CN106381416B - 一种高强度、超耐磨的铜合金及其制备方法 - Google Patents

一种高强度、超耐磨的铜合金及其制备方法 Download PDF

Info

Publication number
CN106381416B
CN106381416B CN201610850212.8A CN201610850212A CN106381416B CN 106381416 B CN106381416 B CN 106381416B CN 201610850212 A CN201610850212 A CN 201610850212A CN 106381416 B CN106381416 B CN 106381416B
Authority
CN
China
Prior art keywords
copper alloy
electrolytic
copper
high intensity
super abrasive
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201610850212.8A
Other languages
English (en)
Other versions
CN106381416A (zh
Inventor
刘芳
刘明强
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Individual
Original Assignee
Individual
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Individual filed Critical Individual
Priority to CN201610850212.8A priority Critical patent/CN106381416B/zh
Publication of CN106381416A publication Critical patent/CN106381416A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN106381416B publication Critical patent/CN106381416B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C9/00—Alloys based on copper
    • C22C9/04—Alloys based on copper with zinc as the next major constituent
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C1/00—Making non-ferrous alloys
    • C22C1/02—Making non-ferrous alloys by melting

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Polishing Bodies And Polishing Tools (AREA)

Abstract

本发明公开了一种高强度、超耐磨的铜合金，以质量百分数计该铜合金的化学成分为：Cu 55%～65%，Al 2%～6%，Fe 0.5%～5%，Mn 0.2%～3%，其余为Zn。本发明铜合金的制备方法包括如下步骤：按照化学成分分别称取电解铜、电解铝、电解铁、电解锰、电解锌；按照一定质量百分比取出部分电解铜和电解锌；将剩余的电解铜和电解锌与电解铝、电解铁、电解锰先进行熔融冶炼；当原料完全熔化后，再将取出的电解铜和电解锌加入炉内进行二次冶炼，直至再次全部熔化，得到熔融的铜合金；离心模具浇铸成型。本发明高强度、超耐磨铜合金能够很好的解决目前国内核电、航空航天、军工工业中存在的产品成本、产品质量、产品使用寿命等技术难题，适应其技术需求。

