CN108588476A - 一种用于破碎机的无油润滑耐磨铜套及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种用于破碎机的无油润滑耐磨铜套，该铜套的组成成分按重量百分比为：锡Sn5‑12％、铅Pb3‑7％、锌Zn 5‑7％，防逆偏析精炼剂3‑10%，杂质≤1%，其余为铜Cu，上述组分的质量百分比之和为100%，本发明还提供的该铜套的制备方法，以上述组分为原料，通过制备防逆偏析精炼剂、砂型型腔制备、铜液的制备、浇注步骤、退火步骤、后处理步骤、质检等步骤，使制得的铜套满足要求，可用于破碎机的使用，且大大提高了该铜套的耐磨性能和使用寿命。

Description

一种用于破碎机的无油润滑耐磨铜套及其制备方法
技术领域
本发明属于机械设备材料工程技术领域，具体涉及一种用于破碎机的无油润滑耐磨铜套及其制备方法。
背景技术
铜套是机械设备中的一个零部件，主要应用在矿山机械设备上，并且应用比较广泛，在机械设备的应用过程中，铜套是一种不可缺少的零部件，在破碎机中普遍采用的是含有铅和锡的锡青铜，因为锡青铜的摩擦系数小，疲劳寿命高，对过热和气体的敏感性很小，能很好地焊接和钎焊；冲击时不发生火花，无磁性、耐寒，并有极高的耐磨性，主要用其做承受高压、高转速并受冲击的重要轴套。但是，锡青铜的凝固范围大，枝晶偏析严重；凝固时不易形成集中缩孔，体积收缩很小；铸锭中易出现锡的逆偏析，严重时铸锭表面可见到白色斑点（8相析出），甚至出现富锡颗粒，一般称为锡汗（tinsweat）；液态合金中，锡易生成硬脆的夹杂物SnO2，熔炼要充分脱氧，防止由于夹杂物引起的合金力学性能的降低。
发明内容
为解决上述问题，本发明提供一种用于破碎机的无油润滑耐磨铜套及其制备方法，。
本发明的目的是以下述方式实现的：
一种用于破碎机的无油润滑耐磨铜套，该铜套的组成成分按重量百分比为：锡Sn5-12％、铅Pb3-7％、锌5-7％，防逆偏析精炼剂3-10%，杂质≤1%，其余为铜Cu，上述组分的质量百分比之和为100%。
所述的防逆偏析精炼剂的组成成分按重量百分比为：镍8-15%、磷P5-9%、稀土金属45-50%，硅Si8-15%，硼B0.05-0.1%，钛Ti0.3-0.6%，铝Al8-13%，其余为铜。
一种用于破碎机的无油润滑耐磨铜套及其制备方法，包括以下制备步骤：
（1）制备防逆偏析精炼剂：在中频感应炉中按组分重量百分比加入镍板，要求镍板的纯度不低于99.99%，在1480-1550℃温度条件下加热融化，再加入工业金属硅，待工业金属硅熔化后，温度降至1150 ～ 1200℃，加入稀土金属和铝锭，要求铝锭的纯度不低于99.99%，，搅拌使稀土金属和铝锭快速熔化，按照金属液体的重量比例添加磷铜合金，搅拌均匀，采用无污染的高纯N2与适量精炼喷粉剂来喷粉精炼30-60min，感应炉中温度控制在900-1000℃，然后除气除渣，经冷却之后得到中间合金体，此时，加入硼B，钛Ti，将上述混合物放入干燥箱中烘干，使水分小于0.1%，然后取光谱样分析，进行成分调整，使原料化学成分按重量百分比达到下列要求：镍8-15%、磷P5-9%、稀土金属45-50%，硅Si8-15%，硼B0.05-0.1%，Ti0.3-0.6%，铝Al8-13%，其余为铜，然后将上述混合物加入立式粉磨机中磨成300-400目粉末，以备用；
（2）砂型型腔制备：采用砂型铸造工艺，首先根据破碎机需求的耐磨铜套的具体结构进行模型设计，然后根据工艺设计制备型（芯）砂、砂箱、模样、芯合、芯架，之后模型（芯）制作，对模型刷隔离剂，烘干24小时，合箱调芯加固，型腔制备完成，然后将砂型铸模进行预热；
