CN106148782A - 一种真空感应炉冶炼锰铜合金的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种真空感应炉冶炼锰铜合金的方法，属于铜合金技术领域。其包括以下步骤：（1）镍、铁、铜纯金属料及部分电解锰随炉加入；（2）先抽真空，后给电加热；（3）炉内合金料红热后分批次加入电解锰；（4）合金料全部加入后停止真空，充入氩气保护气氛；（5）合金料加热至溶化后底吹氩气进行搅拌；（6）升温至1050℃后将合金浇注至水冷锭模中。本发明通过逐步加入电解锰冷料方式，同时采用高压力氩气保护的方式来抑制Mn、Cu元素的挥发，使成分控制更精确；采用炉内底吹氩的方式，解决了合金化渣困难及电解锰容易漂浮在渣层之上的问题；通过采用水冷铜锭模进行浇注减轻铸锭的缩孔，最终得到组织与成分均匀的锰铜合金铸锭。

Description

一种真空感应炉冶炼锰铜合金的方法
技术领域
本发明涉及一种真空感应炉冶炼锰铜合金的方法，涉及铜合金技术领域。
背景技术
随着现代化机械设备向着大型化、高速化发展，震动与噪声问题越来越突出。采用高阻尼合金制作防振和消声设备可以起到减震、降噪和提高疲劳寿命的作用。锰铜合金优异的高阻尼特性来源于其内部存在大量孪晶结构，弹性孪晶结构在外力作用下由于其晶界的移动和磁矩的偏转吸收了外部能量，从而表现出高阻尼特性。锰铜阻尼合金主要应用于潜艇发动机、螺旋桨及有减震要求的紧固件、齿轮等。
专利201210491359.4中公开了一种锰铜高阻尼合金材料及其制备方法，合金材料的化学成分为：Mn为50%-55%，Al为4%-6%，Sr为2%-4%，Mg为5%-7%，Fe为1%-3%，Dy为0.5%-1.5%，Y为1%-3%，La为0.5-2%，其余为Cu，其生产的合金材料减震阻尼性能好，但该合金采用昂贵的稀土金属Y、Dy、La，成本高，并且其采用低效率的电阻式加热炉，不适合大规模生产。
专利201510401435.1中公开了一种高锰含量MnCuNiAlFe五元阻尼合金及其制备方法，将合金原料放入熔炼炉中真空加热熔化后直接倒入模具得到浇铸件合金，但Mn、Cu元素在真空中易挥发，造成成分控制不精准；存在合金化渣困难及电解锰容易漂浮在渣层之上的问题；由于锰合金导热性差，直接倒入模具使合金锭缩孔严重，影响锰铜合金质量。
发明内容
本发明提供一种真空感应炉冶炼锰铜合金的方法，通过逐步加入电解锰冷料方式，使炉内合金下热上冷，同时采用高压力氩气保护的方式来抑制Mn、Cu元素的挥发，使成分控制更精确；采用炉内底吹氩的方式，解决了合金化渣困难及电解锰容易漂浮在渣层之上的问题；通过采用水冷铜锭模进行浇注减轻铸锭的缩孔，最终得到组织与成分均匀的锰铜合金铸锭。
本发明所采取的技术方案是：
一种真空感应炉冶炼锰铜合金的方法，锰铜合金成分含量（质量百分比）为：Mn 60~80%、Cu 10~30%、Ni+Fe 5~10%，其余为不可避免的杂质。
冶炼包括以下步骤：
（1）镍、铁、铜纯金属料及部分电解锰随炉加入；
（2）先抽真空，后给电加热；
（3）炉内合金料红热后分批次加入电解锰；
（4）合金料全部加入后停止真空，充入氩气保护气氛；
（5）合金料加热至溶化后底吹氩气进行搅拌；
（6）升温至1050℃后将合金浇注至水冷锭模中。
优选的，步骤（1）中的镍、铁、铜纯金属料及部分电解锰随炉加入，合金加入量以炉容的一半为宜。
进一步优选的，步骤（2）中的炉料加热时真空度≤5Pa。
进一步优选的，步骤（3）中的电解锰分批次加入时机为，当炉内可见红热合金料后加入电解锰进行覆盖至红热炉料不可见。
进一步优选的，步骤（4）中的氩气保护气氛压力为70-80KPa。
进一步优选的，步骤（5）中的底吹氩气压力为0.2~0.4MPa，调整氩气流量值使其充分搅拌但不至于喷溅。
进一步优选的，步骤（6）中的水冷锭模为通水保持冷却的铜材质锭模。
采用上述技术方案所产生的有益效果在于：
本发明通过逐步加入电解锰冷料方式，使炉内合金下热上冷，同时采用高压力氩气保护的方式来抑制Mn、Cu元素的挥发，使成分控制更精确；采用炉内底吹氩气进行搅拌，解决了合金化渣困难及电解锰容易漂浮在渣层之上的问题；通过采用水冷铜锭模进行浇注减轻铸锭的缩孔，最终得到组织与成分均匀的锰铜合金铸锭；
本发明原料易得，生产成本低；工艺简单，适合大规模生产。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明做进一步地说明；
实施例1：采用50kg真空感应炉冶炼锰铜阻尼合金。本实施例的设备采用50kg真空感应炉：额定容量为50kg，额定功率为100KW，极限真空度为6.67×10-2Pa。
（1）电解铜5kg、电解镍3kg、工业纯铁2kg、电解锰15kg一起加入真空感应炉坩埚内。
（2）先抽真空至5Pa，后给电加热。
（3）至炉内合金料红热后每次加入电解锰5kg覆盖，一共加入5次，至原料共50kg全部加入。
（4）停止真空，充氩气保护气氛至80000Pa。
（5）继续加热至合金料熔化后，底吹氩气进行搅拌，底吹氩气压力为0.2MPa，流量为1NL/min。合金完全化清后停止底吹氩气。
（6）升温至合金温度达1050℃后，将合金倒入水冷铜锭模内。
表1 本方法冶炼锰铜合金与常规方法冶炼锰铜合金成品成分对比（wt%）
Mn Cu Ni Fe
成分目标 80 10 6 4
本方法成品成分 79.85 9.97 6.10 4.07
常规方法成品成分 78.91 10.14 6.60 4.34
表2 本方法冶炼锰铜合金与常规方法冶炼锰铜合金性能对比
抗拉强度/MPa 阻尼性能（SDC）/%
本方法生产锰铜合金性能 562 29
常规方法生产锰铜合金性能 533 25
实施例2：采用500kg真空感应炉冶炼锰铜阻尼合金。本实施例的设备采用500kg真空感应炉：额定容量为500kg，额定功率为300KW，极限真空度为6.67×10-2Pa。
（1）电解铜150kg、电解镍25kg、工业纯铁25kg、电解锰50kg一起加入真空感应炉坩埚内。
（2）先抽真空至5Pa，后给电加热。
（3）至炉内合金料红热后每次加入电解锰50kg覆盖，一共加入5次，至原料共500kg全部加入。
（4）停止真空，充氩气保护气氛至80000Pa。
（5）继续加热至合金料熔化后，底吹氩气进行搅拌，底吹氩气压力为0.2MPa，流量为3NL/min。合金完全化清后停止底吹氩气。
（6）升温至合金温度达1050℃后，将合金倒入水冷铜锭模内。
表3 本方法冶炼锰铜合金与常规方法冶炼锰铜合金成品成分对比（wt%）
Mn Cu Ni Fe
成分目标 60 30 5 5
本方法成品成分 59.91 29.95 5.08 5.06
常规方法成品成分 59.33 29.92 5.36 5.38
表4 本方法冶炼锰铜合金与常规方法冶炼锰铜合金性能对比
抗拉强度/MPa 阻尼性能（SDC）/%
本方法生产锰铜合金性能 610 44
常规方法生产锰铜合金性能 589 40
实施例3：采用1t真空感应炉冶炼锰铜阻尼合金。本实施例的设备采用1t真空感应炉：额定容量为1t，额定功率为700KW，极限真空度为6.67×10-2Pa。
（1）电解铜200kg、电解镍30kg、工业纯铁20kg、电解锰250kg一起加入真空感应炉坩埚内。
（2）先抽真空至4Pa，后给电加热。
（3）至炉内合金料红热后每次加入电解锰50kg覆盖，一共加入10次，至原料共1t全部加入。
（4）停止真空，充氩气保护气氛至70000Pa。
（5）继续加热至合金料熔化后，底吹氩气进行搅拌，底吹氩气压力为0.4MPa，流量为5NL/min。合金完全化清后停止底吹氩气。
（6）升温至合金温度达1050℃后，将合金倒入水冷铜锭模内。
表5本方法冶炼锰铜合金与常规方法冶炼锰铜合金成品成分对比（wt%）
Mn Cu Ni Fe
成分目标 75 20 3 2
本方法成品成分 74.88 19.95 3.10 4.06
常规方法成品成分 74.31 20.40 3.16 2.11
表6 本方法冶炼锰铜合金与常规方法冶炼锰铜合金性能对比
抗拉强度/MPa 阻尼性能（SDC）/%
本方法生产锰铜合金性能 557 35
常规方法生产锰铜合金性能 549 31

