CN111020284B - 一种高强耐磨铜合金管材的制备方法 - Google Patents

一种高强耐磨铜合金管材的制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公布了一种高强耐磨铜合金管材的制备方法,包含以下成分及质量百分比:镍14~16%,锡7~9%,铌0~0.2%,锰0~0.8%余量为铜和不可避免的杂质,本发明还公布了其制备方法:经过配料、熔炼、铸造、修磨、锻造、固溶处理、机加工、冷轧、定尺检测、条幅处理等步骤获得优质的铜镍锡合金管材。优点在于:采用高频感应加热可以快速将铸锭加热到工艺需要的温度,防止加热速度过慢而导致偏析的缺陷产生;控制加热速度、终锻温度和冷却速度,从而遏止管坯中偏析的缺陷产生;提供了完整的铜镍锡管材的加工方法,同时该方法适用于小批量多规格的铜镍锡管材的生产。

Description

一种高强耐磨铜合金管材的制备方法
技术领域
本发明属于有色金属加工技术领域,具体涉及一种高强耐磨铜合金管材的制备方法。
背景技术
铜镍锡系合金具有很高的强度、弹性、一定的导电性、优良的耐腐蚀和磨擦性能、高温抗应力能力强、无毒、成本较低等特点,其中Cu-15Ni-8Sn系合金经较大形变热处理后,由于相的分解在合金内形成周期性的调幅组织结构,可以获得抗拉强度达1400MPa的超高强铜合金,从而取代Cu-Be合金,具有广阔的应用前景,因而受到极大的重视。
目前关于铜镍锡系合金的专利大多涉及成分的设计和棒材的生产,没有专利介绍关于大铸锭的生产方法,申请公布号为03151047.7的专利公开了一种含钛的铜镍锡调幅分解型耐磨轴承合金及其制备方法,在三元Cu-Ni-Sn合金中采用镍钛或铜钛中间合金方式加入适量的第四组元钛,采用真空感应电炉熔炼或非真空熔炼后浇铸化-淬火-时效后机加工成元件使用,但整个专利中并未具体浇铸工艺。申请号为201110073305.1的专利公开一种铜镍锡合金带材的配方及生产工艺,该工艺采用转炉倒入保温炉后水平连铸的工艺生产了合金带坯,和本发明的工艺路线完全不同。申请号201110376997.7的专利公开了一种铜镍锡合金及其线材的制备方法,采用水平连铸的工艺获得线坯。申请号201310751407.3的专利提供了一种开关插座用铜镍锡合金及其制备方法,在氮气保护气氛下,将原料合金熔液浇入铸铁模中,冷却至室温即可,只能适用于开关插座和小型零件。申请号201510439403.0的专利提供了一种铜镍锡合金带的生产方法,采用了高速双辊连铸工艺能够使熔融金属快速凝固,有效抑制了锡元素的偏析,使产品组织结构更加均匀,与本发明的技术路线完全不同。申请号201510723849.6的专利公开了一种铜镍锡合金棒材的制备方法:采用气雾化法按照上述成分及质量百分比制备合金粉末,然后经冷等静压成型、真空烧结和锭坯包套的方法制备合金锭坯,再用水封热挤压、冷旋锻及时效处理等工艺获得优质的铜镍锡合金棒材,与本发明的技术路线完全不同。申请号 201610280996.5的专利公开了一种调幅分解型高强铜镍锡合金及其制备方法,其制备方法是:先配料,然后采用非真空电炉进行熔炼,再进行热挤压,最后进行热处理成型,与本发明的技术路线存在明显差异。
上述专利中均未涉及铜镍锡管材的加工工艺,管材加工中一般必须先将坯料做成管坯,因此流程更长,复杂程度更大,变成过程更复杂。Cu-15Ni-8Sn一般采用固溶处理后对合金进行一定的冷变形,可使合金同时得到形变强化与时效强化的双重功效。因Cu-15Ni-8Sn合金的α相和γ相均为易发生多系滑移的面心立方结构,因此合金具有较好的冷加工硬化性能。时效初期冷变形对调幅组织的出现影响不大,但合金在冷变形过程中位错不断增加,形成位错网络,为下一步的时效强化创造了极好的条件。故时效前加以一定的冷变形,能大幅提高合金性能。
发明内容
本发明提供了一种高强耐磨铜合金管材的制备方法,本发明提出的技术方案为提供一种高强耐磨铜合金管材的制备方法,其特征在于,所述铜镍锡合金管材质量百分比的成分:镍14~16%,锡7~9%,铌0~0.2%,锰0~0.8%余量为铜和不可避免的杂质,其制备方法包括以下步骤:
(1)配料:按各原料的质量百分比称取相应的原料;
(2)熔炼:采用真空感应炉进行熔炼,待合金全部熔化后,精炼10~20分钟,降低功率,待合金液表面结膜后,充氩气至0.8~0.95×105Pa,在上位料仓加入锰合金,调节功率控制金属液温度;
(3)铸造:金属液浇铸温度为T1,采用铸铁模具;
(4)修磨:将冷却后的铸锭经过车削、打磨,去掉表面结疤、裂纹等缺陷;
(5)锻造:采用高频感应加热迅速加热到T2,保温H1,根据所需管坯尺寸将铸锭锻造成棒材,保证终锻温度大于800℃,锻造完成后快速冷却;
(6)固溶处理:将棒材加热到T3,保温H2,出炉后水冷;
(7)机加工:将固溶后的棒材采用钻削或车削的方式加工成合格尺寸的管坯;
(8)冷轧:将机加工后的管坯进行冷轧变形;
(9)定尺检验:按照客户要求对管材定尺,定尺后的管材进行尺寸、探伤、压力测试、导电性等项目的检测;
(10)条幅分解:将管材加热到T4,保温时间为H3。
进一步地,步骤(3)中T1为1250~1280℃。
进一步地,步骤(5)中T2为800~1000℃,H1为5~20min。
进一步地,步骤(6)中T3为800~1000℃,H2为0.5~8小时
