CN110241327B - 一种含Ti锡青铜棒及其制备加工和热处理工艺方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种含Ti锡青铜棒及其制备加工和热处理工艺方法,含Ti锡青铜棒按质量百分比计,由以下化学成分组成:Sn:1.5‑4.5%、Al:0.3‑1.5%、Ti:0.5‑2.5%、Si:0.1‑1.0%、Cr:0.1~0.5%,Mg:0.01‑0.06%、P:0.01‑0.02%,余量为Cu以及总量不大于0.3%的杂质。制备加工和热处理工艺方法,包括以下步骤:(1)按如下质量百分比称取材料;(2)将电解铜Cu、金属Ni放入熔化炉熔化,木炭覆盖,熔化后加入金属Sn,捞渣,倒入保温炉,加入覆盖剂,加入以铜皮包裹的Cu‑Ti中间合金,保温30min后,连铸成连铸棒坯;(3)连铸棒坯经车床出去表面粗糙部分,再经固溶→冷拉→固溶‑冷拉→成品→时效工艺得到成品。本发明制备方法制备的含Ti锡青铜棒强度高,同时,以铜钛中间合金的方式添加Ti元素以及覆盖剂的使用,有效防止Ti的烧损。
Description
技术领域
本发明涉及冶金熔炼领域,尤其涉及一种含Ti锡青铜棒及其制备加工和热处理工艺方法。
背景技术
锡青铜在海水、空气以及蒸汽中具有良好的耐腐蚀性,广泛应用于船舶用阀门、管道等,而且锡青铜耐磨性较好,尤其是干摩擦性能,主要用于轴套、轴瓦、齿轮、涡轮、导板等耐磨零件,铸造锡青铜的牌号有ZCuSn3、Zn8Pb6Nil、ZCuSn3Znl1Pb4、ZCuSn6Zn6Pb3、CuSnl0P1、ZCuSnl0Zn2、ZCuSnl0Pb5等。由于电力、交通、电子等行业的发展,使得锡青铜的需求量越来越大,同时也对锡青铜的性能提出了更高的要求。大部分厂家通过提高锡含量来达到目的,但高锡青铜铸造时存在以下缺点:1)凝固方式为体积凝固:容易产生疏松,铸造组织不致密;2)容易形成锡的反偏析,容易在铸件表面形成灰白色硬质点,俗称“Sn汗”,Sn含量越高,偏析越严重;3)吸气严重,容易产生气孔;4)锡青铜再结晶温度范围宽,自由线收缩率较大,接近2%,形成热裂纹倾向严重。尽管有大量专家、学者对锡青铜的铸造工艺做了大量研究,但是由于锡青铜本身铸造特点,实际生产中锡青铜的成品率仍收到限制。
由于钛合金本身耐腐蚀性良好,同时也能细化晶粒,专利CN201811264256中通过添加0.5%~1%的Ti来细化锡青铜的晶粒以达到提高材料的强度,但提升的强度有限,最高达到396MPa,但效果不明显。
发明内容
本发明的目的是针对目前锡青铜强度不高的问题,供了一种含Ti锡青铜棒及其制备加工和热处理工艺方法。
为了实现上述的目的,本发明采用如下技术方案:
本发明第一个方面是提供了一种含Ti锡青铜棒:按质量百分比计,由以下化学成分组成:Sn:1.5-4.5%、Al:0.3-1.5%、Ti:0.5-2.5%、Si:0.1-1.0%、Cr:0.1~0.5%,Mg:0.01-0.06%、P:0.01-0.02%,余量为Cu以及总量不大于0.3%的杂质。
进一步地,所述的含Ti锡青铜棒,按质量百分比计,由以下化学成分组成:Sn:2.0-4.0%、Al:0.5-1.0%、Ti:1.0-2.0%、Si:0.5-1.0%、Cr:0.2~0.3%,Mg:0.02-0.05%、P:0.01-0.02%,余量为Cu以及总量不大于0.3%的杂质。
进一步优选地,所述Ti采用铜钛合金,所述铜钛合金中Ti含量为50%;所述铜钛合金的加入量为原料总量的1-5%。
