CN105568044A - 一种电梯曳引机蜗轮用铜合金材料及其制备工艺和用途 - Google Patents

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Abstract

本发明属于有色金属冶炼技术领域，公开了一种新型电梯曳引机蜗轮用铜合金材料及其制备工艺和用途。首先对需要添加的中间合金进行8道次等通道变形（ECAP），经过变形后，中间合金得到细化，粗大的杆状TiAl3相沿剪切方向破碎成细小的块状颗粒，Ti2B团簇分散开并均匀分布在铝基体中。然后将细化过的中间合金添加到铜中，并按一定配比添加铝、硅、铁、锰等合金元素，熔铸获得的铝青铜具有更加优良的力学性能和摩擦磨损性能，适合制造电梯蜗轮。

Description

一种电梯曳引机蜗轮用铜合金材料及其制备工艺和用途
技术领域
本发明属于有色金属冶炼技术领域，尤其一种电梯曳引机蜗轮用铜合金材料，尤其涉及蜗轮用铜合金在铸造过程中添加变形处理的中间合金细化剂。
背景技术
随着现代高层和超高层建筑的不断发展，电梯得到了越来越广泛的应用。电梯曳引机是驱动电梯轿厢和对重装置上下运行的装置，主要包括曳引机电动机、蜗杆涡轮减速器、制动器、曳引绳、机座等结构。作为电梯曳引机的关键零部件，曳引机蜗轮被用来传递动力和减速。随着电梯装载能力、升降高度和运行速度的不断提高，这要求蜗轮材料具有较好的减摩性，蜗轮材质均使用耐磨铸造铜合金和铸造锌基合金。
蜗轮与蜗杆的相互啮合会产生磨损，这就要求蜗轮材料还要有较高的耐磨性和较低的摩擦系数。随着对材料的要求越来越高，发展一种性能更加优异的蜗轮材料成为当前的任务。
现有的铝青铜蜗轮在铸造时都是直接添加Al、Ti等合金元素，这些合金相的组织都较粗大，且缺少有效增加材料减摩性的减摩质点，这阻碍了铝青铜性能的进一步提高。
李元元等人在对多种铝青铜合金的微观组织与力学性能和摩擦学特性的关系进行深入分析的基础上,制定了铝青铜合金组织设计的基本原则并制备出一种高强度耐磨铝青铜合金，抗拉强度633MPa、屈服强度370MPa，摩擦系数0.0530，磨损率0.3536，具有优良的力学性能和摩擦磨损性能，不过该材料使用了镍，成本过高，且含有铅，加工过程会存在环境污染。
发明内容
针对现有技术中存在不足，本发明提供了一种电梯曳引机蜗轮铜合金的制备方法，目的是使该材料获得更高的机械性能和摩擦磨损性能，提高了曳引机蜗轮的使用性能。
本发明是通过以下技术手段实现上述技术目的的。
一种电梯曳引机蜗轮用铜合金材料，所述合金中各成分含量为：铝含量7.0~8.5%，铁含量2.5~2.9%，硅含量0.1~1.0%，锰含量0.5~1.0%，余量为Cu。
一种电梯曳引机蜗轮铜合金材料的制备工艺，包括如下步骤：
（1）新型中间合金的制备：选取Al-5%Ti-1%B作为中间合金，使用等通道挤压(ECAP)模具对中间合金进行8道次挤压处理；
（2）铝青铜的熔炼：
将纯铜加热熔化，加入经步骤（1）处理的中间合金，将铝含量控制到4.5%~5.0%，再加入纯铝，最终使铝含量调节至7.0%~8.5%，同时添加Si、Fe和Mn合金元素，浇注成型，得产物。
步骤（1）中，所述通道挤压(ECAP)模具的参数为：内交角Ф=90-110°,外接弧角Ψ=0°，挤压速度12mm/min。
步骤（2）中，所述产物中Si、Fe和Mn合金元素的添加量为：铁含量2.5%~2.9%，硅含量0.1%~1.0%，锰含量0.5%~1.0%。
本发明所述的一种电梯曳引机蜗轮用铜合金材料，将其用于制造电梯蜗轮。
本发明的有益效果为：
（1）本发明的涡轮材料由于中间合金Al-5%Ti-1%B的加入，材料的力学性能得到有效提高。微量Ti、B元素对铝青铜有很好的变质效果，能够控制组织、细化晶粒，大大改善材料的力学性能。
