CN111172423A - 一种白铜合金及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种白铜合金及其制备方法，本发明是以电解铜、电解镍、工业纯铁、金属硅为原料配制白铜合金，该合金成分组成及其重量百分比为：合金元素含量为：Cu余量，Ni 5.0‑7.0%，Fe 0.6‑1.0%，Si 0.1‑0.3%，杂质总和≤0.5%；操作程序如下：镍+铁+硅+铜→装炉熔化→精炼→冷凝→带电浇铸。本发明所制备的白铜合金成分稳定，整个铸锭上中下成分均匀无偏析；成品环材的综合性能指标完全满足设计需要，抗拉强度明显优于H96；化学成分的组成元素中完全没有Zn等挥发物，有效地避免了挥发物对膛线的污染，对延长身管寿命，提高弹的命中率和准确性十分有利。

Description

一种白铜合金及其制备方法
技术领域
本发明涉及有色金属合金技术领域，具体地说是一种用于生产炮弹环形弹带的白铜合金（B5Fe）及其制备方法。
背景技术
为确保发射出去炮弹的准确性、稳定性，减少弹体与火炮身管内膛线的剧烈摩擦，炮弹外圆周上设两条环形弹带，由两条环形弹带与火炮身管内膛线相接触，在炮弹发射过程中最大限度地减少二者之间的摩擦力。
目前国内外常规弹带材料主要有：
（1）纯镍：牌号N6，优点是熔点高且高温高压环境下无挥发物产生，缺点是由于强度高对膛线的磨损大，另外N6弹带造价太高，经济性差，目前美欧应用的较多。
（2）黄铜：牌号H96，优点是成本低，缺点是强度低，尤其是黄铜中的Zn元素在高温高压等恶劣工况下会挥发析出，然后附着在膛线上，发射十几发弹后必须要炮兵人员擦拭，严重影响炮的效率并威胁人员安全。目前俄罗斯与我国各类火炮的弹带大多数是H96。
发明内容
本发明的目的是提供一种白铜合金及其制备方法。该白铜合金作为弹带材料所生产的弹带能满足现代战争条件下对炮弹的技术需要。
本发明目的是通过如下技术方案来实现的：
本发明的目的在于提供一种白铜合金的化学成分、制备方法与应用，合金元素含量为：Cu余量，Ni 5.0-7.0%，Fe 0.6-1.0%，Si 0.1-0.3%，杂质总和≤0.5%。其优化化学成分为Cu余量，Ni 5.3-5.9%，Fe 0.7-0.9%，Si 0.1-0.2%，杂质总和≤0.5%。
说明：（1）投料、配比及真空熔铸各工序严格控制杂质元素C、S、P、Zn的杂质总和；
（2）添加Fe元素目的是控制该白铜合金的强度指标，Fe太高强度过大，Fe太低强度太小，范围较窄；
（3）添加Si元素目的是增加真空浇铸时的流动性，有效细化晶粒，同时Si元素的存在可有效减少弹带与身管内膛线的摩擦、磨损。
具有上述化学成分的白铜合金环材制备步骤如下：
（1）原料及配比：原料全部为新料投入。按重量百分含量计，原料中各元素百分含量分别为：Cu余量，Ni 5.0-7.0%，Fe 0.6-1.0%，Si 0.1-0.3%。优选的原料配比为：Cu余量，Ni5.3-5.9%，Fe 0.7-0.9%，Si 0.1-0.2%。
（2）熔炼方法：采用150kg真空感应电炉熔炼。具体工艺如下：Cu+Ni+Fe+Si装入坩埚，封炉抽真空后送电熔化，炉温达到1250-1300℃精炼30分钟，达到浇铸温度1200℃时，充氩气至0.09MPa，带电浇铸，待炉内冷凝10分钟后出炉取样进行成分分析。其它工艺参数：
真空度：≤7Pa；
模具温度：120-160℃；
涂料：烟灰+火油；
漏斗孔径：Φ6-8（控制浇铸速度）；
浇铸时间：5-6分钟；
（3）铸锭外皮车光、下料：用CW6163车床去除铸锭表面2-3mm厚度的表层，其目的是除去杂质总量高的部分，有利于后续加工和控制坯锭的杂质总和。
（4）锻造：第一火次加热温度880℃，保温时间100-120分钟，三墩三拔后首先锻成棒坯，再次下料、钻内孔。第二火次加热温度860℃，保温时间70-80分钟，旋滚锻制成环坯。
（5）中间热处理：将环形毛坯在真空退火炉中加热660℃，保温100分钟，充氮气保护退火，然后缓冷出炉检测各项性能指标。
（6）成品车光：在数控机床上按图纸将环坯精加工至弹带的成品尺寸。
本发明的优点：
（1）本发明制备的白铜合金成分稳定，整个铸锭上中下成分均匀无偏析；
（2）成品环材的综合性能指标完全满足设计需要，抗拉强度明显优于H96；
（3）化学成分的组成元素中完全没有Zn等挥发物，有效地避免了挥发物对膛线的污染，对延长身管寿命，提高弹的命中率和准确性十分有利；
（4）成本适中，尤其在出口产品上具有竞争优势，应用前景广阔。
下面通过实例对本发明作进一步详细说明，但下述的实例仅仅是本发明其中 的例子而已，并不代表本发明所限定的权利保护范围，本发明的权利保护范围以权利书要求为准。
具体实施方式：
实施例1
以电解铜、电解镍、工业纯铁、金属硅为原料配制白铜合金，各组设计质量分别为：电解镍8.142kg、工业纯铁0.966kg，金属硅0.22kg、电解铜128.672kg，共138kg/炉装入150公斤真空感应电炉中。操作程序如下：镍+铁+硅+铜→装炉熔化→精炼→冷凝→带电浇铸。
铸锭分析成分后车光外皮，加热880℃，第一火次三墩三拔，先锻成棒坯，第二火次加热860℃旋滚锻制成环坯，再加热660℃将环坯进行真空热处理，性能指标检测后数控车至弹带成品尺寸。
各工序说明如下：
将镍、铁、硅、铜原料装入坩埚，封炉抽真空送电熔化，炉温达到1300℃时精炼30分钟，当达到浇铸温度1100-1200℃且真空度≤7Pa时，充氩气至0.09MPa，然后带电浇铸，合金在铸铁模内冷凝10分钟后出炉。
铸锭化学成分分析后，车光外皮厚度约2-3mm。
第一火次锻造，加热880℃，保温100-120分钟，三墩三拔后锻成棒坯，然后带锯上下料，钻内孔。
第二火次锻造，加热860℃，保温70-80分钟，旋滚锻制成环坯。
将环形毛坯加热至660℃，保温90-100分钟，充氮气保护进行真空退火，出炉后检测各项性能指标。
在数控机床上将毛坯环按图纸尺寸车光至弹带成品。
实施例2
以电解铜、电解镍、工业纯铁、金属硅为原料配制白铜合金，各组设计质量分别为：电解镍8.142kg、工业纯铁1.104kg，金属硅0.138kg、电解铜128.616kg，共138kg/炉装入150公斤真空感应电炉中。操作程序如下：镍+铁+硅+铜→装炉熔化→精炼→冷凝→带电浇铸。
铸锭分析成分后车光外皮，加热880℃，第一火次三墩三拔，先锻成棒坯，第二火次加热860℃旋滚锻制成环坯，再加热660℃将环坯进行真空热处理，性能指标检测后数控车至弹带成品尺寸。
各工序说明与实施例1相同，故省略。
实施例3
以电解铜、电解镍、工业纯铁、金属硅为原料配制白铜合金，各组设计质量分别为：电解镍7.866kg、工业纯铁1.242kg，金属硅0.248kg、电解铜128.644kg，共138kg/炉装入150公斤真空感应电炉中。操作程序如下：镍+铁+硅+铜→装炉熔化→精炼→冷凝→带电浇铸。
