CN108179306B - 一种机器人焊臂用铜基合金 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种机器人焊臂用铜基合金，按重量百分比计，主要是由以下成分组成：Mn:0.15～0.5％、Fe:0.2～0.6％、Ni:0.3～0.7％、Al:9.3～12.5％、余量为Cu。其生产工艺流程为：(1)配料及前处理；(2)真空熔炼铸锭；(3)再熔融；(4)热处理。本发明的铜基合金材料有很高的抗疲劳性能，铸造性能好，合金组织致密性好，且本发明制备该铜基合金材料的工艺也比较简单，得到的材料纯度较高，缩孔较小，晶偏程度低，内在质量好，这种材料用于焊接机器人焊臂材料非常适合，可以有效满足生产需要。

Description

一种机器人焊臂用铜基合金
技术领域
本发明涉及机器人焊臂材料技术领域，具体是涉及一种机器人焊臂用铜基合金。
背景技术
焊接机器人是从事焊接(包括切割与喷涂)的工业机器人。随着电子技术、计算机技术、数控及机器人技术的发展，自动焊接机器人,从60年代开始用于生产以来，其技术已日益成熟，主要有以下优点：1)稳定和提高焊接质量，能将焊接质量以数值的形式反映出来；2)提高劳动生产率；3)改善工人劳动强度，可在有害环境下工作；4)降低了对工人操作技术的要求；5)缩短了产品改型换代的准备周期，减少相应的设备投资。因此，在各行各业已得到了广泛的应用。
焊接机器人是需要长时间的进行焊接工作，一般的焊接臂材料在强度方面达不到要求，满足不了生产需要。金属材料是最重要的工程材料，包括金属和以金属为基的合金。因此本发明着手于研制出一种抗疲劳性能高、铸造性能好、合金组织致密性好的合金材料来制备机器人焊臂，以满足焊接要求，提高效率。
发明内容
本发明解决的技术问题是提供一种抗疲劳性能高、铸造性能好、合金组织致密性好的机器人焊臂用铜基合金。
本发明的技术方案是：
一种机器人焊臂用铜基合金，按重量百分比计，主要是由以下成分组成：Mn:0.15～0.5％、Fe:0.2～0.6％、Ni:0.3～0.7％、Al:9.3～12.5％、余量为Cu。
优选配比为：Mn:0.2～0.45％、Fe:0.3～0.5％、Ni:0.4～0.6％、Al:9.8～12％、余量为Cu。
更优选的配比为：Mn:0.325％、Fe:0.4％、Ni:0.5％、Al:10.9％、余量为Cu。
一种机器人焊臂用铜基合金，其生产工艺流程为：
(1)配料及前处理：按所述配方配料，所有原材料均切成10cm*10cm的小块后清洗干净，于180～250℃烘烤0.5～3.5h；
(2)真空熔炼铸锭：将步骤(1)经处理过的原料置于真空感应炉内，真空度达到P≤0.06Pa时进行加热熔炼，升温速率为10-60℃/min，待温度达到1600-1750℃后熔炼完成，进行浇筑，在凝固过程中，施加电磁搅拌，铸成预制母合金锭；
(3)再熔融：将所述预制母合金锭在真空感应炉内重熔，真空度为P≤0.06Pa，减少杂质含量，升温速率为10-60℃/min，待温度达到1600-1750℃后熔炼完成，再次浇注成铸件；
(4)热处理：在880-904℃下保温12-20小时，下降到725-755℃时保温4-10小时，再下降到516-550℃保温1-10小时后，空冷或炉冷至室温。
作为一种改进，在步骤(4)中516-550℃保温1-10小时后，在该温度条件下进行5-15％滚压处理，然后再空冷或炉冷至室温。滚压处理可在铸件表面形成致密的纤维状，并形成残余应力层，提高铸件的硬度和强度。