（2）本发明的蜗轮材料有良好的摩擦磨损性能。经过大塑性变形过的中间合金中存在较多破碎成细小块状颗粒的TiAl3相，Ti2B团簇块均匀分散到铝基体中，这些颗粒的存在为材料提供了减摩质点，提高了材料的减摩性；同时，这些颗粒作为硬质点存在，有效提高了材料的耐磨性。硅元素的添加也增加了材料的耐磨性。
附图说明
图1中间合金经过ECAP变形前后的金相组织。
具体实施方式
下面结合附图以及具体实施例对本发明作进一步的说明，但本发明的保护范围并不限于此。
实施例1
将Al-5%Ti-1%B中间合金加工成12.2mm×12.2mm×80mm的方料。
对Al-5%Ti-1%B中间合金进行8道次等通道变形，模具内角φ为110°，模具外角ψ为0°，变形速度为12mm/min。
对中间合金变形前后进行金相组织分析。
将纯铜加热到1100℃左右，加入中间合金，将铝含量控制到5.0%，再加入纯铝，最终使铝含量调节至7.0%，同时添加Si、Fe、Mn等其余合金元素，浇注成型。
如图1(a)所示，铸态Al-5%Ti-1%B合金组织中可以看到明显的杆状TiAl3相和TiB2团簇块；经过8道次ECAP变形后，组织得到明显细化，杆状TiAl3相破碎成细小的块状颗粒并均匀分布到基体组织中，TiB2团簇块均匀分散到基体组织中，如图1(b)所示。
对新型的蜗轮材料进行化学成分、显微组织分析，力学性能以及摩擦磨损性能测试。结果见表2和表3。材料A抗拉强度645MPa，屈服强度405MPa，延伸率25%，硬度165HB，摩擦系数0.0712，磨损率0.5132，性能较优。
表1两种铝青铜材料的化学成分及其显微组织特征
表2力学性能
表3摩擦磨损性能
实施例2
将Al-5%Ti-1%B中间合金加工成12.2mm×12.2mm×80mm的方料。
对Al-5%Ti-1%B中间合金进行8道次等通道变形，模具内角φ为110°，模具外角ψ为0°，变形速度为12mm/min。
将纯铜加热到1100℃左右，加入中间合金，将铝含量控制到5%，再加入纯铝，最终使铝含量调节至8.5%，同时添加Si、Fe、Mn等其余合金元素，浇注成型。
材料B抗拉强度680MPa，屈服强度430MPa，延伸率19%，硬度180HB，摩擦系数0.0510，磨损率0.3048，性能较优。
所述实施例为本发明的优选的实施方式，但本发明并不限于上述实施方式，在不背离本发明的实质内容的情况下，本领域技术人员能够做出的任何显而易见的改进、替换或变型均属于本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种电梯曳引机蜗轮用铜合金材料，其特征在于，所述合金中各成分含量为：铝含量7.0~8.5%，铁含量2.5~2.9%，硅含量0.1~1.0%，锰含量0.5~1.0%，余量为Cu。
2.一种电梯曳引机蜗轮铜合金材料的制备工艺，其特征在于，包括如下步骤：
（1）新型中间合金的制备：选取Al-5%Ti-1%B作为中间合金，使用等通道挤压(ECAP)模具对中间合金进行8道次挤压处理；
（2）铝青铜的熔炼：
将纯铜加热熔化，加入经步骤（1）处理的中间合金，将铝含量控制到4.5%~5.0%，再加入纯铝，最终使铝含量调节至7.0%~8.5%，同时添加Si、Fe和Mn合金元素，浇注成型，得产物。
3.根据权利要求2所述的一种电梯曳引机蜗轮铜合金材料的制备工艺，其特征在于，步骤（1）中，所述通道挤压(ECAP)模具的参数为：内交角Ф=90-110°,外接弧角Ψ=0°，挤压速度12mm/min。
4.根据权利要求2所述的一种电梯曳引机蜗轮铜合金材料的制备工艺，其特征在于，步骤（2）中，所述产物中Si、Fe和Mn合金元素的添加量为：铁含量2.5%~2.9%，硅含量0.1%~1.0%，锰含量0.5%~1.0%。
5.根据权利要求1所述的一种电梯曳引机蜗轮用铜合金材料，其特征在于，将其用于制造电梯蜗轮。
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