CN106363151B - 一种制备铜铁双金属复合材料的方法 - Google Patents

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Abstract

一种制备铜铁双金属复合材料的方法，所述方法制备铜铁双金属复合材料的配方成分质量百分比为：铁5.0‑91.2，碳0.01‑1.00，其余为铜和杂质；所述方法通过添加微量的碳使得配好的材料熔化后产生富铜相和富铁相两个液相分离，然后通过离心铸造法获得外层是铜、内层是铁的具有冶金结合界面的铜铁双金属复合材料。本发明利用铜铁在一定成分范围内存在液相不混溶区间及微量碳元素加入可有效扩大铜铁液相不混溶区间，使铜铁合金溶化后形成富铜相和富铁相两个液相分离特点，进行配料，从而获得铜铁双金属复合材料。本发明制备工艺简单、效率高、成本低。

Description

一种制备铜铁双金属复合材料的方法
技术领域
本发明涉及一种铜铁双金属复合材料的制备方法，属于双金属复合材料制备技术领域。
背景技术
铜铁双金属复合材料内层为铁或低碳合金钢，外层包覆材料为紫铜或铜合金，既有铜的高导、耐蚀及良好焊接性等特点, 又具备铁的高强、高刚度及低廉的成本等优势，在汽车、航空、船舶、冶金及矿山等机械零部件制造领域具有广阔的应用前景。
目前双金属复合材料的制备技术主要有电子束焊接等焊接复合技术，扩散复合、轧制复合、爆炸复合等固相复合技术及固液铸造等铸造复合技术。铜或铜合金与铁或低碳钢的熔点和热膨胀系数等物理性能及防腐蚀等化学性能的差异较大。电子束焊接等焊接复合技术易在熔合区形成疏松及微裂纹等缺陷，影响材料的结合强度。固相复合技术在后期轧制或爆炸等关键阶段，易于双金属结合处形成多夹层以及硬脆性化合物等缺陷，材料的结合强度及其他相关力学性能不稳定。固液铸造等铸造复合技术须对固相进行表面清洗、溶液喷涂净化处理，及后续固液相结合的温度控制等，制备工艺复杂、不易控，尽管其结合强度较前述技术有所改善，但由于是固液铸造，其成材率和结合强度仍不够稳定。
公告号CN102091718公开了一种银铜铁复合板的制造方法，采用爆炸复合的方法，制成银铜铁复合板坯；然后热轧。
发明内容
针对现有技术存在的不足，本发明提出一种利用添加微量碳制备高性能铜铁双金属复合材料的方法。
本发明的技术方案是通过对成分和冷速控制，利用添加微量碳和离心铸造分层及后续形变-热处理工艺制备结合性能稳定的铜铁双金属复合材料。具体步骤是通过配料、熔炼、浇注、离心铸造、热锻或热轧、冷轧或冷拔工艺流程，获得最终所需的铜铁双金属型材。
所述方法制备铜铁双金属复合材料的配方成分质量百分比为：铁5.0-91.2，碳0.01-1.00，其余为铜和杂质；所述方法通过添加微量的碳使得配好的材料熔化后产生富铜相和富铁相两个液相分离，然后通过离心铸造法获得外层是铜、内层是铁的具有冶金结合界面的铜铁双金属复合材料。
所述方法制备铜铁双金属复合材料的步骤如下：
（1）配料：按化学成分要求，将符合配方质量百分比的电解铜、纯铁或含铁合金及碳质材料或含碳合金混合，添加微量碳，得到配料；
（2）熔炼：将配好的配料放入中频电磁感应炉或其它熔炼炉中，按常规的铜合金冶炼工艺熔化；
（3）浇注：将熔化了的金属液浇入离心铸造机的钢模、石墨模或其它模内得到浇铸铸锭；
（4）离心铸造：在铸锭的凝固过程中，根据材料成分和产品尺寸的不同，开启离心机以600-1200rpm的速度旋转，通过转速控制，熔体逐渐冷却至全部凝固成双金属复合铸锭；
（5）热锻或热轧：将上述铸锭放入热处理炉中，加热至500℃-1200℃区间的某一温度，保温50-180分钟，然后热锻或在常规轧机上热轧，使其达到20%以上的变形；
（6）冷轧或冷拔：将热锻或热轧后的双金属复合棒材反复轧制或拉拔，使其变形量控制在20-99%，根据性能要求，获得铜层厚度为总厚度的23.8-92.0%的铜铁双金属复合材料。
本发明的优点在于：（1）根据铜铁二元及铜铁碳三元合金相图，利用铜铁在一定成分范围内存在液相不混溶区间及微量碳元素加入可有效扩大铜铁液相不混溶区间，使铜铁合金溶化后形成富铜相和富铁相两个液相分离特点，进行配料；（2）在双金属复合铸锭的凝固过程中进行离心铸造，通过控制转速和离心力作用，使分离的富铜相和富铁相两个液相在逐渐冷却的过程中形成外层是铜、内层是铁的铜包铁双金属复合铸锭，铜层和铁层的结合完全是冶金结合；（3）制备工艺简单、效率高、成本低。
附图说明
图1为本发明制备铜铁双金属复合材料的流程图；
图2为离心铸造设备示意图。
具体实施方式
本发明制备铜铁双金属复合材料的流程如图1所示，结合本发明的内容提供以下实施例：
实施例1
（1）配料：材料化学成分按质量百分比取：铁10，碳0.02，剩余为铜，原材料使用铁碳中间合金和电解铜，按常规合金配料方法计算各种原材料的加入量，添加微量碳，得到配料；
（2）熔炼：将配好的配料放入中频电磁感应炉中，按常规的铜合金冶炼工艺熔化30分钟；
（3）浇注：将熔化了的金属液浇入离心铸造机的钢模内，如图2所示；
（4）离心铸造：在铸锭的凝固过程中，离心机的转速为600rpm；
（5）热轧：将上述铸锭放入热处理炉中，加热至700℃，保温100分钟，然后在常规轧机上热轧，使其达到40%的变形；
（6）冷拔：将热轧后的双金属复合棒材进行多道次30%的变形处理，获得最后的铜铁双金属复合材料。
实施例2
（1）配料：材料化学成分按质量百分比取：铁30，碳0.08，剩余为铜，原材料使用纯铁、木炭和电解铜，按常规合金配料方法计算各种原材料的加入量，得到配料；
（2）熔炼：将配好的配料放入中频电磁感应炉中，按常规的铜合金冶炼工艺熔化35分钟；
（3）浇注：将熔化了的金属液浇入离心铸造机的石墨模内；
（4）离心铸造：在铸锭的凝固过程中，离心机的转速为750rpm；
（5）热轧：将上述铸锭放入热处理炉中，加热至950℃，保温120分钟，然后在常规轧机上热轧，使其达到40%的变形；
（6）冷轧：将热轧后的双金属复合棒材进行多道次30%的变形处理，获得最后的铜铁双金属复合材料。
实施例3
（1）配料：材料化学成分按质量百分比取：铁50，碳0.2，剩余为铜，原材料使用铁碳中间合金和电解铜，按常规合金配料方法计算各种原材料的加入量，得到配料；
（2）熔炼：将配好的配料放入中频电磁感应炉中，按常规的铜合金冶炼工艺熔化40分钟；
（3）浇注：将熔化了的金属液浇入离心铸造机的钢模内；
（4）离心铸造：在铸锭的凝固过程中，离心机的转速为900rpm；
（5）热锻：将上述铸锭放入热处理炉中，加热至1000℃，保温160分钟，然后在常规锻压机上热锻，使其达到40%的变形；
（6）冷拔：将热轧后的双金属复合棒材进行多道次30%的变形处理，获得最后的铜铁双金属复合材料。