进一步地，在上述方案中，所述步骤(2)、(3)的真空感应炉使用的是1600-2200Hz的中频电源。真空感应炉采用无铁芯的感应熔炼炉，真空系统采用油增压泵和罗茨泵并联的真空系统。
进一步地，在上述方案中，所述步骤(2)所施加的电磁搅拌的次数为2次，每次电磁搅拌的频率均为42Hz，电流均为65A，电磁搅拌时间均为3-3.5分钟，2次电磁搅拌之间的时间间隔为1-5分钟。电磁搅拌可细化和增加高温合金等轴晶组织，减少了中心缩孔缩松的大小和分布，大幅减轻了枝晶偏析的程度，从而改善高温合金的内在质量。
进一步地，在上述方案中，所述步骤(2)、(3)浇铸过程中采用的是氧化铝陶瓷壳模，浇铸前，浇铸的模壳在550-600℃预热1～2小时。
本发明的有益效果是：本发明的铜基合金材料有很高的抗疲劳性能，铸造性能好，合金组织致密性好，且本发明制备该铜基合金材料的工艺也比较简单，得到的材料纯度较高，缩孔较小，晶偏程度低，内在质量好，这种材料用于焊接机器人焊臂材料非常适合，可以有效满足生产需要。
具体实施方式
实施例1：
一种机器人焊臂用铜基合金，按重量百分比计，主要是由以下成分组成：Mn:0.15％、Fe:0.2％、Ni:0.3％、Al:9.3％、余量为Cu。
该机器人焊臂用铜基合金的生产工艺流程为：
(1)配料及前处理：按所述配方配料，所有原材料均切成10cm*10cm的小块后清洗干净，于180℃烘烤0.5h；
(2)真空熔炼铸锭：将步骤(1)经处理过的原料置于真空感应炉内，真空度达到0.06Pa时进行加热熔炼，升温速率为10℃/min，待温度达到1600℃后熔炼完成，进行浇筑，在凝固过程中，施加电磁搅拌，铸成预制母合金锭；所施加的电磁搅拌的次数为2次，每次电磁搅拌的频率均为42Hz，电流均为65A，电磁搅拌时间均为3分钟，2次电磁搅拌之间的时间间隔为1分钟。电磁搅拌可细化和增加高温合金等轴晶组织，减少了中心缩孔缩松的大小和分布，大幅减轻了枝晶偏析的程度，从而改善高温合金的内在质量；
(3)再熔融：将所述预制母合金锭在真空感应炉内重熔，真空度为0.06Pa，减少杂质含量，升温速率为10℃/min，待温度达到1600℃后熔炼完成，再次浇注成铸件；以上所用的真空感应炉使用的是1600Hz的中频电源。真空感应炉采用无铁芯的感应熔炼炉，真空系统采用油增压泵和罗茨泵并联的真空系统。以上浇铸过程中采用的是氧化铝陶瓷壳模，浇铸前，浇铸的模壳在550℃预热1小时；
(4)热处理：在880℃下保温12小时，下降到725℃时保温4小时，再下降到516℃保温1小时后，空冷或炉冷至室温。
实施例2：
一种机器人焊臂用铜基合金，按重量百分比计，主要是由以下成分组成：Mn:0.2％、Fe:0.3％、Ni:0.4％、Al:9.8％、余量为Cu。
该机器人焊臂用铜基合金的生产工艺流程为：
(1)配料及前处理：按所述配方配料，所有原材料均切成10cm*10cm的小块后清洗干净，于200℃烘烤1h；
(2)真空熔炼铸锭：将步骤(1)经处理过的原料置于真空感应炉内，真空度达到0.06Pa时进行加热熔炼，升温速率为20℃/min，待温度达到1650℃后熔炼完成，进行浇筑，在凝固过程中，施加电磁搅拌，铸成预制母合金锭；所施加的电磁搅拌的次数为2次，每次电磁搅拌的频率均为42Hz，电流均为65A，电磁搅拌时间均为3.1分钟，2次电磁搅拌之间的时间间隔为2分钟。电磁搅拌可细化和增加高温合金等轴晶组织，减少了中心缩孔缩松的大小和分布，大幅减轻了枝晶偏析的程度，从而改善高温合金的内在质量；
(3)再熔融：将所述预制母合金锭在真空感应炉内重熔，真空度为0.06Pa，减少杂质含量，升温速率为20℃/min，待温度达到1650℃后熔炼完成，再次浇注成铸件；以上所用的真空感应炉使用的是1700Hz的中频电源。真空感应炉采用无铁芯的感应熔炼炉，真空系统采用油增压泵和罗茨泵并联的真空系统。所述浇铸过程中采用的是氧化铝陶瓷壳模，浇铸前，浇铸的模壳在560℃预热1.2小时；