本发明第二个方面是提供一种含Ti锡青铜棒的制备加工和热处理工艺方法,包括以下步骤:
(1)按含Ti锡青铜棒材的化学成分以及质量百分比称取电解铜Cu、金属锡Sn、金属Ni、金属Al、Cu-Ti中间合金;
(2)将电解铜Cu、金属Ni放入熔化炉中加热熔化,熔炼过程中加入木炭覆盖,待其熔化后加入金属Sn,保温30min后,捞渣,倒入保温炉,加入预先烘烤过的覆盖剂,待覆盖剂熔化并均匀覆盖在熔体表面后,升温到1300~1350℃,加入以铜皮包裹的Cu-Ti中间合金,保温30min后,连铸成连铸棒坯;
(3)连铸棒坯经车床出去表面粗糙部分,得到表面光洁、无气孔、夹渣的棒坯,棒坯经固溶→冷拉→固溶-冷拉→成品→时效工艺得到成品。
进一步地,步骤(1)中,所述Cu-Ti中间合金采用真空熔炼自制而成,具体方法为:金属钛板放置炉底后上面放置同等重量的电解铜,真空炉抽真空后,开始加热熔化,升温至1400℃后,保温30~45min后,浇铸成含Ti量为50%的铸锭,切成小块备用。
进一步地,步骤(2)中,所述覆盖剂为质量比为1:1的玻璃和硼砂;预先烘烤温度为350℃,预先烘烤时间为1h。
进一步地,步骤(2)中,所述连铸棒坯的直径为20-35mm。
进一步地,步骤(3)中,所述固溶的温度为850℃,时间为1h。
进一步地,步骤(3)中,所述冷拉工艺的道次冷加工量不大于20%,总变形量不大于80%。
进一步地,步骤(3)中,所述时效工艺为:带Ar气保护的退火炉450℃下保温45~90min后空冷。
与现有技术相比,本发明具有以下优点:
(1)Ti的加入后,显著提高了锡青铜的强度,解决了目前锡青铜强度不高的问题;现有硬态锡青铜QSn4-3的抗拉强度在484MPa,本发明产品时效成品强度可达到1032MPa,相比于原来提高了548MPa;
(2)本发明含Ti锡青铜棒制备技术中还提供了一种铜钛中间合金的制作方法,以铜钛中间合金的方式添加Ti元素以及覆盖剂的使用,有效防止Ti的烧损。
具体实施方式
下面通过具体实施例对本发明进行详细和具体的介绍,以使更好的理解本实用新型,但是下述实施例并不限制本发明范围。
实施例1
按照如下化学成分以及质量百分比:Sn:2.5%、Al:0.35%、Ti:1.2%、Si:0.3%、Cr:0.2%、Mg:0.05%、P:0.01%、余量为Cu以及总量不大于0.3%的杂质称取电解铜Cu、金属锡Sn、金属Ni、金属Al、Cu-Ti中间合金。
其中,Ti以Cu-Ti中间合金的方式加入,所述Cu-Ti中间合金采用真空熔炼自制而成,具体方法为:金属钛板放置炉底后上面放置同等重量的电解铜,真空炉抽真空后,开始加热熔化,升温至1400℃后,保温30~45min后,浇铸成含Ti量为50%的铸锭,切成小块备用。
将电解铜Cu、金属Ni放入熔化炉中加热熔化,熔炼过程中加入木炭覆盖,待其熔化后加入金属Sn,保温30min后,捞渣,倒入保温炉,加入预先烘烤过的覆盖剂,待覆盖剂熔化并均匀覆盖在熔体表面后,升温到1300~1350℃,加入以铜皮包裹的Cu-Ti中间合金,保温30min后,连铸成连铸棒坯。
其中,所述覆盖剂为比例1:1的玻璃和硼砂,所述预先烘烤温度为350℃,预先烘烤时间为1h;所述水平连铸炉的熔化炉和保温炉必须进行清洁,防止杂质污染。
连铸棒坯经车床出去表面粗糙部分,得到表面光洁、无气孔、夹渣的棒坯,棒坯经固溶→冷拉→固溶-冷拉→成品→时效工艺得到成品。
其中,所述固溶的温度为850℃,时间为1h;所述冷拉工艺的道次冷加工量不大于20%,总变形量不大于80%;所述时效工艺为:带Ar气保护的退火炉450℃下保温45~90min后空冷。
