CN1065920C - 一种锌铬钛镁铝青铜铸造合金 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及贵金属中的铜基合金,该铜基合金含有锌铬钛镁铝元素,在其制造工艺中采用,Mg-Cu和Al-Cu中间合金联合脱氧,克服了现有铜基合金的晶体组织结构,该合金的导电性,耐高温性和强度都大大优于现有铜基合金,是要求具有耐高温导电零件的理想制造材料。
Description
本发明涉及贵金属中的铜基合金,特别涉及含有锌,铬,钛,镁,铝成分的青铜铸造合金。
目前在要求高温导电的材料方面,使用紫铜,黄铜和青铜较为普遍,但均存在高温软化和抗氧化性能差的弱点,所以普遍存在用现有材料制造的该方面的元件使用寿命短(只在几个月之间)的缺点。例如英国标准(BS1400 1973)规定,铜合金(CCr-TF)的成份中,Cr为0.60-1.20%,余量为Cu,热处理后最小硬度HB100,最大导电率80%IACS,抗拉强度(σb)270-340Mpa,延伸率(σε)18-30%。又例如1996年11月6日中国专利局授权公告的专利为92115222.1的发明专利,公开了一种有铬、镁铝和稀土元素的铜合金,经过热处理后的性能也还存在不足之处,特别是用其制造矿热电弧炉中的电极导电铜瓦或高炉风口套,电焊机电极板等均存在使用寿命短,工作效率低,成本高等不足。
本发明针对上述弱点,发明一种具备高导电性、耐高温性和高强度的铸造铜合金和制造工艺,本发明合金涉及免热处理就能具备较理想性能。
本发明的技术方案是:锌铬钛镁铝青铜铸造合金的成分是以Cu为基体,含有Zn、Cr、Ti、Mg、Al元素组成,其成份(重量百分比)为:
Zn 0.5-2% Cr 0.3-1.2%
Ti 0.05-0.35% Al 0.08-0.2%
Mg 0.01-0.2% 余量为Cu。
Zn元素的最佳含量(重量百分比)为0.8-15%。Cr元素的最佳含量(重量百分比)为0.5-1%。Ti元素的最佳含量(重量百分比)为0.15-0.25%。Al元素的最佳含量(重量百分比)为0.08-0.12%。Mg元素的最佳含量(重量百分比)为0.05-0.1%。
锌铬钛镁铝青铜铸造合金的制造工艺为:(a)使电熔炼炉预热至500-600℃时,加入电解铜;(b)电解铜开始熔化时(约1100℃)加入重量百分比为1-3%的脱水硼砂或者稻草灰覆盖;(c)铜全部熔化完后升温至1300℃左右,分批加入铝一铜中间合金,(d)分批加入铬一铜中间合金,和钛-铜中间合金,(e)待钛-铜中间合金全部熔化完后,用钟罩压入镁一铜中间合金,(f)用钳子分批压入锌块;(g)锌熔化完后,将电熔炼炉的功率降至熔化功率的30%用石墨棒搅拌均匀后,覆盖稻草灰,静置2-5分钟使合金温度约在1250℃出炉浇注。
所加入的铬-铜中间合金是经过预热的。所述的铝-铜中间合金中Al占45-50%(重量百分比),铬-铜中间合金中的Cr为4-5%(重量百分比),镁-铜中间合金中Mg占10-12%(重量百分比),钛-铜中间合金中Ti占10-13%(重量百分比)。中间合金的加入量按下列公式进行计算:
加入的镁-铜中间合金是经过破碎成10×10毫米的颗粒。所述的铬-铜中间合金,钛-铜中间合金镁-铜中间合金,铝-铜中间合金均是首先熔炼浇注成块待用。
本发明的铜合金中的Zn、Cr在合金晶粒内起固溶强化作用,大幅度提高合金的强度,合金在铸造过程中缓慢冷却时,Cr弥散析出提高合金的导电率。Ti能有效地抑制合金基体按树枝晶方式生长,使基体由粗大柱状晶变为细短轴晶,从而细化基体组织提高合金强度,合金严格禁止用传统的P-Cu脱氧方式对合金液进行脱氧,因微量的P会显著降低合金的导电率,同时用P-Cu对本发明合金脱氧会在合金晶界上产生大量气穴,气穴内的气体在高温下会急剧膨胀,当气体的膨胀压力大于晶界的抗拉强度时便开始出现裂纹,裂纹彼此连通扩展,便会使铸件开裂、脱落,用Mg-Cu和Al-Cu联合脱氧,脱氧效果好,且Mg和Al在合金中形成复杂的氧化物和金属间电子化合物如MgO、Al2O3、AlCu3、Al2Mg3等,它们共同的特点是惰性,高熔点,对合金导电性影响微不足道,而它们聚积在晶界上大大提高了晶界的高温强度,提高了合金的高温抗氧化能力,因此合金具有高强度,高导电性能,耐高温综合优良性能。
