CN107805738B - 一种镍铝黄铜合金及其制备工艺 - Google Patents

一种镍铝黄铜合金及其制备工艺 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种镍铝黄铜合金，包括以下成分（按质量百分比）：CU：70～75%、Al：2～4%、Si：0.5～1.3%、Sn：0.7～1.5%、Ni：0.02～0.2%、Mn：0.05～0.2%，余量为Zn；本发明还公开了一种镍铝黄铜合金的制备工艺，包括以下步骤：步骤一：配料，步骤二：熔炼，步骤三：锯切，步骤四：加热，步骤五：热轧，步骤六：铣面，步骤七：冷粗轧，步骤八：退火，步骤九：成品轧制，步骤十：成品退火。本发明在铜合金中添加A1、Si、Sn、Ni、Mn等合金元素，不仅可以提高其耐蚀耐磨损特性和力学性能，而且可以提高其抗变色能力，使合金保持良好的金黄色光泽；在合金中添加Pb、B和Ce元素，有效的提高了材料的耐腐蚀，还可净化熔体，改善铸造的流动性能。

Description

一种镍铝黄铜合金及其制备工艺
技术领域
本发明涉及镍铝黄铜合金相关技术领域，特别涉及一种镍铝黄铜合金及其制备工艺。
背景技术
建筑装饰具有两大基本功能：其一是美化生活环境，为人类创造一个舒适的生活空间；其二是对建筑构件起保护作用。伴随着社会的进步，经济和科学的发展，新型金属装饰材料制品不断的涌现出来，并以其优越的使用性和高科技含最的功能性促进了建筑业的发展。金属装饰材料主要有钢材、铜材、铝材及其合金材料，其中铜材具有特殊的美观性能及导电功能特性，尤其是黄铜合金的金黄色，具有黄金色泽，广受消费者青睐。
镍铝黄铜合金作为一种耐蚀铜合金材料，广泛应用于金属装饰领域，其材料的水平决定着行业的发展方向,随着相关产业的发展,高性能耐蚀铜合金材料的研制开发显得日益紧迫。目前所有的高性能耐蚀铜合金，主要以HA177-2合金、HSn70-1合金系以及白铜合金为主,其主要存在的问题是耐蚀性能差,加工工艺性能一般,特别是板带材生产，其加工工艺难度较大，方法复杂，工作效率低；费工、费时，耗费能源，生产成本高；且材料后续使用性能、耐多重腐蚀效果较差。因此，发明一种镍铝黄铜合金及其制备工艺来解决上述问题很有必要。
发明内容
本发明的目的在于提供一种镍铝黄铜合金及其制备工艺，以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种镍铝黄铜合金，包括以下成分(按质量百分比)：CU：70～75％、Al：2～4％、Si：0.5～1.3％、Sn：0.7～1.5％、Ni：0.02～0.2％、Mn：0.05～0.2％，余量为Zn。
优选的，所述该合金还含有Pb、B和Ce,质量分数分别为Pb：0.003～0.01％、B：0.003～0.01％，Ce：0.005～0.015％，三种元素的总含量为0.011～0.035％。
优选的，包括以下成分(按质量百分比)：CU：70％、Al：2％、Si：0.5％、Sn：0.7％、Ni：0.02％、Mn：0.05％，余量为Zn。
优选的，包括以下成分(按质量百分比)：CU：72％、Al：3％、Si：0.9％、Sn：1.2％、Ni：0.1％、Mn：0.1％，余量为Zn。
优选的，包括以下成分(按质量百分比)：CU：75％、Al：4％、Si：1.3％、Sn：1.5％、Ni：0.2％、Mn：0.2％，余量为Zn。
一种镍铝黄铜合金的制备工艺，包括以下步骤：
步骤一：配料：按照上述的材料的质量百分比进行配料；
步骤二：熔炼：采用非真空感应电炉进行熔炼，合金的加入顺序为:铜-镍-铅-硅-锰-铝-锌-硼-稀土，在熔铸过程中，熔炼的温度为1140～1170℃；
铸造采用半连续铸造，铸造工艺为：温度1110～1150℃，以保证铸锭的内外部质量，铸造速度为4～6m/h，水压为20～100Kpa，采用木炭作为保护剂进行保护，熔体静止时间一般为20～35min，从而形成铸锭；
步骤三：锯切：采用锯床对铸锭进行头尾锯切；
