CN108517439A - 一种机车零部件用青铜合金材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种机车零部件用青铜合金材料及其制备方法，该青铜合金材料组分包含碳化硅、锑、锌、铁、硅以及铜，其中青铜合金材料组分按重量百分比分别为：碳化硅：0.3‑1％,锑：1.5‑2.5％，锡：7‑9％，锌：2‑3.5％,铁：0.5‑1％，硅：0.3‑0.7％，余量为铜。本发明将纯净的碳化硅材料通过一定的技术手段均匀分布在铜、锑、锡、锌、铁和硅合金溶液当中，利用碳化硅高硬度，高耐磨性和良好的自润滑及高温强度大的性能，实现合金材料的性能的进一步提升。本发明所得到的复合合金新材料具有更高的强度﹑硬度，从而满足材料在高速铁路机车零部件中应用的要求。
Description
技术领域
本发明涉及合金材料领域，特别涉及一种机车零部件用青铜合金材料及其制备方法。
背景技术
碳化硅具有纯度高，粒径小，分布均匀，比表面积大，高表面活性，松装密度低，极好的力学，热学，电学和化学性能，即具有高硬度，高耐磨性和良好的自润滑，高热传导率，低热膨胀系数及高温强度大等特点。锡青铜是铸造收缩率最小的有色金属合金，用来生产形状复杂、轮廓清晰、气密性要求不高的铸件，锡青铜在大气、海水、淡水和蒸汽中十分耐蚀，广泛应用于各类耐磨轴瓦、轴套、法兰及齿轮等方面，尤其用于高速铁路装备。为了提升高锡青铜合金棒的易切削性能，往往在棒料中添加铅元素，加铅后的高锡青铜合金棒具有高的耐磨性并易切削加工，被广泛使用。然而，含铅高锡青铜合金棒会对环境造成影响，随着人们环保意识的不断提高，含铅元素的青铜合金棒已不能满足国内外高端市场的要求，尤其不能满足我国快速发展的高速铁路机车零部件的要求。另外，随着工业的发展，锡青铜的合金硬度需进一步提高。
发明内容
针对以上现有技术存在的缺陷，本发明的主要目的在于克服现有技术的不足之处，公开了一种机车零部件用青铜合金材料，该青铜合金材料组分包含碳化硅、锑、锌、铁、硅以及铜，其中青铜合金材料组分按重量百分比分别为：碳化硅：0.3-1％,锑：1.5-2.5％，锡：7-9％，锌：2-3.5％,铁： 0.5-1％，硅：0.3-0.7％，余量为铜。
进一步地，青铜合金材料组分按重量百分比分别为：碳化硅：0.5％, 锑：1.75％，锡：7.5％，锌：2.5％,铁：0.6％，硅：0.4％，余量为铜。
进一步地，青铜合金材料组分按重量百分比分别为：碳化硅：0.6％, 锑：2％，锡：8％，锌：2.8％,铁：0.75％，硅：0.5％，余量为铜。
进一步地，青铜合金材料组分按重量百分比分别为：碳化硅：0.8％, 锑：2.25％，锡：8.5％，锌：3％,铁：0.9％，硅：0.6％，余量为铜。
进一步地，所述碳化硅的粒径为50-100μm。
本发明提供的一种机车零部件用青铜合金材料的制备方法，包括如下步骤：
1)按照重量配比将电解铜﹑锡﹑锑、锌、铁和硅置于中频电炉内，加热至1200-1250℃，熔炼时间为3-4小时；同时用耐高温石墨棒将完全熔化的合金液体充分搅拌，合金完全熔化后保温至1100℃，保温静置时间为25-30分钟；
2)将筛选完成后的碳化硅颗粒添加到保温完成的合金溶液当中，并开启搅拌装置进行搅拌；
3)在搅拌完成的溶液上面覆盖高纯度鳞片状石墨粉以防止其氧化，并继续保温；
4)保温时间10-15分钟后，重新升温至1250℃，并开启中频电炉的振动装置；采用水平连铸方法铸造成直径10-300mm,长度为2000mm的实心合金棒材；
5)将铸造完成的合金棒材采用连续式退火炉进行150-180℃的低温退火，退火时间为1-1.5小时；
6)将退火好的合金棒在常温下冷却3-5分钟后，放入浓度为10％的盐水中进行进一步冷却，使其硬度进一步提升；
7)按照相应需求，采用高精度车床对完成冷却的合金棒进行表面处理，直径公差为±0.1mm,长度定尺为1000-1005mm；