本发明的优点在于不但具有高导电性,而且具有耐高温性和高强度,使用本合金制造的零件有较长的使用寿命,提高生产效率并降低电耗和成本。
下面通过实施例来进一步说明本合金的生产工艺
实施例:
在本发明合金要求的成分范围内,配制了三种配比的铜合金,配比见表1。
表1本发明实施例成分配比
实施例 | 合金元素配比(wt%) | 其余 | ||||
Zn | Cr | Ti | Mg | Al | ||
1 | 1.20 | 0.80 | 0.20 | 0.10 | 0.12 | Cu |
2 | 1.50 | 1.00 | 0.23 | 0.12 | 0.15 | Cu |
3 | 2.00 | 1.20 | 0.30 | 0.15 | 0.20 | Cu |
按上文所述工艺方法进行熔炼配制,便可获得所需合金,合金实际成分分析结果见表2。
表2本发明实施例铜合金的实际成分
合金性能测试结果见表3
实施例 | 化学成分(wt%) | 其余 | ||||
Zn | Cr | Ti | Mg | Al | ||
1 | 0.88 | 0.56 | 0.16 | 0.07 | 0.09 | Cu |
2 | 1.10 | 0.85 | 0.18 | 0.08 | 0.11 | Cu |
3 | 1.36 | 0.87 | 0.23 | 0.09 | 0.11 | Cu |
表3本发明实施例实际性能
实施例 | 性 能 | ||||
δ% | HB | IACS | 导热系数(千卡/厘米秒度) | ||
1 | 464 | 15.2 | 1126 | 89 | 0.912 |
2 | 529 | 14.3 | 118 | 85 | 0.911 |
3 | 578 | 10.1 | 134 | 83 | 0.913 |
按实施例2配制合金,铸造生产的矿热炉电极铜瓦,最长使用寿命达到了30个月。
Claims (10)
1,一种锌铬钛镁铝青铜铸造合金,其特征在于:以Cu为基体,含有Zn、Cr、Ti、Mg、Al元素,其成分为:
Zn 0.5-2% Cr 0.3-1.2%
Ti 0.05-0.35% Al 0.08-0.2%
Mg 0.01-0.2% 余量为Cu。
2,根据权利要求1所述的一种锌铬钛镁铝青铜铸造合金,其特征在于Zn元素的含量为Zn 0.8-1.5%。
3,根据权利要求1所述的一种锌铬钛镁铝青铜铸造合金,其特征在于Cr元素的含量为Cr 0.5-1%。
4,根据权利要求1所述的一种锌铬钛镁铝青铜铸造合金,其特征在于Ti元素的含量为Ti 0.15-0.25%。
5,根据权利要求1所述的一种锌铬钛镁铝青铜铸造合金,其特征在于Al元素的含量为Al 0.08-0.12%。
6,根据权利要求1所述的一种锌铬钛镁铝青铜铸造合金,其特征在于Mg元素的含量为Mg 0.05-0.1%。
7,一种锌铬钛镁铝青铜铸造合金的制造工艺,其特征在于(a)使电熔炼炉预热至500-600℃时,加入电解铜;(b)电解铜开始熔化至1100℃时加入重量百分比为1-3%的脱水硼砂或者稻草灰覆盖;(c)铜全部熔化完后升温至1300℃,加入铝-铜中间合金;(d)加入铬-铜中间合金和钛-铜中间合金;(e)待钛-铜中间合金全部熔化后,加入镁-铜中间合金;(f)加入锌块;(g)锌熔化完后,将熔炼炉的功率降至熔化功率的30%,用石墨棒搅拌均匀后,覆盖稻草灰,静置2-5分钟使合金温度为1250℃出炉浇注。
8、根据权利要求7所述的一种锌铬钛镁铝青铜铸造合金的制造工艺,其特征在于所述铝一铜合金中的Al占45-50%(重量百分比),铬-铜中间合金中的Cr占4-5%(重量百分比),镁-铜中间合金中的Mg占10-12%(重量百分比),钛-铜中间合金中的Ti占10-13%(重量百分比)。
10、根据权利要求7所述的一种锌铬钛镁铝青铜铸造合金的制造工艺,其特征在于加入的镁-铜中间合金是经过破碎成10×10毫米的颗粒。
11、根据权利要求7所述的一种锌铬钛镁铝青铜铸造合金的制造工艺,其特征在于所述的铬-铜中间合金,钛-铜中间合金,镁-铜中间合金,铝-铜中间合金均是预先熔炼浇注成块待用。
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