（3）铜液的制备：型腔制备的同时，制备铜液，按铜套的组分比例称取原材料，所述原材料为铜板、锡锭、锌块和铅锭，其纯度均不低于99.99%，在熔炼炉中加热融化铜板，温度为1100 ～ 1200℃，持续时间 40 ～ 60 分钟 ；待铜板完全熔化后继续加入锡锭、锌块和铅锭熔化，持续时间3 ～ 5 分钟 ；熔炼过程中搅拌，扒渣 ；然后加入防逆偏析精炼剂，并注入高纯N2进行均匀搅拌，温度升至1550-1600℃并静置 15 ～20 分钟，待熔液表面有浮渣时，再进行扒渣处理，直至熔液表面无浮渣出现；然后炉前检验，取光谱样品分析，进行调整成分，除气测温；
（4）浇注步骤 ：将组分合格的铜液转移至砂型型腔内，然后浇注到预热的铸模中，预热温度为300-350℃，浇注温度为 1100℃～ 1200℃，浇注机转速采用400r/min逐渐增加到500r/min的低速浇注，15-20s浇注完成，之后冷却，取出，得到铸造耐磨铜套合金铸锭；
（5）退火步骤 ：去除浇注冒口，铸造耐磨锡青铜合金铸锭在 600 ～ 800℃下保温 6～ 10 小时，之后空冷，进行均匀化退火处理，得到铸造耐磨铜套合金产品；
（6）后处理步骤：将耐磨铜套合金产品离砂，转铣加工打磨干净，浇口、冒口处及边缘打磨光滑；
（7）质检：外观检测符合标准后，质检合格入库。
所述稀土金属为镧La或铈Ce或镧：铈=1-3：1的混合物。
步骤（1）中精炼喷粉剂的加入量为铜套合金总质量的0.2-0.3%，喷粉精炼剂包括氟铝酸钠Na3AlF625-35%，二氧化硅SiO230-35%，氟硅酸钠Na2SiF630-40%。
步骤（2）中隔离剂为三氧化二铝Al2O320-30%，二氧化钛TiO220-25%，氧化铈CeO225-30%，纳米级无机耐高温胶20-30%的混合物。
步骤（7）具体为：①检测外观尺寸②测试：测定铜套的密度，硬度，抗拉强度，伸长率，热膨胀系数，适用温度范围，最大动承载和最大线速度，全部合格后入库。
相对于现有技术，本发明产生的积极效果如下：
1、锡铜套合金，摩擦系数小，疲劳寿命高，对过热和气体的敏感性很小，能很好地焊接和钎焊；冲击时不发生火花，无磁性、耐寒，并有极高的耐磨性，用于破碎机的无油润滑耐磨铜套效果最好，使用寿命长。
2、在锡铜套制作过程中，加入防逆偏析精炼剂，该精炼剂能有效减轻锡铜铸件的锡逆偏析倾向，得到锡粒均匀分布，金相晶粒分布均匀，铸件组织致密，晶相合格性能优良，通过均匀化退火处理，进一步改善了锡铜逐渐的逆偏析缺陷，提高了铸件的合格率。
3、本发明采用高纯氮气加喷粉精炼剂进行喷粉精炼，减少了氧含量，生产的锡铜合金成分稳定均匀，组织致密，提高了锡铜合金的质量。
具体实施方式
实施例1：
一种用于破碎机的无油润滑耐磨铜套，该铜套的组成成分按重量百分比为：锡Sn5-12％、铅Pb3-7％、锌Zn 5-7％，防逆偏析精炼剂3-10%，杂质≤1%，其余为铜Cu，上述组分的质量百分比之和为100%。
所述的防逆偏析精炼剂的组成成分按重量百分比为：镍Ni 8-15%、磷P 5-9%、稀土金属45-50%，硅Si 8-15%，硼B 0.05-0.1%，钛Ti 0.3-0.6%，铝Al 8-13%，其余为铜Cu。
一种用于破碎机的无油润滑耐磨铜套及其制备方法，包括以下制备步骤：
（1）制备防逆偏析精炼剂：在中频感应炉中按组分重量百分比加入镍板，要求镍板的纯度不低于99.99%，在1480-1550℃温度条件下加热融化，再加入工业金属硅，待工业金属硅熔化后，温度降至1150 ～ 1200℃，加入稀土金属和铝锭，要求铝锭的纯度不低于99.99%，，搅拌使稀土金属和铝锭快速熔化，按照金属液体的重量比例添加磷铜合金，搅拌均匀，采用无污染的高纯N2与适量精炼喷粉剂来喷粉精炼30-60min，感应炉中温度控制在900-1000℃，然后除气除渣，经冷却之后得到中间合金体，此时，加入硼B，钛Ti，将上述混合物放入干燥箱中烘干，使水分小于0.1%，然后取光谱样分析，进行成分调整，使原料化学成分按重量百分比达到下列要求：镍8-15%、磷P5-9%、稀土金属45-50%，硅Si8-15%，硼B0.05-0.1%，Ti0.3-0.6%，铝Al8-13%，其余为铜，然后将上述混合物加入立式粉磨机中磨成300-400目粉末，以备用；
