CN108531768A - 一种动力机械部件用合金材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种动力机械部件用合金材料及其制备方法，该合金材料组分包含硼化钛、铝、铁、锰、镍、镧或铈、锡、锌、硅、磷以及铜，其中合金材料的组分按重量百分比分别为：硼化钛：3‑4.5％,铝：17‑19％，铁：10‑11.5％，锰：3‑4.5％，镍：4‑5.5％，镧或铈：2‑3.5％，锡：1‑2.5％，锌：1‑3.5％，硅：0.5‑1.5％，磷：0.5‑1％，余量为铜。在传统青铜材料中加入硼化钛陶瓷颗粒，用以提高铸造合金材料的硬度；并适当的添加相应的稀土元素镧或铈，用于进一步细化、改善合金内部材料的径粒组织结构，从而使材料在不需要进一步锻打或者热处理的前提下，即可实现合金材料的强度和硬度，进一步满足核动力汽轮机耐磨泵块用材料的要求。
Description
技术领域
本发明涉及合金材料领域，特别涉及一种动力机械部件用合金材料及其制备方法
背景技术
青铜材料具有良好的延展性和可锻性等性能，因此其应用较为广泛，其主要应用于核电汽轮机的技术领域中，具体是用于锻打成型各类阀块、耐磨泵块。但是，随着核电工业的大力发展，市场需求更多、更优的材料，由于锻打处理产生的缺陷，使得目前所使用的青铜锭已越来越不能满足国内外高标泵阀类合金锭的需求。另外，由于材料内部结构的原因，通过翻砂铸造的青铜材料，极易产生气孔表面夹杂，不易二次成型。
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，公开了一种动力机械部件用合金材料，该合金材料组分包含硼化钛、铝、铁、锰、镍、镧、锡、锌、硅、磷以及铜，其中合金材料的组分按重量百分比分别为：硼化钛：3-4.5％,铝：17-19％，铁：10-11.5％，锰：3-4.5％，镍：4-5.5％，镧：2-3.5％，锡：1-2.5％，锌：1-3.5％，硅：0.5-1.5％，磷：0.5-1％，余量为铜。
一种动力机械部件用合金材料，该合金材料组分包含硼化钛、铝、铁、锰、镍、铈、锡、锌、硅、磷以及铜，其中合金材料的组分按重量百分比分别为：硼化钛：3-4.5％,铝：17-19％，铁：10-11.5％，锰：3-4.5％，镍： 4-5.5％，铈：2-3.5％，锡：1-2.5％，锌：1-3.5％，硅：0.5-1.5％，磷：0.5-1％，余量为铜。
进一步地，合金材料的组分按重量百分比分别为：硼化钛：3.75％,铝： 18％，铁：10.75％，锰：0.75％，镍：4.75％，镧：2.75％，锡：1.75％，锌： 2.25％，硅：1％，磷：0.75％，余量为铜。
进一步地，合金材料的组分按重量百分比分别为：硼化钛：3.75％,铝： 18％，铁：10.75％，锰：0.75％，镍：4.75％，铈：2.75％，锡：1.75％，锌： 2.25％，硅：1％，磷：0.75％，余量为铜。
本发明提供的一种动力机械部件用合金材料的制备方法，，包括以下步骤：
1)按照重量配比将锌、铁、锰、镍、硅、磷铜置于工频电炉内，加热至1150℃完全熔化后并保温，形成多素元合金溶液；
2)按照重量比例将铝、锡放置于坩埚炉中进行熔炼，熔炼温度为 680℃，熔炼时间20-25分钟，形成铝锡合金；
3)将镧按照重量比例添加到正在保温的多元素合金溶液当中，开启振动装置与搅拌装置，振动装置振动频率为：15次/秒；搅拌装置搅拌速率为：200转/分钟，搅拌时间为：5-10分钟；
4)将硼化钛颗粒添加到铝锡合金溶液当中，同时进行搅拌，搅拌速率为150转/分钟；搅拌时间10-15分钟；
5)将搅拌完成的铝锡硼化钛合金溶液转移至铸造保温炉当中，并将多元素合金溶液与其混合；第三次进行搅拌，搅拌时间为5-10分钟，速率为400转/分钟；
6)将搅拌完成的合金溶液静止3-5分钟，并取样检测，已确定成份在设定范围之内；成份合格后，采用导流管直接将熔体引入结晶器，结晶器内涂抹润滑油，炉膛内覆盖3-5cm厚度的炭黑以减少氧化和生渣的机会；