Claims (1)

1.一种制备铜铁双金属复合材料的方法，其特征在于，所述方法制备铜铁双金属复合材料的配方成分质量百分比为：铁5.0-91.2，碳0.01-1.00，其余为铜和杂质；所述方法通过添加微量的碳使得配好的材料熔化后产生富铜相和富铁相两个液相分离，然后通过离心铸造法获得外层是铜、内层是铁的具有冶金结合界面的铜铁双金属复合材料；
所述方法制备铜铁双金属复合材料的步骤如下：
(1)配料：按化学成分要求，将符合配方质量百分比的电解铜、纯铁与微量碳混合得到配料，或铁碳中间合金与电解铜混合得到配料；
(2)熔炼：将配好的配料放入中频电磁感应炉或其它熔炼炉中，按常规的铜合金冶炼工艺熔化；
(3)浇注：将熔化了的金属液浇入离心铸造机的钢模、石墨模或其它模内得到浇铸铸锭；
(4)离心铸造：在铸锭的凝固过程中，根据材料成分和产品尺寸的不同，开启离心机以600-1200rpm的速度旋转，通过转速控制，熔体逐渐冷却至全部凝固成双金属复合铸锭；
(5)热锻或热轧：将上述铸锭放入热处理炉中，加热至500℃-1200℃区间的某一温度，保温50-180分钟，然后热锻或在常规轧机上热轧，使其达到20％以上的变形；
(6)冷轧或冷拔：将热锻或热轧后的双金属复合棒材反复轧制或拉拔，使其变形量控制在20-99％，根据性能要求，获得铜层厚度为总厚度的23.8-92.0％的铜铁双金属复合材料。
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