8)包装并入库。
进一步地，步骤2)中的搅拌速率为300-310r/min,搅拌时间为 20-25min。
进一步地，步骤2)中的碳化硅颗粒的粒径为50-100μm。
进一步地，步骤3)中高纯度鳞片状石墨粉厚度约为10-15cm。
进一步地，步骤4)中振动装置的振动频率为5次/秒。
本发明取得的有益效果：
本发明将纯净的碳化硅材料通过一定的技术手段均匀分布在铜、锑、锡、锌、铁和硅合金溶液当中，利用碳化硅高硬度，高耐磨性和良好的自润滑及高温强度大的性能，实现合金材料的性能的进一步提升。本发明所得到的复合合金新材料具有更高的强度﹑硬度，从而满足材料在高速铁路机车零部件中应用的要求。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，下面结合实施例对本发明作进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例一
按重量百分比为碳化硅：0.3-1％,锑：1.5-2.5％，锡：7-9％，锌：2-3.5％, 铁：0.5-1％，硅：0.3-0.7％，余量为铜称取这些原料。
1)按照重量配比将电解铜﹑锡﹑锑、锌、铁和硅置于中频电炉内，加热至1200℃，熔炼时间为3小时；同时用耐高温石墨棒将完全熔化的合金液体充分搅拌，合金完全熔化后保温至1100℃，保温静置时间为25分钟；
2)将筛选完成后的粒径为50-100μm的碳化硅颗粒添加到保温完成的合金溶液当中，并开启搅拌装置进行搅拌，搅拌速率为300r/min,搅拌时间为20min；
3)在搅拌完成的溶液上面覆盖高纯度鳞片状石墨粉以防止其氧化，厚度约为10cm，并继续保温；
4)保温时间10分钟后，重新升温至1250℃，并开启中频电炉的振动装置，振动频率为5次/秒；采用水平连铸方法铸造成直径10-300mm,长度为2000mm的实心合金棒材；
5)将铸造完成的合金棒材采用连续式退火炉进行150-180℃的低温退火，退火时间为1小时；
6)将退火好的合金棒在常温下冷却3分钟后，放入浓度为10％的盐水中进行进一步冷却，使其硬度进一步提升；
7)按照相应需求，采用高精度车床对完成冷却的合金棒进行表面处理，直径公差为±0.1mm,长度定尺为1000-1005mm；
8)包装并入库。
实施例二
按重量百分比为碳化硅：0.5％,锑：1.75％，锡：7.5％，锌：2.5％,铁：0.6％，硅：0.4％，余量为铜取这些原料。
1)按照重量配比将电解铜﹑锡﹑锑、锌、铁和硅置于中频电炉内，加热至1210℃，熔炼时间为3小时；同时用耐高温石墨棒将完全熔化的合金液体充分搅拌，合金完全熔化后保温至1100℃，保温静置时间为25分钟；
2)将筛选完成后的粒径为50-100μm的碳化硅颗粒添加到保温完成的合金溶液当中，并开启搅拌装置进行搅拌，搅拌速率为300r/min,搅拌时间为22min；
3)在搅拌完成的溶液上面覆盖高纯度鳞片状石墨粉以防止其氧化，厚度约为12cm，并继续保温；
4)保温时间10-15分钟后，重新升温至1250℃，并开启中频电炉的振动装置，振动频率为5次/秒；采用水平连铸方法铸造成直径10-300mm, 长度为2000mm的实心合金棒材；
5)将铸造完成的合金棒材采用连续式退火炉进行150-180℃的低温退火，退火时间为1.2小时；
6)将退火好的合金棒在常温下冷却3分钟后，放入浓度为10％的盐水中进行进一步冷却，使其硬度进一步提升；
7)按照相应需求，采用高精度车床对完成冷却的合金棒进行表面处理，直径公差为±0.1mm,长度定尺为1000-1005mm；
8)包装并入库。
实施例三
按重量百分比为碳化硅：0.6％,锑：2％，锡：8％，锌：2.8％,铁：0.75％，硅：0.5％，余量为铜称取这些原料。
1)按照重量配比将电解铜﹑锡﹑锑、锌、铁和硅置于中频电炉内，加热至1230℃，熔炼时间为3.5小时；同时用耐高温石墨棒将完全熔化的合金液体充分搅拌，合金完全熔化后保温至1100℃，保温静置时间为27 分钟；