7)按照各种不同机械零部件的要求进行铸造，包装入库。
进一步地，步骤4)中的硼化钛的粒径为10-50μm。
本发明提供的一种动力机械部件用合金材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)按照重量配比将锌、铁、锰、镍、硅、磷铜置于工频电炉内，加热至1150℃完全熔化后并保温，形成多素元合金溶液；
2)按照重量比例将铝、锡放置于坩埚炉中进行熔炼，熔炼温度为 680℃，熔炼时间20-25分钟，形成铝锡合金；
3)将铈按照重量比例添加到正在保温的多元素合金溶液当中，开启振动装置与搅拌装置，振动装置振动频率为：15次/秒；搅拌装置搅拌速率为：200转/分钟，搅拌时间为：5-10分钟；
4)将硼化钛颗粒添加到铝锡合金溶液当中，同时进行搅拌，搅拌速率为150转/分钟；搅拌时间10-15分钟；
5)将搅拌完成的铝锡硼化钛合金溶液转移至铸造保温炉当中，并将多元素合金溶液与其混合；第三次进行搅拌，搅拌时间为5-10分钟，速率为400转/分钟；
6)将搅拌完成的合金溶液静止3-5分钟，并取样检测，已确定成份在设定范围之内；成份合格后，采用导流管直接将熔体引入结晶器，结晶器内涂抹润滑油，炉膛内覆盖3-5cm厚度的炭黑以减少氧化和生渣的机会；
7)按照各种不同机械零部件的要求进行铸造，包装入库。
进一步地，步骤4)中的硼化钛的粒径为10-50μm。
本发明取得的有益效果：
本发明提供的核动力汽轮机耐磨泵块用铸造合金材料，在传统青铜材料中加入硼化钛(TiB2)陶瓷颗粒，用以提高铸造合金材料的硬度；并适当的添加相应的稀土元素镧或铈，用于进一步细化、改善合金内部材料的径粒组织结构，从而使材料在不需要进一步锻打或者热处理的前提下，即可实现合金材料的强度和硬度，进一步满足核动力汽轮机耐磨泵块用材料的要求。同时也避免了原有合金材料因锻打而产生的开裂情况，进一步减少了材料在铸造过程中产生的气孔率，从而节约了生产成本，提高了生产效率。
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
一种动力机械部件用合金材料，合金材料的组分按重量百分比分别为：硼化钛：3％,铝：17％，铁：10％，锰：3％，镍：4％，镧：2％，锡：1％，锌：1％，硅：0.5％，磷：0.5％，余量为铜。
1)按照重量配比将锌、铁、锰、镍、硅、磷铜置于工频电炉内，加热至1150℃完全熔化后并保温，形成多素元合金溶液；
2)按照重量比例将铝、锡放置于坩埚炉中进行熔炼，熔炼温度为 680℃，熔炼时间20分钟，形成铝锡合金；
3)将镧按照重量比例添加到正在保温的多元素合金溶液当中，开启振动装置与搅拌装置，振动装置振动频率为：15次/秒；搅拌装置搅拌速率为：200转/分钟，搅拌时间为：5分钟；
4)将粒径为10-50μm的硼化钛颗粒添加到铝锡合金溶液当中，同时进行搅拌，搅拌速率为150转/分钟；搅拌时间10分钟；
5)将搅拌完成的铝锡硼化钛合金溶液转移至铸造保温炉当中，并将多元素合金溶液与其混合；第三次进行搅拌，搅拌时间为5分钟，速率为 400转/分钟；
6)将搅拌完成的合金溶液静止3分钟，并取样检测，已确定成份在设定范围之内；成份合格后，采用导流管直接将熔体引入结晶器，结晶器内涂抹润滑油，炉膛内覆盖3-5cm厚度的炭黑以减少氧化和生渣的机会；
7)按照各种不同机械零部件的要求进行铸造，包装入库。
按照本发明的方法所制备得到的合金材料、传统合金材料和锻打合金材料之间的性能对比如下表：
表1
实施例二
一种动力机械部件用合金材料，合金材料的组分按重量百分比分别为：硼化钛：3.75％,铝：18％，铁：10.75％，锰：0.75％，镍：4.75％，镧： 2.75％，锡：1.75％，锌：2.25％，硅：1％，磷：0.75％，余量为铜。
1)按照重量配比将锌、铁、锰、镍、硅、磷铜置于工频电炉内，加热至1150℃完全熔化后并保温，形成多素元合金溶液；