步骤四：加热：采用加热炉对锯切后的铸锭进行加热，加热温度为：880～920℃，比一般正常同类合金材料加热温度低40～70℃，以保证材料的可塑性，加热时间为3～4小时，保温时间为2.5～4小时；
步骤五：热轧：采用热轧机对加热后的铸锭进行热加工轧制，热加工温度为830～860℃，比正常工艺温度低40～60℃，但是温度低于830℃时会产生裂纹等缺陷；
步骤六：铣面：采用双面铣对热轧后的坯料进行铣面；
步骤七：冷粗轧：采用四辊精轧机对热加工后的板坯料进行冷加工粗轧，轧制道次数为3～6次，轧制速度为50-200m/min；
步骤八：退火：采用退火炉对冷加工后的板带材进行中间退火，退火时间为：加热3～5小时，保温7～9小时随炉冷却，退火温度为600～650℃；
步骤九：成品轧制：采用四辊精轧机对退火后的坯料进行最后道次的冷加工轧制至要求的成品规格；
步骤十：成品退火：对于软态要求的产品，需要进行成品退火，对硬态产品，仅进行低温去应力退火，软态退火温度为600～650℃，退火时间为：加热4～6小时，保温8～9小时随炉冷却，低温去应力退火温度一般为200～280℃，退火时间为：加热4～6小时，保温8～9小时随炉冷却，得到成品镍铝黄铜合金。
优选的，所述步骤二中硼和稀土元素的成分以及铝元素的加入会引起的剧烈放热，为防止铝加入时可能会造成的喷溅伤人，需要预先留一部分铜作为降温料，其比例为5～20％，待降温料加入后方可加铝。
本发明的技术效果和优点：本发明在与其他普通黄铜合金相比，本发明的抗变色多元镍黄铜仿金装饰材料在抗变色、强度、耐磨、耐蚀性能方面更加优异,且具有良好的冷热加工特性。可以取代传统仿金材料，应用于建筑装饰材料领域。本发明通过在铜合金中添加A1、Si、Sn、Ni、Mn等合金元素，不仅可以提高其耐蚀耐磨损特性和力学性能,而且可以提高其抗变色能力，使合金保持良好的金黄色光泽；在合金中添加Pb、B和Ce元素，有效的提高了材料的耐腐蚀，还可净化熔体，改善铸造的流动性能；同时合金采用半连续铸造法生产，突破复杂锡黄钢合金铸锭偏析且易热轧开裂的加工瓶颈，采用高窄结品器和步进炉阶梯式加热，大幅度减小低熔体锡元素的富集、锡元素进行长程扩散并固溶到基体组织中，进而降低热轧开裂的倾向性，大幅度提高热开坯质量，解决了熔炼铸造过程中的氧化吸气而导致铸锭内部存在大量气孔及加工过程中边裂等问题；本发明工艺简单，设备要求低，可操作性强，具有良好的社会推广应用。
具体实施方式
下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1：
一种镍铝黄铜合金，包括以下成分(按质量百分比)：CU：70％、Al：2％、Si：0.5％、Sn：0.7％、Ni：0.02％、Mn：0.05％，余量为Zn，所述该合金还含有Pb、B和Ce，质量分数分别为Pb：0.003％、B：0.003％，Ce：0.005％，三种元素的总含量为0.011％。
一种镍铝黄铜合金的制备工艺，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一：配料：按照上述的材料的质量百分比进行配料；
步骤二：熔炼：采用非真空感应电炉进行熔炼，合金的加入顺序为:铜-镍-铅-硅-锰-铝-锌-硼-稀土，在熔铸过程中，熔炼的温度为1140℃，硼和稀土元素的成分以及铝元素的加入会引起的剧烈放热，为防止铝加入时可能会造成的喷溅伤人，需要预先留一部分铜作为降温料，其比例为5％，待降温料加入后方可加铝，铸造采用半连续铸造，铸造工艺为：温度1110℃，以保证铸锭的内外部质量，铸造速度为4m/h，水压为20Kpa，采用木炭作为保护剂进行保护，熔体静止时间一般为20min，从而形成铸锭；
步骤三：锯切：采用锯床对铸锭进行头尾锯切；
步骤四：加热：采用加热炉对锯切后的铸锭进行加热，加热温度为：880℃，比一般正常同类合金材料加热温度低40℃，以保证材料的可塑性，加热时间为3小时，保温时间为2.5小时；
步骤五：热轧：采用热轧机对加热后的铸锭进行热加工轧制，热加工温度为830℃，比正常工艺温度低40℃，但是温度低于830℃时会产生裂纹等缺陷；
步骤六：铣面：采用双面铣对热轧后的坯料进行铣面；
步骤七：冷粗轧：采用四辊精轧机对热加工后的板坯料进行冷加工粗轧，轧制道次数为3次，轧制速度为50m/min；
步骤八：退火：采用退火炉对冷加工后的板带材进行中间退火，退火时间为：加热3小时，保温7小时随炉冷却，退火温度为600℃；
步骤九：成品轧制：采用四辊精轧机对退火后的坯料进行最后道次的冷加工轧制至要求的成品规格；
步骤十：成品退火：对于软态要求的产品，需要进行成品退火，对硬态产品，仅进行低温去应力退火，软态退火温度为600℃，退火时间为：加热4小时，保温8小时随炉冷却，低温去应力退火温度一般为200℃，退火时间为：加热4小时，保温8小时随炉冷却，得到成品镍铝黄铜合金。
实施例2：
一种镍铝黄铜合金，包括以下成分(按质量百分比)：CU：72％、Al：3％、Si：0.9％、Sn：1.2％、Ni：0.1％、Mn：0.1％，余量为Zn，所述该合金还含有Pb、B和Ce，质量分数分别为Pb：0.006％、B：0.007％，Ce：0.011％，三种元素的总含量为0.024％。
一种镍铝黄铜合金的制备工艺，包括以下步骤：
步骤一：配料：按照上述的材料的质量百分比进行配料；
步骤二：熔炼：采用非真空感应电炉进行熔炼，合金的加入顺序为:铜-镍-铅-硅-锰-铝-锌-硼-稀土，在熔铸过程中，熔炼的温度为1155℃，硼和稀土元素的成分以及铝元素的加入会引起的剧烈放热，为防止铝加入时可能会造成的喷溅伤人，需要预先留一部分铜作为降温料，其比例为13％，待降温料加入后方可加铝，铸造采用半连续铸造，铸造工艺为：温度1130℃，以保证铸锭的内外部质量，铸造速度为5m/h，水压为60Kpa，采用木炭作为保护剂进行保护，熔体静止时间一般为28min，从而形成铸锭；
步骤三：锯切：采用锯床对铸锭进行头尾锯切；
步骤四：加热：采用加热炉对锯切后的铸锭进行加热，加热温度为：900℃，比一般正常同类合金材料加热温度低55℃，以保证材料的可塑性，加热时间为3.5小时，保温时间为3小时；
步骤五：热轧：采用热轧机对加热后的铸锭进行热加工轧制，热加工温度为850℃，比正常工艺温度低50℃，但是温度低于830℃时会产生裂纹等缺陷；
步骤六：铣面：采用双面铣对热轧后的坯料进行铣面；
步骤七：冷粗轧：采用四辊精轧机对热加工后的板坯料进行冷加工粗轧，轧制道次数为5次，轧制速度为120m/min；
步骤八：退火：采用退火炉对冷加工后的板带材进行中间退火，退火时间为：加热4小时，保温8小时随炉冷却，退火温度为630℃；
步骤九：成品轧制：采用四辊精轧机对退火后的坯料进行最后道次的冷加工轧制至要求的成品规格；
步骤十：成品退火：对于软态要求的产品，需要进行成品退火，对硬态产品，仅进行低温去应力退火，软态退火温度为630℃，退火时间为：加热5小时，保温8.5小时随炉冷却，低温去应力退火温度一般为250℃，退火时间为：加热5小时，保温8.5小时随炉冷却，得到成品镍铝黄铜合金。
实施例3：
一种镍铝黄铜合金，包括以下成分(按质量百分比)：CU：75％、Al：4％、Si：1.3％、Sn：1.5％、Ni：0.2％、Mn：0.2％，余量为Zn，所述该合金还含有Pb、B和Ce，质量分数分别为Pb：0.01％、B：0.01％，Ce：0.015％，三种元素的总含量为0.035％。
一种镍铝黄铜合金的制备工艺，包括以下步骤：
步骤一：配料：按照上述的材料的质量百分比进行配料；
步骤二：熔炼：采用非真空感应电炉进行熔炼，合金的加入顺序为:铜-镍-铅-硅-锰-铝-锌-硼-稀土，在熔铸过程中，熔炼的温度为1170℃，硼和稀土元素的成分以及铝元素的加入会引起的剧烈放热，为防止铝加入时可能会造成的喷溅伤人，需要预先留一部分铜作为降温料，其比例为20％，待降温料加入后方可加铝，铸造采用半连续铸造，铸造工艺为：温度1150℃，以保证铸锭的内外部质量，铸造速度为6m/h，水压为100Kpa，采用木炭作为保护剂进行保护，熔体静止时间一般为35min，从而形成铸锭；
步骤三：锯切：采用锯床对铸锭进行头尾锯切；
步骤四：加热：采用加热炉对锯切后的铸锭进行加热，加热温度为：920℃，比一般正常同类合金材料加热温度低70℃，以保证材料的可塑性，加热时间为4小时，保温时间为4小时；
步骤五：热轧：采用热轧机对加热后的铸锭进行热加工轧制，热加工温度为860℃，比正常工艺温度低60℃，但是温度低于830℃时会产生裂纹等缺陷；
步骤六：铣面：采用双面铣对热轧后的坯料进行铣面；
步骤七：冷粗轧：采用四辊精轧机对热加工后的板坯料进行冷加工粗轧，轧制道次数为6次，轧制速度为200m/min；
步骤八：退火：采用退火炉对冷加工后的板带材进行中间退火，退火时间为：加热5小时，保温9小时随炉冷却，退火温度为650℃；
步骤九：成品轧制：采用四辊精轧机对退火后的坯料进行最后道次的冷加工轧制至要求的成品规格；
步骤十：成品退火：对于软态要求的产品，需要进行成品退火，对硬态产品，仅进行低温去应力退火，软态退火温度为650℃，退火时间为：加热6小时，保温9小时随炉冷却，低温去应力退火温度一般为280℃，退火时间为：加热6小时，保温9小时随炉冷却，得到成品镍铝黄铜合金。
通过以上三组实施例均可以制得镍铝黄铜合金，其中第二组实施例制得的镍铝黄铜合金效果最好，本发明通过在铜合金中添加A1、Si、Sn、Ni、Mn等合金元素，不仅可以提高其耐蚀耐磨损特性和力学性能，而且可以提高其抗变色能力，使合金保持良好的金黄色光泽；在合金中添加Pb、B和Ce元素，有效的提高了材料的耐腐蚀，还可净化熔体，改善铸造的流动性能。
最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (1)

1.一种镍铝黄铜合金的制备工艺，其特征在于，该镍铝黄铜合金包括以下成分，按质量百分比计：Cu ：70％、Al：2％、Si：0.5％、Sn：0.7％、Ni：0.02％、Mn：0.05％、Pb：0.003～0.01％、B：0.003～0.01％，Ce：0.005～0.015％，Pb、B和Ce的总含量为0.011～0.035％，余量为Zn，
并包括以下步骤：
步骤一：配料：按照上述质量百分比进行配料；
步骤二：熔炼：采用非真空感应电炉进行熔炼，合金的加入顺序为:铜-镍-铅-硅-锰-铝-锌-硼-稀土，在熔铸过程中，熔炼的温度为1140～1170℃，铸造采用半连续铸造，铸造工艺为：温度1110～1150℃，以保证铸锭的内外部质量，铸造速度为4～6m/h，水压为20～100Kpa，采用木炭作为保护剂进行保护，熔体静止时间为20～35min，从而形成铸锭；
步骤三：锯切：采用锯床对铸锭进行头尾锯切；
步骤四：加热：采用加热炉对锯切后的铸锭进行加热，加热温度为：880～920℃，加热时间为3～4小时，保温时间为2.5～4小时；
步骤五：热轧：采用热轧机对加热后的铸锭进行热加工轧制，热加工温度为830～860℃；
步骤六：铣面：采用双面铣对热轧后的坯料进行铣面；
步骤七：冷粗轧：采用四辊精轧机对热加工后的板坯料进行冷加工粗轧，轧制道次数为3～6次，轧制速度为50-200m/min；
步骤八：退火：采用退火炉对冷加工后的板带材进行中间退火，退火时间为：加热3～5小时，保温7～9小时随炉冷却，退火温度为600～650℃；
步骤九：成品轧制：采用四辊精轧机对退火后的坯料进行最后道次的冷加工轧制至要求的成品规格；
步骤十：成品退火：对于软态要求的产品，需要进行成品退火，对硬态产品，仅进行低温去应力退火，软态退火温度为600～650℃，退火时间为：加热4～6小时，保温8～9小时随炉冷却，低温去应力退火温度为200～280℃，退火时间为：加热4～6小时，保温8～9小时随炉冷却，得到成品镍铝黄铜合金。
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