Description

一种高强度、超耐磨的铜合金及其制备方法
技术领域
本发明涉及冶金技术领域，更具体涉及一种高强度、超耐磨的铜合金及其制备方法。
背景技术
目前，常用的铸造铜合金，按其化学成分可分为：纯铜、青铜、黄铜和白铜四类。其铸造工艺可分为：普通铸造和特种铸造两类。普通铸造就是通过溶液的自身重力在模具中浇铸成型的铸造工艺；而特种铸造则分为压力铸造、真空铸造和离心铸造等。
当前随着社会的进步和制造业的发展，常规的铸造铜合金已满足不了机械装备的要求。例如滑动轴承，以其精度高、承载能力大的特性，作为摩擦活动构件得到广泛使用。在现代的高速冲床、模具导套、工程机械、坦克、舰船和核电等领域中，滑动轴承作为重要活动构件，由于其使用环境下的速度、承载能力、精度、温度等都较传统机械发生了变化，所以一般铜合金就不再能满足其要求。下面举几个实际的例子:
对于尖端工业，如核电产品，现具体举例核电站核岛内的冷却水滤芯提拉装置。该装置用于每年核电站更换冷却水滤芯，工作在高温、高辐射环境。由于其工作环境恶劣，不适合人类作业，设计寿命要求40年免维护。即减速器传动部件必须在高温、高辐射的环境下，且在不更换润滑油的情况下连续工作40年。减速器传动部件中，最核心的部件就是铜合金扇形蜗轮。过去该部件只能依靠进口，后来国内有企业开发了铍铜淬火工艺，能够勉强达到使用要求。但是使用铍铜有两大缺陷：一是铍铜价格昂贵，比之进口产品也不遑多让；二是铍铜淬火工艺不易控制，产品质量很不稳定，不能保证使用要求，用户很难接受。尤其是对于核电产品，其使用环境的特殊性决定了其对部件质量的要求近乎苛刻，国内现有技术根本不能满足。对于进口产品，尽管质量稳定，然而其高昂的价格却不能令人满意。
对于民用工业，如精密模具用导套上的铜合金，磨损很快且精度要求高，一般使用3个月就要更换一次。同理，高速精密冲床上的铜套，使用现有的传统铸造铜合金，也存在工作寿命很短等问题。众所周知，主要生产设备停工检修一次，小型模具和小型设备可致企业损失约几十万元，而大型模具和大型设备则可能带来上百万，甚至上千万的经济损失。这对于利润较低的民用工业而言，堪称一笔巨大的经济负担，目前仍没有很好的解决办法。
发明内容
(一)要解决的技术问题
本发明要解决的技术问题就是如何提高铜合金的强度、耐磨性，提高铜合金的耐高温性、耐辐射性，提高铜合金的使用寿命，而提供一种高强度、超耐磨的铜合金及其制备方法
(二)技术方案
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种高强度、超耐磨的铜合金，以质量百分数计该铜合金的化学成分为：Cu 55％～65％，Al2％～6％，Fe 0.5％～5％，Mn 0.2％～3％，其余为Zn。
优选地，以质量百分数计该铜合金的化学成分为：Cu 55％～61％，Al 2％～4.5％，Fe 0.5％～2.9％，Mn 0.2％～1.5％，其余为Zn。
优选地，以质量百分数计该铜合金的化学成分为：Cu 57％～62％，Al 3％～5％，Fe 1％～3.2％，Mn 0.5％～2％，其余为Zn。
优选地，以质量百分数计该铜合金的化学成分为：Cu 58％～65％，Al 3.5％～6％，Fe 1％～5％，Mn 0.5％～3％，其余为Zn。
优选地，以质量百分数计该铜合金的化学成分为：Cu 58％～61％，Al 3.5％～4.5％，Fe 1％～2.9％，Mn 0.5％～1.5％，其余为Zn。
对于核电用产品，以上化学成分中必须不含钴。
本发明还提供了一种高强度、超耐磨的铜合金的制备方法，该方法包括如下步骤：
步骤一：配料：按照化学成分分别称取电解铜、电解铝、电解铁、电解锰、电解锌；
步骤二：冶炼：按照一定质量百分比取出部分电解铜和电解锌；将剩余的电解铜和电解锌与电解铝、电解铁、电解锰先进行熔融冶炼；当原料完全熔化后，再将取出的电解铜和电解锌加入炉内进行二次冶炼，直至再次全部熔化，得到熔融的铜合金；使其成相更加均一，成分更均匀，避免微量元素的偏析，铜合金整体性强，从而具有更加稳定的各种优良机械性能；
步骤三：浇铸成型：将得到熔融的铜合金离心模具浇铸，直至熔融的铜合金凝固；
步骤四：脱模加工：进行脱模，将得到的铸件加工成所需部件产品。
优选地，在步骤一中，所述电解铜的取出质量百分比为5％～60％；所述电解锌的取出质量百分比为5％～65％。
优选地，在步骤一中，所述冶炼在950～1200℃温度下进行。
优选地，在步骤三中，所述离心模具浇铸在850～1150℃温度下进行；离心转速为350～4000转/分钟，离心时间为1～200分钟。
本发明还提供了一种高强度、超耐磨的铜合金在核电、航空航天、军工工业中的应用。
(三)有益效果
本发明工艺简单，操作方便，可以进行批量生产。与铍铜产品及进口产品相比，具有极大的成本优势。通过对铜合金进行二次冶炼，使其成相更加均一，具有更加稳定的各种优良机械性能。本发明采用离心铸造工艺，避免了砂眼、疏松等铸造缺陷，使铜合金的组织更加致密，晶粒更加细化，进一步增强了铜合金的强度、耐磨性等综合性能。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明高强度、超耐磨铜合金制备方法的流程图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明的实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不能用来限制本发明的范围。
参见图1，本发明所述高强度超耐磨铜合金的制备方法，具体实施步骤如下：
S1、以每炉为单位，用精度≤1g的电子称称出所需各电解金属的重量。
S2、按比例从上述金属中取出二次冶炼用金属，然后将其他剩余金属先行投入熔炼炉中进行冶炼，直至完全熔融。
S3、将取出的金属投入完全熔融的上述金属熔液中，进行二次冶炼，直至完全熔融。
S4、将熔融的铜合金浇铸到模具中，然后放入立式离心机进行离心铸造。经离心后的铜合金没有气孔、砂眼、疏松等铸造缺陷，提高了铸件的密实度，增强了铜合金的强度、耐磨性等综合性能。
S5、将冷却后的铜合金从模具中取出，进行后续加工。
实施例1
本实施例高强度超耐磨铜合金的化学成分为：以质量百分数计该铜合金的化学成分为：Cu 55％，Al 2％，Fe 0.5％，Mn 0.2％，其余为Zn。
实施例2
本实施例高强度超耐磨铜合金的化学成分为：以质量百分数计该铜合金的化学成分为：Cu 65％，Al 6％，Fe 5％，Mn 3％，其余为Zn。
实施例3
本实施例高强度超耐磨铜合金的化学成分为：以质量百分数计该铜合金的化学成分为：Cu 61％，Al 4.5％，Fe 2.9％，Mn 1.5％，其余为Zn。
实施例4
本实施例高强度超耐磨铜合金的化学成分为：以质量百分数计该铜合金的化学成分为：Cu 57％，Al 3％，Fe 1％，Mn 0.5％，其余为Zn。
实施例5
本实施例高强度超耐磨铜合金的化学成分为：以质量百分数计该铜合金的化学成分为：Cu 62％，Al 5％，Fe 3.2％，Mn 2％，其余为Zn。
实施例6
本实施例高强度超耐磨铜合金的化学成分为：以质量百分数计该铜合金的化学成分为：Cu 58％，Al 3.5％，Fe 1％，Mn 0.5％，其余为Zn。
实验例1
以核电站核岛内冷却水滤芯提拉装置中的扇形蜗轮为例，来对本发明进行详细描述。
扇形蜗轮的规格：外径95mm，内径40mm，厚度30mm，齿高6mm。
对照例：现有的技术中，一直采用法国进口产品，成本高达200美元/个。国内也有厂家采用铍铜淬火后试用，但因工艺难以控制，质量不稳定而失败。
本发明所述方法：
使用本发明所述高强度超耐磨新型铜合金制造上述核电站核岛内冷却水滤芯提拉装置中的蜗轮，其步骤如下：
1)将模具的内径加工为100mm，留加工余量，脱模锥度2～3度，高度100mm(一次可浇铸3个蜗轮)。
2)在模具内壁涂抹脱模剂(石墨加水)，然后放入电炉中预热。预热温度低于浇铸温度100～200℃，预热时间为30～120分钟。
3)按实施例3所述铜合金化学成分，采用电解铜、电解铝、电解铁、电解锰、电解锌进行金属元素调配，以备冶炼。
4)铜合金冶炼温度为1150℃，采用二次冶炼法。取出步骤3中所述合金配料中50％的电解铜及50％的电解锌用于二次冶炼。
5)将冶炼完毕的熔融金属液体浇铸在预热好的模具中，浇铸温度为950～1150℃。
6)将浇铸完毕的模具放在立式离心机上，根据铜合金的重力倍数和铸件的内径设定立式离心机的转速，约为1800转/分～3000转/分。离心，直至熔融的金属液体变为固态，离心时间为5～10分钟。
7)铜合金冷却后，将铸件脱模，再加工成所需蜗轮。
产品技术参数：
将制得的蜗轮产品送至天津市机电工业金属材料检测中心进行检测。检测结果见下表：
表1：样品机械参数性能对比
本发明产品成本仅为80元人民币，仅为进口产品的1/16，已送核电站上机测试，经使用完全合格。
以上实施方式仅用于说明本发明，而非对本发明的限制。尽管参照实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，对本发明的技术方案进行各种组合、修改或者等同替换，都不脱离本发明技术方案的精神和范围，均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (5)

