，以确定其合金成分在合格的范围之内；

8.根据权利要求7所述的无铅稀土合金新材料合金管的制备方法，其特征在于，步骤1)中所述电炉为工频电炉，并处于氩气氛保护下。

9.根据权利要求7所述的无铅稀土合金新材料合金管的制备方法，其特征在于，步骤3)中进行所述搅拌工具为特制石墨工具。

10.根据权利要求7所述的无铅稀土合金新材料合金管的制备方法，其特征在于，步骤3)中所述高纯度鳞片状石墨粉的厚度为11-13cm。