实施例2
按照如下化学成分以及质量百分比:Sn:3.0%、Al:0.35%、Ti:1.5%、Si:0.3%、Cr:0.2%、Mg:0.05%、P:0.01%、余量为Cu以及总量不大于0.3%的杂质,称取电解铜Cu、金属锡Sn、金属Ni、金属Al、Cu-Ti中间合金。
其中,Ti以Cu-Ti中间合金的方式加入,所述Cu-Ti中间合金采用真空熔炼自制而成,具体方法为:金属钛板放置炉底后上面放置同等重量的电解铜,真空炉抽真空后,开始加热熔化,升温至1400℃后,保温30~45min后,浇铸成含Ti量为50%的铸锭,切成小块备用。
将电解铜Cu、金属Ni放入熔化炉中加热熔化,熔炼过程中加入木炭覆盖,待其熔化后加入金属Sn,保温30min后,捞渣,倒入保温炉,加入预先烘烤过的覆盖剂,待覆盖剂熔化并均匀覆盖在熔体表面后,升温到1300~1350℃,加入以铜皮包裹的Cu-Ti中间合金,保温30min后,连铸成连铸棒坯。
其中,所述覆盖剂为比例1:1的玻璃和硼砂,所述预先烘烤温度为350℃,预先烘烤时间为1h;所述水平连铸炉的熔化炉和保温炉必须进行清洁,防止杂质污染。
连铸棒坯经车床出去表面粗糙部分,得到表面光洁、无气孔、夹渣的棒坯,棒坯经固溶→冷拉→固溶-冷拉→成品→时效工艺得到成品。
其中,所述固溶的温度为850℃,时间为1h;所述冷拉工艺的道次冷加工量不大于20%,总变形量不大于80%;所述时效工艺为:带Ar气保护的退火炉450℃下保温45~90min后空冷。
实施例3
按照如下化学成分以及质量百分比:Sn:3.3%、Al:0.35%、Ti:1.8%、Si:0.3%、Cr:0.3%、Mg:0.05%、P:0.01%、余量为Cu以及总量不大于0.3%的杂质,称取电解铜Cu、金属锡Sn、金属Ni、金属Al、Cu-Ti中间合金。
其中,Ti以Cu-Ti中间合金的方式加入,所述Cu-Ti中间合金采用真空熔炼自制而成,具体方法为:金属钛板放置炉底后上面放置同等重量的电解铜,真空炉抽真空后,开始加热熔化,升温至1400℃后,保温30~45min后,浇铸成含Ti量为50%的铸锭,切成小块备用。
将电解铜Cu、金属Ni放入熔化炉中加热熔化,熔炼过程中加入木炭覆盖,待其熔化后加入金属Sn,保温30min后,捞渣,倒入保温炉,加入预先烘烤过的覆盖剂,待覆盖剂熔化并均匀覆盖在熔体表面后,升温到1300~1350℃,加入以铜皮包裹的Cu-Ti中间合金,保温30min后,连铸成连铸棒坯。
其中,所述覆盖剂为比例1:1的玻璃和硼砂,所述预先烘烤温度为350℃,预先烘烤时间为1h;所述水平连铸炉的熔化炉和保温炉必须进行清洁,防止杂质污染。
连铸棒坯经车床出去表面粗糙部分,得到表面光洁、无气孔、夹渣的棒坯,棒坯经固溶→冷拉→固溶-冷拉→成品→时效工艺得到成品。
其中,所述固溶的温度为850℃,时间为1h;所述冷拉工艺的道次冷加工量不大于20%,总变形量不大于80%;所述时效工艺为:带Ar气保护的退火炉450℃下保温45~90min后空冷。
对比例
普通锡青铜QSn4-3棒材,按照如下化学成分以及质量百分比:Sn:4.0%、Zn:3.0%,余量为Cu以及不超过0.5%的其它杂质元素,称取电解铜Cu、金属锡Sn、金属Zn。
将称取好的电解铜放入熔化炉中加热熔化,熔炼过程中加入木炭覆盖;待其熔化后加入称取好的金属Sn,保温30min后,捞渣;倒入保温炉,升温到1250~1280℃,开始以水平连铸的方式得到的连铸棒坯。其中,所述水平连铸炉的熔化炉和保温炉必须进行清洁,防止杂质污染。