1.一种高强度、超耐磨的铜合金，其特征在于，以质量百分数计该铜合金的化学成分为：Cu 55％，Al 2％，Fe 0.5％，Mn 0.2％，其余为Zn。
2.权利要求1所述的高强度、超耐磨的铜合金的制备方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：
步骤一：配料：按照化学成分分别称取电解铜、电解铝、电解铁、电解锰、电解锌；
步骤二：冶炼：按照一定质量百分比取出部分电解铜和电解锌；将剩余的电解铜和电解锌与电解铝、电解铁、电解锰先进行熔融冶炼；当原料完全熔化后，再将取出的电解铜和电解锌加入炉内进行二次冶炼，直至再次全部熔化，得到熔融的铜合金；
步骤三：浇铸成型：将得到熔融的铜合金离心模具浇铸，直至熔融的铜合金凝固；
步骤四：脱模加工：进行脱模，将得到的铸件加工成所需部件产品；
其中，步骤二中，所述电解铜的取出质量百分比为5％～60％；所述电解锌的取出质量百分比为5％～65％。
3.根据权利要求2所述的的高强度、超耐磨的铜合金的制备方法，其特征在于，在步骤二中，所述冶炼在950～1200℃温度下进行。
4.根据权利要求2所述的的高强度、超耐磨的铜合金的制备方法，其特征在于，在步骤三中，所述离心模具浇铸在850～1150℃温度下进行；离心转速为350～4000转/分钟，离心时间为1～200分钟。
5.权利要求1所述的高强度、超耐磨的铜合金在核电、航空航天、军工工业中的应用。
CN201610850212.8A 2016-09-26 2016-09-26 一种高强度、超耐磨的铜合金及其制备方法 Active CN106381416B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201610850212.8A CN106381416B (zh) 2016-09-26 2016-09-26 一种高强度、超耐磨的铜合金及其制备方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201610850212.8A CN106381416B (zh) 2016-09-26 2016-09-26 一种高强度、超耐磨的铜合金及其制备方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN106381416A CN106381416A (zh) 2017-02-08
CN106381416B true CN106381416B (zh) 2018-07-24