(4)热处理：在884℃下保温14小时，下降到730℃时保温5小时，再下降到520℃保温2小时后，空冷或炉冷至室温。
实施例3：
一种机器人焊臂用铜基合金，按重量百分比计，主要是由以下成分组成：Mn:0.325％、Fe:0.4％、Ni:0.5％、Al:10.9％、余量为Cu。
该机器人焊臂用铜基合金的生产工艺流程为：
(1)配料及前处理：按所述配方配料，所有原材料均切成10cm*10cm的小块后清洗干净，于215℃烘烤2h；
(2)真空熔炼铸锭：将步骤(1)经处理过的原料置于真空感应炉内，真空度达到0.06Pa时进行加热熔炼，升温速率为35℃/min，待温度达到1675℃后熔炼完成，进行浇筑，在凝固过程中，施加电磁搅拌，铸成预制母合金锭；所施加的电磁搅拌的次数为2次，每次电磁搅拌的频率均为42Hz，电流均为65A，电磁搅拌时间均为3.25分钟，2次电磁搅拌之间的时间间隔为3分钟。电磁搅拌可细化和增加高温合金等轴晶组织，减少了中心缩孔缩松的大小和分布，大幅减轻了枝晶偏析的程度，从而改善高温合金的内在质量；
(3)再熔融：将所述预制母合金锭在真空感应炉内重熔，真空度为0.06Pa，减少杂质含量，升温速率为35℃/min，待温度达到1675℃后熔炼完成，再次浇注成铸件；以上所用的真空感应炉使用的是1900Hz的中频电源。真空感应炉采用无铁芯的感应熔炼炉，真空系统采用油增压泵和罗茨泵并联的真空系统；所述浇铸过程中采用的是氧化铝陶瓷壳模，浇铸前，浇铸的模壳在575℃预热1.5小时；
(4)热处理：在892℃下保温16小时，下降到740℃时保温7小时，再下降到533℃保温5.5小时后，空冷或炉冷至室温。
实施例4：
一种机器人焊臂用铜基合金，按重量百分比计，主要是由以下成分组成：Mn:0.45％、Fe:0.5％、Ni:0.6％、Al:12％、余量为Cu。
该机器人焊臂用铜基合金的生产工艺流程为：
(1)配料及前处理：按所述配方配料，所有原材料均切成10cm*10cm的小块后清洗干净，于230℃烘烤3h；
(2)真空熔炼铸锭：将步骤(1)经处理过的原料置于真空感应炉内，真空度达到0.06Pa时进行加热熔炼，升温速率为50℃/min，待温度达到1700℃后熔炼完成，进行浇筑，在凝固过程中，施加电磁搅拌，铸成预制母合金锭；所施加的电磁搅拌的次数为2次，每次电磁搅拌的频率均为42Hz，电流均为65A，电磁搅拌时间均为3.4分钟，2次电磁搅拌之间的时间间隔为4分钟。电磁搅拌可细化和增加高温合金等轴晶组织，减少了中心缩孔缩松的大小和分布，大幅减轻了枝晶偏析的程度，从而改善高温合金的内在质量；
(3)再熔融：将所述预制母合金锭在真空感应炉内重熔，真空度为0.06Pa，减少杂质含量，升温速率为50℃/min，待温度达到1700℃后熔炼完成，再次浇注成铸件；以上所用的真空感应炉使用的是2100Hz的中频电源。真空感应炉采用无铁芯的感应熔炼炉，真空系统采用油增压泵和罗茨泵并联的真空系统；所述浇铸过程中采用的是氧化铝陶瓷壳模，浇铸前，浇铸的模壳在590℃预热1.8小时
(4)热处理：在900℃下保温18小时，下降到750℃时保温9小时，后，在该温度条件下进行15％滚压处理，然后再空冷或炉冷至室温。滚压处理可在铸件表面形成致密的纤维状，并形成残余应力层，提高铸件的硬度和强度。
实施例5：
一种机器人焊臂用铜基合金，按重量百分比计，主要是由以下成分组成：Mn:0.5％、Fe:0.6％、Ni:0.7％、Al:12.5％、余量为Cu。