（2）砂型型腔制备：采用砂型铸造工艺，首先根据破碎机需求的耐磨铜套的具体结构进行模型设计，然后根据工艺设计制备型（芯）砂、砂箱、模样、芯合、芯架，之后模型（芯）制作，对模型刷隔离剂，烘干24小时，合箱调芯加固，型腔制备完成，然后将砂型铸模进行预热；
（3）铜液的制备：型腔制备的同时，制备铜液，按铜套的组分比例称取原材料，所述原材料为铜板、锡锭、锌块和铅锭，其纯度均不低于99.99%，在熔炼炉中加热融化铜板，温度为1100 ～ 1200℃，持续时间 40 ～ 60 分钟 ；待铜板完全熔化后继续加入锡锭、锌块和铅锭熔化，持续时间3 ～ 5 分钟 ；熔炼过程中搅拌，扒渣 ；然后加入防逆偏析精炼剂，并注入高纯N2进行均匀搅拌，温度升至1550-1600℃并静置 15 ～20 分钟，待熔液表面有浮渣时，再进行扒渣处理，直至熔液表面无浮渣出现；然后炉前检验，取光谱样品分析，进行调整成分，除气测温；
（4）浇注步骤 ：将组分合格的铜液转移至砂型型腔内，然后浇注到预热的铸模中，预热温度为300-350℃，浇注温度为 1100℃～ 1200℃，浇注机转速采用400r/min逐渐增加到500r/min的低速浇注，15-20s浇注完成，之后冷却，取出，得到铸造耐磨铜套合金铸锭；
（5）退火步骤 ：去除浇注冒口，铸造耐磨锡青铜合金铸锭在 600 ～ 800℃下保温 6～ 10 小时，之后空冷，进行均匀化退火处理，得到铸造耐磨铜套合金产品；
（6）后处理步骤：将耐磨铜套合金产品离砂，转铣加工打磨干净，浇口、冒口处及边缘打磨光滑；
（7）质检：外观检测符合标准后，质检合格入库。
所述稀土金属为镧La或铈Ce或镧：铈=1-3：1的混合物。
步骤（1）中精炼喷粉剂的加入量为铜套合金总质量的0.2-0.3%，喷粉精炼剂包括氟铝酸钠Na3AlF625-35%，二氧化硅SiO230-35%，氟硅酸钠Na2SiF630-40%。
步骤（2）中隔离剂为三氧化二铝Al2O320-30%，二氧化钛TiO220-25%，氧化铈CeO225-30%，纳米级无机耐高温胶20-30%的混合物。
步骤（7）具体为：①检测外观尺寸，看偏析程度②测试：测定铜套的密度，硬度，抗拉强度，屈服强度，伸长率，热膨胀系数，摩擦系数，磨损率，全部合格后入库。
实施例2：
一种用于破碎机的无油润滑耐磨铜套，该铜套的组成成分按重量百分比为：锡Sn 8％、铅Pb 5％、锌Zn 6％，防逆偏析精炼剂6%，杂质≤1%，其余为铜Cu，上述组分的质量百分比之和为100%。
所述的防逆偏析精炼剂的组成成分按重量百分比为：镍Ni 12%、磷P 7%、稀土金属47%，硅Si 12%，硼B 0.08%，钛Ti 0.5%，铝Al 10%，铜Cu 11.42%。
一种用于破碎机的无油润滑耐磨铜套及其制备方法，包括以下制备步骤：
（1）制备防逆偏析精炼剂：在中频感应炉中按组分重量百分比加入镍板，要求镍板的纯度不低于99.99%，在1520℃下加热融化，再加入工业金属硅，待工业金属硅熔化后，温度降至1180℃，加入稀土金属和铝锭，要求铝锭的纯度不低于99.99%，，搅拌使稀土金属和铝锭快速熔化，按照金属液体的重量比例添加磷铜合金，搅拌均匀，采用无污染的高纯N2与适量精炼喷粉剂来喷粉精炼45min，感应炉中温度控制在950℃，然后除气除渣，经冷却之后得到中间合金体，此时，加入硼B，钛Ti，将上述混合物放入干燥箱中烘干，使水分小于0.1%，然后取光谱样分析，进行成分调整，使原料化学成分按重量百分比达到下列要求：镍Ni 12%、磷P7%、稀土金属47%，硅Si 12%，硼B 0.08%，钛Ti 0.5%，铝Al 10%，铜Cu11.42%，然后将上述混合物加入立式粉磨机中磨成350目粉末，以备用；