Family

ID=57935925

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201610850212.8A Active CN106381416B (zh) 2016-09-26 2016-09-26 一种高强度、超耐磨的铜合金及其制备方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN106381416B (zh)

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107541612A (zh) * 2017-05-03 2018-01-05 沃得精机(中国)有限公司 一种制作大型压力机蜗轮的材料及应用
CN112080667B (zh) * 2020-09-11 2022-01-07 山西百一机械设备制造有限公司 铜螺母及其制备方法
CN114289703B (zh) * 2021-12-30 2024-02-20 山东理工大学 钢基表面复合高强度超耐磨铜合金的铸造方法及其复合合金和应用
CN115522098A (zh) * 2022-09-29 2022-12-27 苏州铂源航天航空新材料有限公司 航空航天机电阀用耐磨铜基合金

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN100417827C (zh) * 2006-07-17 2008-09-10 大连三环复合材料技术开发有限公司 双金属实体轴承保持架的生产工艺
CN101287848A (zh) * 2005-04-04 2008-10-15 迪尔金属合作两合公司 铜锌合金的用途
CN101974703A (zh) * 2010-10-29 2011-02-16 广州唯科得复合金属科技有限公司 一种铜合金及铜合金制品
CN104294082A (zh) * 2014-11-03 2015-01-21 宁波博威合金材料股份有限公司 一种黄铜合金

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101435035A (zh) * 2008-12-23 2009-05-20 俞荣华 高强耐磨黄铜

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101287848A (zh) * 2005-04-04 2008-10-15 迪尔金属合作两合公司 铜锌合金的用途
CN103290257A (zh) * 2005-04-04 2013-09-11 迪尔金属合作两合公司 铜锌合金的用途
CN100417827C (zh) * 2006-07-17 2008-09-10 大连三环复合材料技术开发有限公司 双金属实体轴承保持架的生产工艺
CN101974703A (zh) * 2010-10-29 2011-02-16 广州唯科得复合金属科技有限公司 一种铜合金及铜合金制品
CN104294082A (zh) * 2014-11-03 2015-01-21 宁波博威合金材料股份有限公司 一种黄铜合金

Also Published As

Publication number Publication date
CN106381416A (zh) 2017-02-08

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN106381416B (zh) 一种高强度、超耐磨的铜合金及其制备方法
CN105238991A (zh) 一种高延伸率的球墨铸铁及其热处理工艺
Rzadkosz et al. Copper alloys in investment casting technology
CN102296252A (zh) 一种变频压缩机用高锰钢平衡块及其制作方法
CN103074515A (zh) 一种新型高导电易切削硒铜合金材料及其制备方法
CN102321826B (zh) 一种挤压成形高锡青铜合金及其制备方法
CN103436756B (zh) 一种高耐磨不抱轴铝基合金及其制备方法
CN103938035B (zh) 一种高强度掺镓铝合金的制备方法
CN109402453A (zh) 一种高流动性压铸用锌合金
CN108179306B (zh) 一种机器人焊臂用铜基合金
CN101628328B (zh) AgMgNi合金导电环制备方法
CN114990454B (zh) 一种Fe-Cr-Si系合金及其制备方法
CN111793767B (zh) 一种18Ni钢自耗电极的制备方法
CN114561568A (zh) 一种高性能铜镍锡钼合金的成分设计及其制备方法和应用
KR20190071313A (ko) 경질주조합금 볼트 및 그 제조방법
CN113462926A (zh) 一种高强耐磨高铅锡青铜材料及其制备方法
CN112626403A (zh) 一种TiB2-FeCoNiCrMn耐铝液腐蚀材料
CN107988519A (zh) 一种铜合金及铜合金制品生产方法
CN111218111B (zh) 一种自润滑耐磨材料及其制备方法和应用
CN109777908A (zh) 中频电炉熔炼铸铁炉前化学成分调整方法
CN101532100A (zh) 铜合金耐磨材料及其制备方法
CN110819862A (zh) 一种镁合金电机外壳的制作工艺
CN110484792A (zh) 一种提高铝型材抗压强度的熔铸生产工艺
CN110423885B (zh) 一种镍钼矿添加剂生产铁基自润滑耐磨合金的方法
CN114672747B (zh) 巴氏合金、巴氏合金丝及其制备方法

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant