CN108165908A - 一种高耐磨锰黄铜及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种高耐磨锰黄铜及其制造方法，该高耐磨锰黄铜以HMn60‑3‑1‑0.75A为原料，经固溶‑热水冷却‑冷处理‑时效保温‑球化缓冷处理后最终获得，其内强化相呈球化状态。本发明的高耐磨锰黄铜组织均匀、硬度高、耐磨性好、组织球化。
Description
技术领域
本发明涉及铜材热处理改性领域，尤其涉及一种高耐磨锰黄铜及其制造方法。
背景技术
锰黄铜具有优异的力学性能、铸造性能、切削性能以及成本低廉，成为螺旋桨的主要制造材料之一。锰黄铜除了用于制造螺旋桨外，还可用于制造汽车同步器齿环、轴承套、齿轮、冷凝器、闸门阀等。
现有技术中，一般直接采用供货状态的锰黄铜原材料进行加工，这种方式简单直接、成型性，适用于大多数场合，但是由于供货状态的锰黄铜状态不一且组织均匀性相对较差，在由微观性能决定使用性能的摩擦磨损工况下就表现得不太适应。
因此，市面上急需一种组织均匀、硬度高、耐磨性好、组织球化的高耐磨锰黄铜及其制造方法。
发明内容
针对现有技术中存在的上述缺陷，本发明旨在提供一种组织均匀、硬度高、耐磨性好、组织球化的高耐磨锰黄铜及其制造方法。
为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：一种高耐磨锰黄铜的制造方法，包括以下步骤：
1）生产前准备
①原料准备：准备锰黄铜HMn60-3-1-0.75A供货状态圆棒；
②设备及工装准备：准备高温保护氛加热炉、内置加热设备及搅拌设备的纯净水槽、中温保护气氛加热炉、冷冻箱；
③辅助工艺材料准备：准备足量氩气；
2）改性
①将阶段1）步骤①准备的锰黄铜HMn60-3-1-0.75A供货状态圆棒放入阶段1）步骤②准备的高温保护氛加热炉中，通入足量氩气，然后加热至720℃-725℃，以锰黄铜HMn60-3-1-0.75A供货状态圆棒的直径d(mm)计保温2.2min/d-2.5min/d，获得固溶棒材，然后出炉；
②在步骤①进行时同时开启阶段1）步骤②准备的纯净水槽内的加热设备至水温40℃-50℃；
③开启纯净水槽内的搅拌设备，以40rpm-50rpm的速率搅拌，然后将步骤①获得的固溶棒材在出炉后5s内转移至纯净水槽中；
④将阶段1）步骤②准备的冷冻箱降温至（-50℃）-（-70℃）；
⑤待步骤③中的固溶棒材冷却至与水温相同时将其转移至冷冻箱中，保温1h-2h，然后取出，固溶棒材自然回复至室温，获得待时效棒材；
⑥将步骤⑤获得的待时效棒材放入阶段1）步骤②准备的中温保护氛加热炉中，通入足量氩气，然后升温至380℃-390℃后，保温4min/d-5min/d，然后以不超过5℃/min的速度缓慢冷却至150℃后出炉，然后自然空冷至室温，即获得所需高耐磨锰黄铜。
采用上述方法制造的高耐磨锰黄铜，以HMn60-3-1-0.75A为原料，经固溶-热水冷却-冷处理-时效保温-球化缓冷处理后最终获得，其内强化相呈球化状态。
与现技术比较，本发明由于采用了上述方案，具有以下优点：（1）不同于现有技术的锰黄铜直接采用供货状态进行零件加工，本发明重新对锰黄铜棒材进行了完全彻底的热处理改性，其中固溶时采用稍高于常规技术（700℃）的温度进行固溶，这是由于我们发现作为复杂多元素合金，HMn60-3-1-0.75A固然会随着固溶温度的提升发生晶粒长大、机械性能下降等负面影响，但在应用于摩擦磨损工况时，这种负面影响几乎不会影响到锰黄铜的耐磨性能，反而由于温度更高，固溶更加充分，为后期获得均匀的金相组织打好了基础。（2）采用温水冷却及冷处理是本发明的一个创新点，根据实践，如果直接采用冷水冷却则较易开裂（尤其在本发明提升了固溶温度的情况下），而采用其它冷速较低的介质冷却则会由于铜棒表面冷却和内部冷却时间差大而导致组织不均匀，根据疲劳原理，不均匀的组织相对更不能适应均匀而持久的摩擦磨损工况。而采用温水冷却，由于降低了温度差，开裂倾向大幅降低，同时不会由于冷速过慢而导致组织不均匀，而采用冷处理可以使固溶组织保留更完全、更均匀，为后期处理打好基础。（3）本发明的核心创新点在于时效过程，本发明通过稍高于常规温度的时效温度获得更多的强化相，然后通过极慢缓冷的过程让析出的强化相逐渐球化弥散（原理大概类似于高碳钢的球化处理，但在现有技术理论中未有研究体现，通过实践发现），最终获得，球化而弥散的强化相均匀分布在相对较软的基体上，可以明显提升材料的耐磨性，相同工况的单纯摩擦磨损工况下使用时，经本发明的锰黄铜相较HMn60-3-1-0.75A不进行处理的常规HMn60-3-1-0.75A锰黄铜使用寿命长8倍-10倍，且工作过程更平稳、噪音更小。
具体实施方式
实施例1：
一种高耐磨锰黄铜，以HMn60-3-1-0.75A为原料，经固溶-热水冷却-冷处理-时效保温-球化缓冷处理后最终获得，其内强化相呈球化状态。
上述高耐磨锰黄铜的制造方法，包括以下步骤：
1）生产前准备
①原料准备：准备直径Φ30mm的锰黄铜HMn60-3-1-0.75A供货状态圆棒；
②设备及工装准备：准备高温保护氛加热炉、内置加热设备及搅拌设备的纯净水槽、中温保护气氛加热炉、冷冻箱；
③辅助工艺材料准备：准备足量氩气；
2）改性
①将阶段1）步骤①准备的锰黄铜HMn60-3-1-0.75A供货状态圆棒放入阶段1）步骤②准备的高温保护氛加热炉中，通入足量氩气，然后加热至720℃，保温66min，获得固溶棒材，然后出炉；
②在步骤①进行时同时开启阶段1）步骤②准备的纯净水槽内的加热设备至水温40℃；
③开启纯净水槽内的搅拌设备，以40rpm的速率搅拌，然后将步骤①获得的固溶棒材在出炉后5s内转移至纯净水槽中；
④将阶段1）步骤②准备的冷冻箱降温至-50℃；
⑤待步骤③中的固溶棒材冷却至与水温相同时将其转移至冷冻箱中，保温1h，然后取出，固溶棒材自然回复至室温，获得待时效棒材；
⑥将步骤⑤获得的待时效棒材放入阶段1）步骤②准备的中温保护氛加热炉中，通入足量氩气，然后升温至380℃后，保温120min，然后以5℃/min的速度缓慢冷却至150℃后出炉，然后自然空冷至室温，即获得所需高耐磨锰黄铜。
实施例2：
整体与实施例1一致，差异之处在于：
上述高耐磨锰黄铜的制造方法，包括以下步骤：
1）生产前准备
①原料准备：准备直径Φ40mm的锰黄铜HMn60-3-1-0.75A供货状态圆棒；
2）改性
①将阶段1）步骤①准备的锰黄铜HMn60-3-1-0.75A供货状态圆棒放入阶段1）步骤②准备的高温保护氛加热炉中，通入足量氩气，然后加热至725℃，保温100min，获得固溶棒材，然后出炉；
②在步骤①进行时同时开启阶段1）步骤②准备的纯净水槽内的加热设备至水温50℃；
③开启纯净水槽内的搅拌设备，以50rpm的速率搅拌，然后将步骤①获得的固溶棒材在出炉后3s内转移至纯净水槽中；
④将阶段1）步骤②准备的冷冻箱降温至-70℃；
⑤待步骤③中的固溶棒材冷却至与水温相同时将其转移至冷冻箱中，保温2h，然后取出，固溶棒材自然回复至室温，获得待时效棒材；
⑥将步骤⑤获得的待时效棒材放入阶段1）步骤②准备的中温保护氛加热炉中，通入足量氩气，然后升温至390℃后，保温200min，然后以3℃/min的速度缓慢冷却至150℃后出炉，然后自然空冷至室温，即获得所需高耐磨锰黄铜。
对所公开的实施例的上述说明，仅为了使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
Claims (2)
1.一种高耐磨锰黄铜的制造方法，其特征在于包括以下步骤：
1）生产前准备
①原料准备：准备锰黄铜HMn60-3-1-0.75A供货状态圆棒；
②设备及工装准备：准备高温保护氛加热炉、内置加热设备及搅拌设备的纯净水槽、中温保护气氛加热炉、冷冻箱；
③辅助工艺材料准备：准备足量氩气；
2）改性
①将阶段1）步骤①准备的锰黄铜HMn60-3-1-0.75A供货状态圆棒放入阶段1）步骤②准备的高温保护氛加热炉中，通入足量氩气，然后加热至720℃-725℃，以锰黄铜HMn60-3-1-0.75A供货状态圆棒的直径d(mm)计保温2.2min/d-2.5min/d，获得固溶棒材，然后出炉；
②在步骤①进行时同时开启阶段1）步骤②准备的纯净水槽内的加热设备至水温40℃-50℃；
③开启纯净水槽内的搅拌设备，以40rpm-50rpm的速率搅拌，然后将步骤①获得的固溶棒材在出炉后5s内转移至纯净水槽中；
④将阶段1）步骤②准备的冷冻箱降温至（-50℃）-（-70℃）；
⑤待步骤③中的固溶棒材冷却至与水温相同时将其转移至冷冻箱中，保温1h-2h，然后取出，固溶棒材自然回复至室温，获得待时效棒材；
⑥将步骤⑤获得的待时效棒材放入阶段1）步骤②准备的中温保护氛加热炉中，通入足量氩气，然后升温至380℃-390℃后，保温4min/d-5min/d，然后以不超过5℃/min的速度缓慢冷却至150℃后出炉，然后自然空冷至室温，即获得所需高耐磨锰黄铜。
2.一种采用权利要求1所述方法制造的高耐磨锰黄铜，其特征在于：该高耐磨锰黄铜以HMn60-3-1-0.75A为原料，经固溶-热水冷却-冷处理-时效保温-球化缓冷处理后最终获得，其内强化相呈球化状态。
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