CN107570667A - 一种高耐腐蚀铍铜合金壳体及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种高耐腐蚀铍铜合金壳体及其制备方法，包括以下步骤：(1)熔炼：将原料加入中频炉中熔炼，熔炼温度为1050～1100℃；(2)模具预热：在模具中放置砂芯和支撑横条，在模具内表面涂刷石墨基锆涂料，使用喷灯表干，合箱后用热风机烘烤，通入氩气；(3)浇注：控制合金液温度为1050～1100℃，采用底注包浇注成型。采用本发明制备的高耐腐蚀铍铜合金壳体能够有效的解决其在铸造过程中铸件表面鼓胀，气孔缺陷严重，铸件报废率高，易为杂质污染的问题。
Description
技术领域
本发明涉及湿法冶金设备铸造技术领域，具体涉及一种捏合机用高耐腐蚀铍铜合金壳体及其制备方法。
背景技术
铍铜合金是以铍为主要合金元素的铜合金，又称之为铍青铜。它是铜合金中性能最好的高级弹性材料，具有很高的强度、弹性、硬度、疲劳强度，弹性滞后小、耐蚀、耐磨、耐寒、高导电、无磁性、冲击不产生火花等一系列优良的物理、化学和力学性能。铍铜合金经过淬火调质后，具有高的强度，弹性，耐磨性，耐疲劳性和耐热性，同时铍铜合金还具有很高的导电性，导热性，耐寒性和无磁性，碰击时无火花，易于焊接和钎焊，在大气，淡水和海水中耐腐蚀性极好。腐蚀后，强度、延伸率均无变化，故在海水中可保持40年以上，是海底电缆中继器构造体不可替代的材料。
由于铍铜合金凝固结晶温度间隔较宽，凝固后极易产生缩松缺陷，并且在熔炼过程中铍和氧的亲和力较大，凝固后容易产生大量的气孔缺陷，因此在很大程度上限制了铍铜合金在铸造结构复杂，壁厚薄，变形大，生产工艺复杂的捏合机壳体铸件上的应用。
目前，制备铍铜合金生产技术主要采用中频感应炉熔炼，熔炼温度高达1250～1350℃，溶液吸气严重，导致其在铸造过程中铸件表面鼓胀，气孔缺陷严重，铸件报废率高的问题。同时采用摇包进行浇注，造成铍铜合金溶液氧化污染严重，并且夹杂物容易进入铸型等一系列问题。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有技术中采用中频感应炉熔炼制备铍铜合金时熔炼温度过高引起铸件表面鼓胀，气孔缺陷严重，铸件报废率高以及使用摇包进行浇注时易引起污染的问题，提供一种高耐腐蚀铍铜合金壳体及其制备方法，能够有效的解决其在铸造过程中铸件表面鼓胀，气孔缺陷严重，铸件报废率高，易为杂质污染的问题。
本发明提供一种高耐腐蚀铍铜合金壳体及其制备方法，包括以下步骤：
步骤1：熔炼：将原料加入中频炉中熔炼，熔炼温度为1050～1100℃；
步骤2：模具预热：在模具中放置砂芯和支撑横条，在模具内表面涂刷石墨基锆涂料，使用喷灯表干，合箱后用热风机烘烤，通入氩气；
步骤3：浇注：控制合金液温度为1050～1100℃，采用底注包浇注成型。
本发明提供一种高耐腐蚀铍铜合金壳体及其制备方法，作为优选方式，步骤1进一步包括以下步骤：
步骤1-1：将样品勺、搅拌棒、原料、金属镁和溶剂在温度200～250℃预热，预热温度≥200℃，预热时间≥1h；
步骤1-2：将原料和覆盖剂进行烘烤，烘烤温度≥200℃，烘烤时间≥1h；
步骤1-3：在中频炉坩埚底部加入厚度为20～30mm的覆盖剂，预热至温度≥600℃；
步骤1-4：将原料加入中频炉，在400KW功率下预热20～40min，之后在1200KW功率下熔化，并使用搅拌棒进行搅拌；
步骤1-5：熔化开始后加入覆盖剂和溶剂；
步骤1-6：将中频炉温度调至1050～1100℃加热2～3min，加热过程中使用搅拌棒进行搅拌，出铜前加入金属镁。
本发明提供一种高耐腐蚀铍铜合金壳体及其制备方法，作为优选方式，步骤1-4的溶剂为冰晶石。
本发明提供一种高耐腐蚀铍铜合金壳体及其制备方法，作为优选方式，步骤1-2、步骤1-3和步骤1-5的覆盖剂为以下物质或其组合木炭、碳粉和硼砂。
本发明提供一种高耐腐蚀铍铜合金壳体及其制备方法，作为优选方式，步骤1-4和步骤1-6的搅拌棒的材质为石墨。
本发明提供一种高耐腐蚀铍铜合金壳体及其制备方法，作为优选方式，步骤1-5所述覆盖剂的用量为原料质量的0.5～0.7％。