进一步地,步骤(8)中变形量控制在10~80%。
进一步地,步骤(10)中T4为:300~500℃,H3为0.5~8小时。
进一步地,步骤(10)中所采用加热炉为惰性气体保护气氛加热炉,采用气体冷却至室温。
本发明主要的工作在于:
1.锻造加热控制。采用高频感应加热可以快速将铸锭加热到工艺需要的温度,防止加热速度过慢而导致偏析的缺陷产生。
2.终锻温度和冷却的控制。终锻温度必须高,采用迅速水冷对高温管坯冷却,防止冷速过慢产生微观偏析。
3.条幅分解。采用惰性气体保护气氛加热,协调合理的变形量、温度和时间参数获得最优的性能。
与现有技术相比,本发明的优点在于:
(1)本发明在铜镍锡合金基础上添加了铌和锰元素,增加了合金的弥散强化效果,有利于提高合金的强度。
(2)本发明在锻造阶段控制加热速度、终锻温度和冷却速度,从而遏止管坯中偏析的缺陷产生。
(3)本发明提供了完整的铜镍锡管材的加工方法,同时该方法适用于小批量多规格的铜镍锡管材的生产。
附图说明
图1为一种采用半连续铸造生产高强铜合金的方法的流程图。
具体实施方式
下面结合实施例,对本发明作进一步的详细说明,但本发明的实施方式不限于此。
实施例1
本实施例一种真空熔炼生产高强铜合金大规格铸锭的方法,通过以下方法制得:
(1)配料:所采用的原料及其配比如表1所示,
表1
(2)熔炼:采用真空感应炉进行熔炼,待合金全部熔化后,精炼10分钟,降低功率,待合金液表面结膜后,充氩气至0.8×105Pa,在上位料仓加入锰合金,调节功率控制金属液温度;
(3)铸造:金属液浇铸温度为1250℃,采用铸铁模具;
(4)修磨:将冷却后的铸锭经过车削、打磨,去掉表面结疤、裂纹等缺陷;
(5)锻造:采用高频感应加热迅速加热到850℃,保温20min,根据所需管坯尺寸将铸锭锻造成棒材,保证终锻温度大于810℃,锻造完成后快速冷却;
(6)固溶处理:将棒材加热到800℃,保温8小时,出炉后水冷;
(7)机加工:将固溶后的棒材采用钻削或车削的方式加工成合格尺寸的管坯;
(8)冷轧:将机加工后的管坯进行冷轧变形,变形量控制在10%;
(9)定尺检验:按照客户要求对管材定尺,定尺后的管材进行尺寸、探伤、压力测试、导电性等项目的检测;
(10)条幅分解:将管材加热到300℃,保温时间为8小时完成分解。
步骤(10)中所采用加热炉为惰性气体保护气氛加热炉,采用气体冷却至室温。
实施例2
本实施例一种真空熔炼生产高强铜合金大规格铸锭的方法,通过以下方法制得:
(1)配料:所采用的原料及其配比如表2所示,
表2
(2)熔炼:采用真空感应炉进行熔炼,待合金全部熔化后,精炼15分钟,降低功率,待合金液表面结膜后,充氩气至0.85×105Pa,在上位料仓加入锰合金,调节功率控制金属液温度;
(3)铸造:金属液浇铸温度为1270℃,采用铸铁模具;
(4)修磨:将冷却后的铸锭经过车削、打磨,去掉表面结疤、裂纹等缺陷;
(5)锻造:采用高频感应加热迅速加热到900℃,保温10min,根据所需管坯尺寸将铸锭锻造成棒材,保证终锻温度830℃,锻造完成后快速冷却;
(6)固溶处理:将棒材加热到900℃,保温4小时,出炉后水冷;
(7)机加工:将固溶后的棒材采用钻削或车削的方式加工成合格尺寸的管坯;
(8)冷轧:将机加工后的管坯进行冷轧变形,变形量控制在40%;
(9)定尺检验:按照客户要求对管材定尺,定尺后的管材进行尺寸、探伤、压力测试、导电性等项目的检测;
(10)条幅分解:将管材加热到400℃,保温时间为4小时完成分解。
步骤(10)中所采用加热炉为惰性气体保护气氛加热炉,采用气体冷却至室温。
实施例3
本实施例一种真空熔炼生产高强铜合金大规格铸锭的方法,通过以下方法制得:
(1)配料:所采用的原料及其配比如表3所示,
表3
(2)熔炼:采用真空感应炉进行熔炼,待合金全部熔化后,精炼20分钟,降低功率,待合金液表面结膜后,充氩气至0.95×105Pa,在上位料仓加入锰合金,调节功率控制金属液温度;
(3)铸造:金属液浇铸温度为1280℃,采用铸铁模具;
(4)修磨:将冷却后的铸锭经过车削、打磨,去掉表面结疤、裂纹等缺陷;
(5)锻造:采用高频感应加热迅速加热到1000℃,保温5min,根据所需管坯尺寸将铸锭锻造成棒材,保证终锻温度为850℃,锻造完成后快速冷却;
(6)固溶处理:将棒材加热到1000℃,保温0.5小时,出炉后水冷;
(7)机加工:将固溶后的棒材采用钻削或车削的方式加工成合格尺寸的管坯;
(8)冷轧:将机加工后的管坯进行冷轧变形,变形量控制在80%;
(9)定尺检验:按照客户要求对管材定尺,定尺后的管材进行尺寸、探伤、压力测试、导电性等项目的检测;
(10)条幅分解:将管材加热到500℃,保温时间为0.5小时完成分解。
步骤(10)中所采用加热炉为惰性气体保护气氛加热炉,采用气体冷却至室温。
将各实施例制成测试试样后,对该试样的时效态进行力学性能测试,其测试结果分别如表4所示。
表4
最后说明的是,以上实施例仅以说明本发明的技术方案而非限制。尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明,本领域的普通技术人员应当理解,可以对本发明的技术方案进行参数范围内的修改或者等同替换,而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围,其均应涵盖在本要求范围当中。

Claims (7)

1.一种高强耐磨铜合金管材的制备方法,其特征在于,所述铜合金管材质量百分比的成分:镍14~16%,锡7~9%,铌0~0.2%,锰0~0.8%,余量为铜和不可避免的杂质,其制备方法包括以下步骤:
(1)配料:按各原料的质量百分比称取相应的原料;
(2)熔炼:采用真空感应炉进行熔炼,待合金全部熔化后,精炼10~20分钟,降低功率,待合金液表面结膜后,充氩气至0.8~0.95×105Pa,在上位料仓加入锰合金,调节功率控制金属液温度;
(3)铸造:金属液浇铸温度为T1,采用铸铁模具;
(4)修磨:将冷却后的铸锭经过车削、打磨,去掉表面结疤、裂纹缺陷;
(5)锻造:采用高频感应加热迅速加热到T2,保温H1,根据所需管坯尺寸将铸锭锻造成棒材,保证终锻温度大于800℃,锻造完成后快速冷却;
(6)固溶处理:将棒材加热到T3,保温H2,出炉后水冷;
(7)机加工:将固溶后的棒材采用钻削或车削的方式加工成合格尺寸的管坯;
(8)冷轧:将机加工后的管坯进行冷轧变形;
(9)定尺检验:按照客户要求对管材定尺,定尺后的管材进行尺寸、探伤、压力测试、导电性项目的检测;
(10)条幅分解:将管材加热到T4,保温时间为H3完成分解。
2.根据权利要求1所述一种高强耐磨铜合金管材的制备方法,其特征在于,步骤(3)中T1为1250~1280℃。
3.根据权利要求1所述一种高强耐磨铜合金管材的制备方法,其特征在于,步骤(5)中T2为800~1000℃,H1为5~20min。
4.根据权利要求1所述一种高强耐磨铜合金管材的制备方法,其特征在于,步骤(6)中T3为800~1000℃,H2为0.5~8小时。
5.根据权利要求1所述一种高强耐磨铜合金管材的制备方法,其特征在于,步骤(8)中变形量控制在10~80%。
6.根据权利要求1所述一种高强耐磨铜合金管材的制备方法,其特征在于,步骤(10)中T4为:300~500℃,H3为0.5~8小时。
7.根据权利要求1所述一种高强耐磨铜合金管材的制备方法,其特征在于,步骤(10)中所采用加热炉为惰性气体保护气氛加热炉,采用气体冷却至室温。
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