Claims (7)

1.一种真空感应炉冶炼锰铜合金的方法，其特征在于：锰铜合金成分含量（质量百分比）为：Mn 60~80%、Cu 10~30%、Ni+Fe 5~10%，其余为不可避免的杂质； 其包括以下步骤：
（1）镍、铁、铜纯金属料及部分电解锰随炉加入；
（2）先抽真空，后给电加热；
（3）炉内合金料红热后分批次加入电解锰；
（4）合金料全部加入后停止真空，充入氩气保护气氛；
（5）合金料加热至溶化后底吹氩气进行搅拌；
（6）升温至1050℃后将合金浇注至水冷锭模中。
2.根据权利要求1所述的一种真空感应炉冶炼锰铜合金的方法，其特征在于：步骤（1）中的镍、铁、铜纯金属料及部分电解锰随炉加入，合金加入量以炉容的一半为宜。
3.如权利要求1所述的一种真空感应炉冶炼锰铜合金的方法，其特征在于：步骤（2）中的炉料加热时真空度≤5Pa。
4.如权利要求1所述的一种真空感应炉冶炼锰铜合金的方法，其特征在于：步骤（3）中的电解锰分批次加入时机为，当炉内可见红热合金料后加入电解锰进行覆盖至红热炉料不可见。
5.如权利要求1所述的一种真空感应炉冶炼锰铜合金的方法，其特征在于：步骤（4）中的氩气保护气氛压力为70-80KPa。
6.如权利要求1所述的一种真空感应炉冶炼锰铜合金的方法，其特征在于：步骤（5）中的底吹氩气压力为0.2~0.4MPa。
7.如权利要求1、2、3、4、5或6所述的一种真空感应炉冶炼锰铜合金的方法，其特征在于：步骤（6）中的水冷锭模为通水保持冷却的铜材质锭模。
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