2)按照重量比例将铝、锡放置于坩埚炉中进行熔炼，熔炼温度为 680℃，熔炼时间23分钟，形成铝锡合金；
3)将镧按照重量比例添加到正在保温的多元素合金溶液当中，开启振动装置与搅拌装置，振动装置振动频率为：15次/秒；搅拌装置搅拌速率为：200转/分钟，搅拌时间为：8分钟；
4)将粒径为10-50μm的硼化钛颗粒添加到铝锡合金溶液当中，同时进行搅拌，搅拌速率为150转/分钟；搅拌时间12分钟；
5)将搅拌完成的铝锡硼化钛合金溶液转移至铸造保温炉当中，并将多元素合金溶液与其混合；第三次进行搅拌，搅拌时间为8分钟，速率为 400转/分钟；
6)将搅拌完成的合金溶液静止4分钟，并取样检测，已确定成份在设定范围之内；成份合格后，采用导流管直接将熔体引入结晶器，结晶器内涂抹润滑油，炉膛内覆盖3-5cm厚度的炭黑以减少氧化和生渣的机会；
7)按照各种不同机械零部件的要求进行铸造，包装入库。
按照本发明的方法所制备得到的合金材料、传统合金材料和锻打合金材料之间的性能对比如下表：
表2
实施例三
一种动力机械部件用合金材料，合金材料的组分按重量百分比分别为：硼化钛：4.5％,铝：19％，铁：11.5％，锰：4.5％，镍：5.5％，镧：3.5％，锡：2.5％，锌：3.5％，硅：1.5％，磷：1％，余量为铜。
1)按照重量配比将锌、铁、锰、镍、硅、磷铜置于工频电炉内，加热至1150℃完全熔化后并保温，形成多素元合金溶液；
2)按照重量比例将铝、锡放置于坩埚炉中进行熔炼，熔炼温度为 680℃，熔炼时间25分钟，形成铝锡合金；
3)将镧按照重量比例添加到正在保温的多元素合金溶液当中，开启振动装置与搅拌装置，振动装置振动频率为：15次/秒；搅拌装置搅拌速率为：200转/分钟，搅拌时间为：10分钟；
4)将粒径为10-50μm的硼化钛颗粒添加到铝锡合金溶液当中，同时进行搅拌，搅拌速率为150转/分钟；搅拌时间15分钟；
5)将搅拌完成的铝锡硼化钛合金溶液转移至铸造保温炉当中，并将多元素合金溶液与其混合；第三次进行搅拌，搅拌时间为10分钟，速率为400转/分钟；
6)将搅拌完成的合金溶液静止5分钟，并取样检测，已确定成份在设定范围之内；成份合格后，采用导流管直接将熔体引入结晶器，结晶器内涂抹润滑油，炉膛内覆盖3-5cm厚度的炭黑以减少氧化和生渣的机会；
7)按照各种不同机械零部件的要求进行铸造，包装入库。
按照本发明的方法所制备得到的合金材料、传统合金材料和锻打合金材料之间的性能对比如下表：
表3
实施例四
一种动力机械部件用合金材料，合金材料的组分按重量百分比分别为：硼化钛：3％,铝：17％，铁：10％，锰：3％，镍：4％，铈：2％，锡：1％，锌：1％，硅：0.5％，磷：0.5％，余量为铜。
1)按照重量配比将锌、铁、锰、镍、硅、磷铜置于工频电炉内，加热至1150℃完全熔化后并保温，形成多素元合金溶液；
2)按照重量比例将铝、锡放置于坩埚炉中进行熔炼，熔炼温度为 680℃，熔炼时间20分钟，形成铝锡合金；
3)将铈按照重量比例添加到正在保温的多元素合金溶液当中，开启振动装置与搅拌装置，振动装置振动频率为：15次/秒；搅拌装置搅拌速率为：200转/分钟，搅拌时间为：5分钟；
4)将粒径为10-50μm的硼化钛颗粒添加到铝锡合金溶液当中，同时进行搅拌，搅拌速率为150转/分钟；搅拌时间10分钟；
5)将搅拌完成的铝锡硼化钛合金溶液转移至铸造保温炉当中，并将多元素合金溶液与其混合；第三次进行搅拌，搅拌时间为5分钟，速率为 400转/分钟；
6)将搅拌完成的合金溶液静止3分钟，并取样检测，已确定成份在设定范围之内；成份合格后，采用导流管直接将熔体引入结晶器，结晶器内涂抹润滑油，炉膛内覆盖3-5cm厚度的炭黑以减少氧化和生渣的机会；
7)按照各种不同机械零部件的要求进行铸造，包装入库。
按照本发明的方法所制备得到的合金材料、传统合金材料和锻打合金材料之间的性能对比如下表：
表4
实施例五