将所述连铸棒坯经车床除去表面粗糙部分,得到表面光洁、无气孔、夹渣的棒坯。
将所述棒坯依次经过冷拉、时效工艺得到成品。其中时效工艺为:普通退火炉600℃下保温60~90min后空冷。
表1强度对照表
以上所述仅为本发明较佳的实施例,并非因此限制本发明的实施方式及保护范围,对于本领域技术人员而言,应当能够意识到凡运用本发明说明书内容所作出的等同替换和显而易见的变化所得到的方案,均应当包含在本发明的保护范围内。
Claims (9)
1.一种含Ti锡青铜棒的制备加工和热处理工艺方法,其特征在于,所述含Ti锡青铜棒按质量百分比计,由以下化学成分组成:Sn:1.5-4.5%、Al:0.3-1.5%、Ti:0.5-2.5%、Si:0.1-1.0%、Cr:0.1-0.5%,Mg:0.01-0.06%、P:0.01-0.02%,余量为Cu以及总量不大于0.3%的杂质,所述制备加工和热处理工艺方法包括以下步骤:
(1)按含Ti锡青铜棒材的化学成分以及质量百分比称取电解铜Cu、金属锡Sn、金属Ni、金属Al、Cu-Ti中间合金;
(2)将电解铜Cu、金属Ni放入熔化炉中加热熔化,熔炼过程中加入木炭覆盖,待其熔化后加入金属Sn,保温30min后,捞渣,倒入保温炉,加入预先烘烤过的覆盖剂,待覆盖剂熔化并均匀覆盖在熔体表面后,升温到1300~1350℃,加入以铜皮包裹的Cu-Ti中间合金,保温30min后,连铸成连铸棒坯;
(3)连铸棒坯经车床出去表面粗糙部分,得到表面光洁、无气孔、夹渣的棒坯,棒坯经固溶→冷拉→固溶-冷拉→成品→时效工艺得到成品。
2.根据权利要求1所述的制备加工和热处理工艺方法,其特征在于,步骤(1)中,所述Cu-Ti中间合金采用真空熔炼自制而成,具体方法为:金属钛板放置炉底后上面放置同等重量的电解铜,真空炉抽真空后,开始加热熔化,升温至1400℃后,保温30~45min后,浇铸成含Ti量为50%的铸锭,切成小块备用。
3.根据权利要求1所述的制备加工和热处理工艺方法,其特征在于,步骤(2)中,所述覆盖剂为质量比为1:1的玻璃和硼砂;预先烘烤温度为350℃,预先烘烤时间为1h。
4.根据权利要求1所述的制备加工和热处理工艺方法,其特征在于,步骤(2)中,所述连铸棒坯的直径为20-35mm。
5.根据权利要求1所述的制备加工和热处理工艺方法,其特征在于,步骤(3)中,所述固溶的温度为850℃,时间为1h。
6.根据权利要求1所述的制备加工和热处理工艺方法,其特征在于,步骤(3)中,所述冷拉工艺的道次冷加工量不大于20%,总变形量不大于80%。
7.根据权利要求1所述的制备加工和热处理工艺方法,其特征在于,步骤(3)中,所述时效工艺为:带Ar气保护的退火炉450℃下保温45~90min后空冷。
8.一种如权利要求1-7任一项所述制备加工和热处理工艺方法制备的含Ti锡青铜棒,其特征在于,按质量百分比计,由以下化学成分组成:Sn:2.0-4.0%、Al:0.5-1.0%、Ti:1.0-2.0%、Si:0.5-1.0%、Cr:0.2-0.3%,Mg:0.02-0.05%、P:0.01-0.02%,余量为Cu以及总量不大于0.3%的杂质。
9.根据权利要求8所述的含Ti锡青铜棒,其特征在于,所述Ti采用铜钛合金,所述铜钛合金中Ti含量为50%;所述铜钛合金的加入量为原料总量的1-5%。
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