本发明提供一种高耐腐蚀铍铜合金壳体及其制备方法，作为优选方式，步骤2进一步包括以下步骤：
步骤2-1：在模具内部放置砂芯和支撑横条；通过使壳体与横条整体铸造成型，能够增加壳体的刚性，并防止壳体变形；
步骤2-2：在具内表面涂刷石墨基锆涂料，并使用喷灯表干；
步骤2-3：合箱后烘烤，并通入氩气。
本发明提供一种高耐腐蚀铍铜合金壳体及其制备方法，作为优选方式，步骤3进一步包括以下步骤：
步骤3-1：将底注包加热至600～800℃；
步骤3-2：将合金液倒入底注包中，加入覆盖剂；
步骤3-3：出钢前10min，当铸件温度降至80～120℃时，通入氩气，能够使型腔内的氧气含量降到最低，防氧气与金属液接触产生二次氧化形成气孔缺陷。
本发明提供一种高耐腐蚀铍铜合金壳体及其制备方法，作为优选方式，步骤3中浇注系统包括直浇道、横浇道和内浇道，浇注系统的材质为陶瓷材料，内浇道的截面积为所述直浇道的1.2～1.5倍。浇注的金属液经直浇道进入横浇道，再经内浇道4进入型腔进行浇注，能够均匀地分散金属液的热量，减少对砂芯影响。
本发明提供一种高耐腐蚀铍铜合金壳体及其制备方法，作为优选方式，原料为Be质量百分比为2.6～2.8％的铜合金。
本发明提供一种高耐腐蚀铍铜合金壳体及其制备方法，作为优选方式，铍铜合金壳体各化学成分按重量百分比为：Be 2.6～2.85％、Si 0.2～0.35％、Fe≤0.25％、Al≤0.15％、Pb≤0.01％，P≤0.007％，其余为Cu和不可避免的杂质。
本发明提供一种高耐腐蚀铍铜合金壳体及其制备方法，作为优选方式，铍铜合金的金相组织为α固溶体和α+γ2共析体组成的海岛结构。固溶体是指溶质原子溶入溶剂晶格中而仍保持溶剂类型的合金相，当Be原子替换晶格中的Cu原子形成α固溶体可明显提高合击的强度和硬度，同时仍能保证合金具有足够高的塑性和韧性；共析是指具有共析成分的单一母相在一定条件下分解生成两个或多个结构与成分不同的新相的过程。共析反应的产物是共析体，也是两相的机械混合物，α相是以铜为基的置换固溶体，具有良好的塑形，可以热变形，具有强烈的时效强化效应，γ2相为以电子化合物CuBe为基的有序固溶体，低温稳定相，室温硬而脆。α+γ2共析体以分散相位于α固溶体内，不仅能够保证合金具有足够高的塑性和韧性，同时能够给提高合金的强度和硬度，减少其在铸造过程中气孔的可能性。
本发明由于将铍铜合金制备成具有海岛结构的α固溶体和α+γ2共析体结构，α+γ2共析体以分散相位于α固溶体内，不仅能够保证合金具有足够高的塑性和韧性，同时能够给提高合金的强度和硬度，减少其在铸造过程中气孔的可能性。同时将中频炉的熔炼温度设置为1050～1100℃，能够有效避免因温度过高引起铸件表面鼓胀，气孔缺陷严重，铸件报废率高的问题。
附图说明
图1为一种高耐腐蚀铍铜合金壳体浇注模具示意图；
图2为铍铜合金相组织图。
附图标记：
1、直浇道；2、横浇道；3、内浇道；4、砂芯；5、支撑横条；6、外冷铁；7、冒口；8、α固溶体；9、α+γ2共析体。
具体实施方式
实施例1
本发明提供一种高耐腐蚀铍铜合金壳体及其制备方法，原料为Be质量百分比为2.6～2.8％的铜合金。
制备方法，包括以下步骤：
步骤1：将样品勺、搅拌棒、原料、金属镁和溶剂在温度200～250℃预热，预热温度≥200℃，预热时间≥1h；
步骤2：将原料和覆盖剂进行烘烤，烘烤温度≥200℃，烘烤时间≥1h；
步骤3：在中频炉坩埚底部加入厚度为20～30mm的覆盖剂，预热至温度≥600℃；
步骤4：将原料加入中频炉，在400KW功率下预热20～40min，之后在1200KW功率下熔化，并使用搅拌棒进行搅拌；
步骤5：熔化开始后加入覆盖剂和溶剂；
步骤6：将中频炉温度调至1050～1100℃加热2～3min，加热过程中使用搅拌棒进行搅拌，出铜前加入金属镁；
步骤7：在模具内部放置呋喃树脂砂芯和四个支撑横条，如图1所示，通过使壳体与横条整体铸造成型，能够增加壳体的刚性，并防止壳体变形；
步骤8：在具内表面涂刷石墨基锆涂料，并使用喷灯表干；