一种动力机械部件用合金材料，合金材料的组分按重量百分比分别为：硼化钛：3.75％,铝：18％，铁：10.75％，锰：0.75％，镍：4.75％，铈： 2.75％，锡：1.75％，锌：2.25％，硅：1％，磷：0.75％，余量为铜。
1)按照重量配比将锌、铁、锰、镍、硅、磷铜置于工频电炉内，加热至1150℃完全熔化后并保温，形成多素元合金溶液；
2)按照重量比例将铝、锡放置于坩埚炉中进行熔炼，熔炼温度为 680℃，熔炼时间23分钟，形成铝锡合金；
3)将铈按照重量比例添加到正在保温的多元素合金溶液当中，开启振动装置与搅拌装置，振动装置振动频率为：15次/秒；搅拌装置搅拌速率为：200转/分钟，搅拌时间为：8分钟；
4)将粒径为10-50μm的硼化钛颗粒添加到铝锡合金溶液当中，同时进行搅拌，搅拌速率为150转/分钟；搅拌时间12分钟；
5)将搅拌完成的铝锡硼化钛合金溶液转移至铸造保温炉当中，并将多元素合金溶液与其混合；第三次进行搅拌，搅拌时间为8分钟，速率为 400转/分钟；
6)将搅拌完成的合金溶液静止4分钟，并取样检测，已确定成份在设定范围之内；成份合格后，采用导流管直接将熔体引入结晶器，结晶器内涂抹润滑油，炉膛内覆盖3-5cm厚度的炭黑以减少氧化和生渣的机会；
7)按照各种不同机械零部件的要求进行铸造，包装入库。
按照本发明的方法所制备得到的合金材料、传统合金材料和锻打合金材料之间的性能对比如下表：
表5
实施例六
一种动力机械部件用合金材料，合金材料的组分按重量百分比分别为：硼化钛：4.5％,铝：19％，铁：11.5％，锰：4.5％，镍：5.5％，铈：3.5％，锡：2.5％，锌：3.5％，硅：1.5％，磷：1％，余量为铜。
1)按照重量配比将锌、铁、锰、镍、硅、磷铜置于工频电炉内，加热至1150℃完全熔化后并保温，形成多素元合金溶液；
2)按照重量比例将铝、锡放置于坩埚炉中进行熔炼，熔炼温度为 680℃，熔炼时间25分钟，形成铝锡合金；
3)将铈按照重量比例添加到正在保温的多元素合金溶液当中，开启振动装置与搅拌装置，振动装置振动频率为：15次/秒；搅拌装置搅拌速率为：200转/分钟，搅拌时间为：10分钟；
4)将粒径为10-50μm的硼化钛颗粒添加到铝锡合金溶液当中，同时进行搅拌，搅拌速率为150转/分钟；搅拌时间15分钟；
5)将搅拌完成的铝锡硼化钛合金溶液转移至铸造保温炉当中，并将多元素合金溶液与其混合；第三次进行搅拌，搅拌时间为10分钟，速率为400转/分钟；
6)将搅拌完成的合金溶液静止5分钟，并取样检测，已确定成份在设定范围之内；成份合格后，采用导流管直接将熔体引入结晶器，结晶器内涂抹润滑油，炉膛内覆盖3-5cm厚度的炭黑以减少氧化和生渣的机会；
7)按照各种不同机械零部件的要求进行铸造，包装入库。
按照本发明的方法所制备得到的合金材料、传统合金材料和锻打合金材料之间的性能对比如下表：
表6
由上表可知，按照本发明公开的成分配比及方法所制得的合金材料进一步细化、改善合金内部材料的经理组织结构，从而使材料在不需要进一步锻打或者热处理的前提下，即可实现合金材料的强度和硬度；进一步减少了材料在铸造过程中产生的气孔率。
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 (8)
1.一种动力机械部件用合金材料，其特征在于，该合金材料组分包含硼化钛、铝、铁、锰、镍、镧、锡、锌、硅、磷以及铜，其中合金材料的组分按重量百分比分别为：硼化钛：3-4.5％,铝：17-19％，铁：10-11.5％，锰：3-4.5％，镍：4-5.5％，镧：2-3.5％，锡：1-2.5％，锌：1-3.5％，硅：0.5-1.5％，磷：0.5-1％，余量为铜。
2.一种动力机械部件用合金材料，其特征在于，该合金材料组分包含硼化钛、铝、铁、锰、镍、铈、锡、锌、硅、磷以及铜，其中合金材料的组分按重量百分比分别为：硼化钛：3-4.5％,铝：17-19％，铁：10-11.5％，锰：3-4.5％，镍：4-5.5％，铈：2-3.5％，锡：1-2.5％，锌：1-3.5％，硅：0.5-1.5％，磷：0.5-1％，余量为铜。