（2）砂型型腔制备：采用砂型铸造工艺，首先根据破碎机需求的耐磨铜套的具体结构进行模型设计，然后根据工艺设计制备型（芯）砂、砂箱、模样、芯合、芯架，之后模型（芯）制作，对模型刷隔离剂，烘干24小时，合箱调芯加固，型腔制备完成，然后将砂型铸模进行预热；
（3）铜液的制备，型腔制备的同时，制备铜液，按铜套的组分比例称取原材料，所述原材料为铜板、锡锭、锌块和铅锭，其纯度均不低于99.99%，在熔炼炉中加热融化铜板，温度为1180℃，持续时间 50分钟 ；待铜板完全熔化后继续加入锡锭、锌块和铅锭熔化，持续时间4分钟 ；熔炼过程中搅拌，扒渣 ；然后加入防逆偏析精炼剂，并注入高纯N2进行均匀搅拌，温度升至1580℃并静置 18 分钟，待熔液表面有浮渣时，再进行扒渣处理，直至熔液表面无浮渣出现；然后炉前检验，取光谱样品分析，进行调整成分，除气测温；
（4）浇注步骤 ：将组分合格的铜液转移至砂型型腔内，然后浇注到预热的铸模中，预热温度为330℃，浇注温度为 1140℃，浇注机转速采用400r/min逐渐增加到500r/min的低速浇注，15s浇注完成，之后冷却，取出，得到铸造耐磨铜套合金铸锭；
（5）退火步骤 ：去除浇注冒口，铸造耐磨锡青铜合金铸锭在 700℃下保温8 小时，之后空冷，进行均匀化退火处理，得到铸造耐磨铜套合金产品；
（6）后处理步骤：将耐磨铜套合金产品离砂，转铣加工打磨干净，浇口、冒口处及边缘打磨光滑；
（7）质检：外观检测符合标准后，质检合格入库。
所述稀土金属为镧：铈=1：1的混合物。
步骤（1）中精炼喷粉剂的加入量为铜套合金总质量的0.2%，喷粉精炼剂包括氟铝酸钠Na3AlF630%，二氧化硅SiO230%，氟硅酸钠Na2SiF640%。
步骤（2）中隔离剂为三氧化二铝Al2O320%，二氧化钛TiO225%，氧化铈CeO230%，纳米级无机耐高温胶25%的混合物。
步骤（7）具体为：①检测外观尺寸，看偏析程度②测试：测定铜套的密度，硬度，抗拉强度，屈服强度，伸长率，热膨胀系数，摩擦系数，磨损率，全部合格后入库。
实施例3-12的耐磨铜套的组分百分比如表1所示，实施例3-12的防逆偏析精炼剂的组分百分比如表2所示，实施例3-12的喷粉精炼剂和隔离剂的组分百分比如表3所示。
表1为实施例3-12的耐磨铜套的组分百分比和浇注温度
表2为实施例3-12的防逆偏析精炼剂的组分百分比
表3为实施例3-12的喷粉精炼剂和隔离剂的组分百分比
实施例2-12制备的耐磨铜套的性能测试数据
由上表可以看出，本发明制备的锡铜合金，通过加入防逆偏析精炼剂，大大的改善了锡铜合金的逆偏析现象，所制得的锡铜合金铜套，全部合格，而且提高了锡铜合金铜套的综合力学性能，提高了耐磨性能，对于用作破碎机的无油润滑铜套，耐磨性能符合要求。
以上所述的仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明整体构思前提下，还可以作出若干改变和改进，这些也应该视为本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种用于破碎机的无油润滑耐磨铜套，其特征在于：该铜套的组成成分按重量百分比为：锡Sn5-12％、铅Pb3-7％、锌Zn 5-7％，防逆偏析精炼剂3-10%，杂质≤1%，其余为铜Cu，上述组分的质量百分比之和为100%。
2.一种用于破碎机的无油润滑耐磨铜套，其特征在于：所述的防逆偏析精炼剂的组成成分按重量百分比为：镍Ni 8-15%、磷P 5-9%、稀土金属45-50%，硅Si 8-15%，硼B 0.05-0.1%，钛Ti 0.3-0.6%，铝Al 8-13%，其余为铜Cu。