步骤9：合箱后烘烤，并通入氩气；
步骤10：将底注包加热至600～800℃；
步骤11：将合金液倒入底注包中，加入木炭覆盖；
步骤12：出钢前10mi，当铸件温度降至80～120℃时，通入氩气通入氩气。
制得的高耐腐蚀铍铜合金壳体各化学成分按重量百分比为：Be 2.6～2.85％、Si0.2～0.35％、Fe≤0.25％、Al≤0.15％、Pb≤0.01％，P≤0.007％，其余为Cu和不可避免的杂质。
本实施例制得的铍铜合金金相组织为α固溶体和α+γ2共析体组成的海岛结构，如图2所示，α+γ2共析体以分散相位于α固溶体内，不仅能够保证合金具有足够高的塑性和韧性，同时能够给提高合金的强度和硬度，减少其在铸造过程中气孔的可能性。
以上说明对本发明而言只是说明性的，而非限制性的，本领域普通技术人员理解，在不脱离权利要求所限定的精神和范围的情况下，可以作出的任何修改、变化或等效，都将落入本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种高耐腐蚀铍铜合金壳体及其制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
步骤1：熔炼：将原料加入中频炉中熔炼，熔炼温度为1050～1100℃；
步骤2：模具预热：在模具中放置砂芯和支撑横条，在模具内表面涂刷石墨基锆涂料，使用喷灯表干，合箱后用热风机烘烤，通入氩气；
步骤3：浇注：控制合金液温度为1050～1100℃，采用底注包浇注成型。
2.根据权利要求1所述的一种高耐腐蚀铍铜合金壳体及其制备方法，其特征在于：所述步骤1进一步包括以下步骤：
步骤1-1：将样品勺、搅拌棒、原料、金属镁和溶剂在温度200～250℃预热，预热温度≥200℃，预热时间≥1h；
步骤1-2：将原料和覆盖剂进行烘烤，烘烤温度≥200℃，烘烤时间≥1h；
步骤1-3：在中频炉坩埚底部加入厚度为20～30mm的覆盖剂，预热至温度≥600℃；
步骤1-4：将原料加入中频炉，在400KW功率下预热20～40min，之后在1200KW功率下熔化，并使用搅拌棒进行搅拌；
步骤1-5：熔化开始后加入覆盖剂和溶剂；
步骤1-6：将中频炉温度调至1050～1100℃加热2～3min，加热过程中使用搅拌棒进行搅拌，出铜前加入金属镁。
3.根据权利要求2所述的一种铍铜合金的制备方法，其特征在于：步骤1-4所述溶剂为冰晶石。
4.根据权利要求2所述的一种铍铜合金的制备方法，其特征在于：步骤1-2、步骤1-3和步骤1-5所述覆盖剂为以下物质或其组合
木炭、碳粉和硼砂。
5.根据权利要求2所述的一种铍铜合金的制备方法，其特征在于：步骤1-4和步骤1-6所述搅拌棒的材质为石墨。
6.根据权利要求2所述的一种高耐腐蚀铍铜合金壳体及其制备方法，其特征在于：所述步骤2进一步包括以下步骤：
步骤2-1：在模具内部放置砂芯和支撑横条；
步骤2-2：在具内表面涂刷石墨基锆涂料，并使用喷灯表干；
步骤2-3：合箱后烘烤，并通入氩气。
7.根据权利要求2所述的一种高耐腐蚀铍铜合金壳体及其制备方法，其特征在于：所述步骤3进一步包括以下步骤：
步骤3-1：将底注包加热至600～800℃；
步骤3-2：将合金液倒入底注包中，加入覆盖剂；
步骤3-3：当铸件温度降至80～120℃时，通入氩气。
8.根据权利要求1～7任意一项所述的一种高耐腐蚀铍铜合金壳体及其制备方法，其特征在于：所述原料为Be质量百分比为2.6～2.8％的铜合金。
9.根据权利要求1～7任意一项所述的一种高耐腐蚀铍铜合金壳体及其制备方法，其特征在于：所述铍铜合金壳体各化学成分按重量百分比为：Be 2.6～2.85％、Si 0.2～0.35％、Fe≤0.25％、Al≤0.15％、Pb≤0.01％，P≤0.007％，其余为Cu和不可避免的杂质。
10.根据权利要求9所述的一种高耐腐蚀铍铜合金壳体及其制备方法，其特征在于：所述铍铜合金的金相组织为α固溶体和α+γ2共析体组成的海岛结构。
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