3.根据权利要求1所述的一种动力机械部件用合金材料，其特征在于，合金材料的组分按重量百分比分别为：硼化钛：3.75％,铝：18％，铁：10.75％，锰：0.75％，镍：4.75％，镧：2.75％，锡：1.75％，锌：2.25％，硅：1％，磷：0.75％，余量为铜。
4.根据权利要求2所述的一种动力机械部件用合金材料，其特征在于，合金材料的组分按重量百分比分别为：硼化钛：3.75％,铝：18％，铁：10.75％，锰：0.75％，镍：4.75％，铈：2.75％，锡：1.75％，锌：2.25％，硅：1％，磷：0.75％，余量为铜。
5.根据权利要求1、3任意一项所述的一种动力机械部件用合金材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)按照重量配比将锌、铁、锰、镍、硅、磷铜置于工频电炉内，加热至1150℃完全熔化后并保温，形成多素元合金溶液；
2)按照重量比例将铝、锡放置于坩埚炉中进行熔炼，熔炼温度为680℃，熔炼时间20-25分钟，形成铝锡合金；
3)将镧按照重量比例添加到正在保温的多元素合金溶液当中，开启振动装置与搅拌装置，振动装置振动频率为：15次/秒；搅拌装置搅拌速率为：200转/分钟，搅拌时间为：5-10分钟；
4)将硼化钛颗粒添加到铝锡合金溶液当中，同时进行搅拌，搅拌速率为150转/分钟；搅拌时间10-15分钟；
5)将搅拌完成的铝锡硼化钛合金溶液转移至铸造保温炉当中，并将多元素合金溶液与其混合；第三次进行搅拌，搅拌时间为5-10分钟，速率为400转/分钟；
6)将搅拌完成的合金溶液静止3-5分钟，并取样检测，已确定成份在设定范围之内；成份合格后，采用导流管直接将熔体引入结晶器，结晶器内涂抹润滑油，炉膛内覆盖3-5cm厚度的炭黑以减少氧化和生渣的机会；
7)按照各种不同机械零部件的要求进行铸造，包装入库。
6.根据权利要求2、4任意一项所述的一种动力机械部件用合金材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)按照重量配比将锌、铁、锰、镍、硅、磷铜置于工频电炉内，加热至1150℃完全熔化后并保温，形成多素元合金溶液；
2)按照重量比例将铝、锡放置于坩埚炉中进行熔炼，熔炼温度为680℃，熔炼时间20-25分钟，形成铝锡合金；
3)将铈按照重量比例添加到正在保温的多元素合金溶液当中，开启振动装置与搅拌装置，振动装置振动频率为：15次/秒；搅拌装置搅拌速率为：200转/分钟，搅拌时间为：5-10分钟；
4)将硼化钛颗粒添加到铝锡合金溶液当中，同时进行搅拌，搅拌速率为150转/分钟；搅拌时间10-15分钟；
5)将搅拌完成的铝锡硼化钛合金溶液转移至铸造保温炉当中，并将多元素合金溶液与其混合；第三次进行搅拌，搅拌时间为5-10分钟，速率为400转/分钟；
6)将搅拌完成的合金溶液静止3-5分钟，并取样检测，已确定成份在设定范围之内；成份合格后，采用导流管直接将熔体引入结晶器，结晶器内涂抹润滑油，炉膛内覆盖3-5cm厚度的炭黑以减少氧化和生渣的机会；
7)按照各种不同机械零部件的要求进行铸造，包装入库。
7.根据权利要求5所述的一种动力机械部件用合金材料的制备方法，其特征在于，步骤4)中的硼化钛的粒径为10-50μm。
8.根据权利要求6所述的一种动力机械部件用合金材料的制备方法，其特征在于，步骤4)中的硼化钛的粒径为10-50μm。
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2018
- 2018-05-30 CN CN201810535337.0A patent/CN108531768A/zh active Pending
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