2)将筛选完成后的粒径为50-100μm的碳化硅颗粒添加到保温完成的合金溶液当中，并开启搅拌装置进行搅拌，搅拌速率为305r/min,搅拌时间为23min；
3)在搅拌完成的溶液上面覆盖高纯度鳞片状石墨粉以防止其氧化，厚度约为13cm，并继续保温；
4)保温时间13分钟后，重新升温至1250℃，并开启中频电炉的振动装置，振动频率为5次/秒；采用水平连铸方法铸造成直径10-300mm,长度为2000mm的实心合金棒材；
5)将铸造完成的合金棒材采用连续式退火炉进行150-180℃的低温退火，退火时间为1.4小时；
6)将退火好的合金棒在常温下冷却4分钟后，放入浓度为10％的盐水中进行进一步冷却，使其硬度进一步提升；
7)按照相应需求，采用高精度车床对完成冷却的合金棒进行表面处理，直径公差为±0.1mm,长度定尺为1000-1005mm；
8)包装并入库。
实施例四
按重量百分比为碳化硅：0.8％,锑：2.25％，锡：8.5％，锌：3％,铁： 0.9％，硅：0.6％，余量为铜称取这些原料。
1)按照重量配比将电解铜﹑锡﹑锑、锌、铁和硅置于中频电炉内，加热至1240℃，熔炼时间为4小时；同时用耐高温石墨棒将完全熔化的合金液体充分搅拌，合金完全熔化后保温至1100℃，保温静置时间为-30分钟；
2)将筛选完成后的粒径为50-100μm的碳化硅颗粒添加到保温完成的合金溶液当中，并开启搅拌装置进行搅拌，搅拌速率为310r/min,搅拌时间为25min；
3)在搅拌完成的溶液上面覆盖高纯度鳞片状石墨粉以防止其氧化，厚度约为10-15cm，并继续保温；
4)保温时间15分钟后，重新升温至1250℃，并开启中频电炉的振动装置，振动频率为5次/秒；采用水平连铸方法铸造成直径10-300mm,长度为2000mm的实心合金棒材；
5)将铸造完成的合金棒材采用连续式退火炉进行150-180℃的低温退火，退火时间为1-1.5小时；
6)将退火好的合金棒在常温下冷却5分钟后，放入浓度为10％的盐水中进行进一步冷却，使其硬度进一步提升；
7)按照相应需求，采用高精度车床对完成冷却的合金棒进行表面处理，直径公差为±0.1mm,长度定尺为1000-1005mm；
8)包装并入库。
实施例五
按重量百分比为碳化硅：1％,锑：2.5％，锡：9％，锌：3.5％,铁：1％，硅：0.7％，余量为铜称取这些原料。
1)按照重量配比将电解铜﹑锡﹑锑、锌、铁和硅置于中频电炉内，加热至1250℃，熔炼时间为4小时；同时用耐高温石墨棒将完全熔化的合金液体充分搅拌，合金完全熔化后保温至1100℃，保温静置时间为30分钟；
2)将筛选完成后的粒径为50-100μm的碳化硅颗粒添加到保温完成的合金溶液当中，并开启搅拌装置进行搅拌，搅拌速率为310r/min,搅拌时间为25min；
3)在搅拌完成的溶液上面覆盖高纯度鳞片状石墨粉以防止其氧化，厚度约为15cm，并继续保温；
4)保温时间15分钟后，重新升温至1250℃，并开启中频电炉的振动装置，振动频率为5次/秒；采用水平连铸方法铸造成直径10-300mm,长度为2000mm的实心合金棒材；
5)将铸造完成的合金棒材采用连续式退火炉进行150-180℃的低温退火，退火时间为1.5小时；
6)将退火好的合金棒在常温下冷却5分钟后，放入浓度为10％的盐水中进行进一步冷却，使其硬度进一步提升；
7)按照相应需求，采用高精度车床对完成冷却的合金棒进行表面处理，直径公差为±0.1mm,长度定尺为1000-1005mm；
8)包装并入库。
将本发明的上述实施例1-5中获得的用于机车零部件的青铜合金材料进行性能测定实验，参数如表1所示。
表1
根据上述表1的数据可以看出，本发明提供的一种机车零部件用青铜合金材料将纯净的碳化硅材料通过一定的技术手段均匀分布在铜、锑、锡、锌、铁和硅合金溶液当中，利用碳化硅高硬度，高耐磨性和良好的自润滑及高温强度大的性能，实现合金材料的性能的进一步提升。本发明所得到的复合合金新材料具有更高的强度﹑硬度，从而满足材料在高速铁路机车零部件中应用的要求。