该机器人焊臂用铜基合金的生产工艺流程为：
(1)配料及前处理：按所述配方配料，所有原材料均切成10cm*10cm的小块后清洗干净，于250℃烘烤3.5h；
(2)真空熔炼铸锭：将步骤(1)经处理过的原料置于真空感应炉内，真空度达到0.06Pa时进行加热熔炼，升温速率为60℃/min，待温度达到1750℃后熔炼完成，进行浇筑，在凝固过程中，施加电磁搅拌，铸成预制母合金锭；所施加的电磁搅拌的次数为2次，每次电磁搅拌的频率均为42Hz，电流均为65A，电磁搅拌时间均为3.5分钟，2次电磁搅拌之间的时间间隔为5分钟。电磁搅拌可细化和增加高温合金等轴晶组织，减少了中心缩孔缩松的大小和分布，大幅减轻了枝晶偏析的程度，从而改善高温合金的内在质量；
(3)再熔融：将所述预制母合金锭在真空感应炉内重熔，真空度为0.06Pa，减少杂质含量，升温速率为60℃/min，待温度达到1750℃后熔炼完成，再次浇注成铸件；以上所用的真空感应炉使用的是2200Hz的中频电源。真空感应炉采用无铁芯的感应熔炼炉，真空系统采用油增压泵和罗茨泵并联的真空系统；所述浇铸过程中采用的是氧化铝陶瓷壳模，浇铸前，浇铸的模壳在600℃预热2小时；
(4)热处理：在904℃下保温20小时，下降到755℃时保温10小时，再下降到550℃保温10小时后，在该温度条件下进行15％滚压处理，然后再空冷或炉冷至室温。滚压处理可在铸件表面形成致密的纤维状，并形成残余应力层，提高铸件的硬度和强度。
材料性能测试：
下面是对本发明实施例1至5所制备的铜基合金材料的各项性能指标进行测定的结果，如表1所示：
表1：实施例1至5所制备的铜基合金材料的各项性能指标
最后应该说明的是：以上描述是对本发明的解释，不是对发明的限定，本发明所限定的范围参见权利要求，在本发明的保护范围之内，可以作任何形式的修改。

Claims (1)

1.一种机器人焊臂用铜基合金，其特征在于，按重量百分比计，主要是由以下成分组成：Mn:0.325％、Fe:0.4％、Ni:0.5％、Al:10.9％、余量为Cu；
所述铜基合金的生产工艺流程为：
(1)配料及前处理：按所述配方配料，所有原材料均切成10cm*10cm的小块后清洗干净，于180～250℃烘烤0.5～3.5h；
(2)真空熔炼铸锭：将步骤(1)经处理过的原料置于真空感应炉内，真空度达到P≤0.06Pa时进行加热熔炼，升温速率为10-60℃/min，待温度达到1600-1750℃后熔炼完成，进行浇铸 ，在凝固过程中，施加电磁搅拌，铸成预制母合金锭；所述的真空感应炉使用的是1600-2200Hz的中频电源；所施加的电磁搅拌的次数为2次，每次电磁搅拌的频率均为42Hz，电流均为65A，电磁搅拌时间均为3-3.5分钟，2次电磁搅拌之间的时间间隔为1-5分钟；所述浇铸过程中采用的是氧化铝陶瓷壳模，浇铸前，浇铸的模壳在550-600℃预热1～2小时；
(3)再熔融：将所述预制母合金锭在真空感应炉内重熔，真空度为P≤0.06Pa，升温速率为10-60℃/min，待温度达到1600-1750℃后熔炼完成，再次浇铸 成铸件；所述的真空感应炉使用的是1600-2200Hz的中频电源；所述浇铸过程中采用的是氧化铝陶瓷壳模，浇铸前，浇铸的模壳在550-600℃预热1～2小时；
(4)热处理：在880-904℃下保温12-20小时，下降到725-755℃时保温4-10小时，再下降到516-550℃保温1-10小时后，空冷或炉冷至室温。
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