3.如权利要求1所述的一种用于破碎机的无油润滑耐磨铜套及其制备方法，其特征在于：包括以下制备步骤：
（1）制备防逆偏析精炼剂：在中频感应炉中按组分重量百分比加入镍板，要求镍板的纯度不低于99.99%，在1480-1550℃温度条件下加热融化，再加入工业金属硅，待工业金属硅熔化后，温度降至1150 ～ 1200℃，加入稀土金属和铝锭，要求铝锭的纯度不低于99.99%，，搅拌使稀土金属和铝锭快速熔化，按照金属液体的重量比例添加磷铜合金，搅拌均匀，采用无污染的高纯N2与适量精炼喷粉剂来喷粉精炼30-60min，感应炉中温度控制在900-1000℃，然后除气除渣，经冷却之后得到中间合金体，此时，加入硼B，钛Ti，将上述混合物放入干燥箱中烘干，使水分小于0.1%，然后取光谱样分析，进行成分调整，使原料化学成分按重量百分比达到下列要求：镍8-15%、磷P5-9%、稀土金属45-50%，硅Si8-15%，硼B0.05-0.1%，Ti0.3-0.6%，铝Al8-13%，其余为铜，然后将上述混合物加入立式粉磨机中磨成300-400目粉末，以备用；
（2）砂型型腔制备：采用砂型铸造工艺，首先根据破碎机需求的耐磨铜套的具体结构进行模型设计，然后根据工艺设计制备型（芯）砂、砂箱、模样、芯合、芯架，之后模型（芯）制作，对模型刷隔离剂，烘干24小时，合箱调芯加固，型腔制备完成，然后将砂型铸模进行预热；
（3）铜液的制备：型腔制备的同时，制备铜液，按铜套的组分比例称取原材料，所述原材料为铜板、锡锭、锌块和铅锭，其纯度均不低于99.99%，在熔炼炉中加热融化铜板，温度为1100 ～ 1200℃，持续时间 40 ～ 60 分钟 ；待铜板完全熔化后继续加入锡锭、锌块和铅锭熔化，持续时间3 ～ 5 分钟 ；熔炼过程中搅拌，扒渣 ；然后加入防逆偏析精炼剂，并注入高纯N2进行均匀搅拌，温度升至1550-1600℃并静置 15 ～20 分钟，待熔液表面有浮渣时，再进行扒渣处理，直至熔液表面无浮渣出现；然后炉前检验，取光谱样品分析，进行调整成分，除气测温；
（4）浇注步骤 ：将组分合格的铜液转移至砂型型腔内，然后浇注到预热的铸模中，预热温度为300-350℃，浇注温度为 1100℃～ 1200℃，浇注机转速采用400r/min逐渐增加到500r/min的低速浇注，15-20s浇注完成，之后冷却，取出，得到铸造耐磨铜套合金铸锭；
（5）退火步骤 ：去除浇注冒口，铸造耐磨锡青铜合金铸锭在 600 ～ 800℃下保温 6～ 10 小时，之后空冷，进行均匀化退火处理，得到铸造耐磨铜套合金产品；
（6）后处理步骤：将耐磨铜套合金产品离砂，转铣加工打磨干净，浇口、冒口处及边缘打磨光滑；
（7）质检：外观检测符合标准后，质检合格入库。
4.根据权利要求2所述的用于破碎机的无油润滑耐磨铜套，其特征在于：所述稀土金属为镧La或铈Ce或镧：铈=1-3：1的混合物。
5.根据权利要求3所述的用于破碎机的无油润滑耐磨铜套，其特征在于：步骤（1）中精炼喷粉剂的加入量为铜套合金总质量的0.2-0.3%，喷粉精炼剂包括氟铝酸钠Na3AlF625-35%，二氧化硅SiO230-35%，氟硅酸钠Na2SiF630-40%。
6.根据权利要求3所述的用于破碎机的无油润滑耐磨铜套，其特征在于：步骤（2）中隔离剂为三氧化二铝Al2O320-30%，二氧化钛TiO220-25%，氧化铈CeO225-30%，纳米级无机耐高温胶20-30%的混合物。
7.根据权利要求3所述的用于破碎机的无油润滑耐磨铜套，其特征在于：步骤（7）具体为：①检测外观尺寸，看偏析程度②测试：测定铜套的密度，硬度，抗拉强度，屈服强度，伸长率，热膨胀系数，摩擦系数，磨损率，全部合格后入库。
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