以上仅为本发明的较佳实施例，并非用来限定本发明的实施范围；如果不脱离本发明的精神和范围，对本发明进行修改或者等同替换，均应涵盖在本发明权利要求的保护范围当中。
Claims (10)
1.一种机车零部件用青铜合金材料，其特征在于，该青铜合金材料组分包含碳化硅、锑、锌、铁、硅以及铜，其中青铜合金材料组分按重量百分比分别为：碳化硅：0.3-1％,锑：1.5-2.5％，锡：7-9％，锌：2-3.5％,铁：0.5-1％，硅：0.3-0.7％，余量为铜。
2.根据权利要求1所述的一种机车零部件用青铜合金材料，其特征在于，青铜合金材料组分按重量百分比分别为：碳化硅：0.5％,锑：1.75％，锡：7.5％，锌：2.5％,铁：0.6％，硅：0.4％，余量为铜。
3.根据权利要求1所述的一种机车零部件用青铜合金材料，其特征在于，青铜合金材料组分按重量百分比分别为：碳化硅：0.6％,锑：2％，锡：8％，锌：2.8％,铁：0.75％，硅：0.5％，余量为铜。
4.根据权利要求1所述的一种机车零部件用青铜合金材料，其特征在于，青铜合金材料组分按重量百分比分别为：碳化硅：0.8％,锑：2.25％，锡：8.5％，锌：3％,铁：0.9％，硅：0.6％，余量为铜。
5.根据权利要求1-4任意一项所述的一种机车零部件用青铜合金材料，其特征在于，所述碳化硅的粒径为50-100μm。
6.根据权利要求1-4任意一项所述的一种机车零部件用青铜合金材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
1)按照重量配比将电解铜﹑锡﹑锑、锌、铁和硅置于中频电炉内，加热至1200-1250℃，熔炼时间为3-4小时；同时用耐高温石墨棒将完全熔化的合金液体充分搅拌，合金完全熔化后保温至1100℃，保温静置时间为25-30分钟；
2)将筛选完成后的碳化硅颗粒添加到保温完成的合金溶液当中，并开启搅拌装置进行搅拌；
3)在搅拌完成的溶液上面覆盖高纯度鳞片状石墨粉以防止其氧化，并继续保温；
4)保温时间10-15分钟后，重新升温至1250℃，并开启中频电炉的振动装置；采用水平连铸方法铸造成直径10-300mm,长度为2000mm的实心合金棒材；
5)将铸造完成的合金棒材采用连续式退火炉进行150-180℃的低温退火，退火时间为1-1.5小时；
6)将退火好的合金棒在常温下冷却3-5分钟后，放入浓度为10％的盐水中进行进一步冷却，使其硬度进一步提升；
7)按照相应需求，采用高精度车床对完成冷却的合金棒进行表面处理，直径公差为±0.1mm,长度定尺为1000-1005mm；
8)包装并入库。
7.根据权利要求6所述的一种机车零部件用青铜合金材料的制备方法，其特征在于，步骤2)中的搅拌速率为300-310r/min,搅拌时间为20-25min。
8.根据权利要求6所述的一种机车零部件用青铜合金材料的制备方法，其特征在于，步骤2)中的碳化硅颗粒的粒径为50-100μm。
9.根据权利要求6所述的一种机车零部件用青铜合金材料的制备方法，其特征在于，步骤3)中高纯度鳞片状石墨粉厚度约为10-15cm。
10.根据权利要求6所述的一种机车零部件用青铜合金材料的制备方法，其特征在于，步骤4)中振动装置的振动频率为5次/秒。
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| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication | ||
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Application publication date: 20180911 |