铸锭分析成分后车光外皮，加热880℃，第一火次三墩三拔，先锻成棒坯，第二火次加热860℃旋滚锻制成环坯，再加热660℃将环坯进行真空热处理，性能指标检测后数控车至弹带成品尺寸。
各工序说明与实施例1相同，故省略。
实施例4
以电解铜、电解镍、工业纯铁、金属硅为原料配制白铜合金，各组设计质量分别为：电解镍7.59kg、工业纯铁1.242kg，金属硅0.207kg、电解铜128.961kg，共138kg/炉装入150公斤真空感应电炉中。操作程序如下：镍+铁+硅+铜→装炉熔化→精炼→冷凝→带电浇铸。
铸锭分析成分后车光外皮，加热880℃，第一火次三墩三拔，先锻成棒坯，第二火次加热860℃旋滚锻制成环坯，再加热660℃将环坯进行真空热处理，性能指标检测后数控车至弹带成品尺寸。
各工序说明与实施例1相同，故省略。
实施例5
以电解铜、电解镍、工业纯铁、金属硅为原料配制白铜合金，各组设计质量分别为：电解镍7.59kg、工业纯铁1.104kg，金属硅0.276kg、电解铜129.03kg，共138kg/炉装入150公斤真空感应电炉中。操作程序如下：镍+铁+硅+铜→装炉熔化→精炼→冷凝→带电浇铸。
铸锭分析成分后车光外皮，加热880℃，第一火次三墩三拔，先锻成棒坯，第二火次加热860℃旋滚锻制成环坯，再加热660℃将环坯进行真空热处理，性能指标检测后数控车至弹带成品尺寸。
各工序说明与实施例1相同，故省略。
实施例6
以电解铜、电解镍、工业纯铁、金属硅为原料配制白铜合金，各组设计质量分别为：电解镍8.28kg、工业纯铁1.38kg，金属硅0.345kg、电解铜127.995kg，共138kg/炉装入150公斤真空感应电炉中。操作程序如下：镍+铁+硅+铜→装炉熔化→精炼→冷凝→带电浇铸。
铸锭分析成分后车光外皮，加热880℃，第一火次三墩三拔，先锻成棒坯，第二火次加热860℃旋滚锻制成环坯，再加热660℃将环坯进行真空热处理，性能指标检测后数控车至弹带成品尺寸。
各工序说明与实施例1相同，故省略。

Claims (4)

1. 一种白铜合金，其特征在于：该合金成分组成及其重量百分比为：合金元素含量为：Cu余量，Ni 5.0-7.0%，Fe 0.6-1.0%，Si 0.1-0.3%，杂质总和≤0.5%。
2. 根据权利要求1所述的白铜合金，其特征在于：该合金成分组成及其重量百分比为：Cu余量，Ni 5.3-5.9%，Fe 0.7-0.9%，Si 0.1-0.2%，杂质总和≤0.5%。
3.一种白铜合金的制备方法，该制备法方法如下：
（1）原料及配比：原料全部为新料投入；按重量百分含量计，原料中各元素百分含量分别为：Cu余量，Ni 5.0-7.0%，Fe 0.6-1.0%，Si 0.1-0.3%，杂质总和≤0.5%；
（2）熔炼方法：采用150kg真空感应电炉熔炼；具体工艺如下：Cu+Ni+Fe+Si装入坩埚，封炉抽真空后送电熔化，炉温达到1250-1300℃精炼30分钟，达到浇铸温度1200℃时，充氩气至0.09MPa，带电浇铸，待炉内冷凝10分钟后出炉取样进行成分分析；其它工艺参数：
真空度：≤7Pa；
模具温度：120-160℃；
涂料：烟灰+火油；
漏斗孔径：Φ6-8（控制浇铸速度）；
浇铸时间：5-6分钟；
（3）铸锭外皮车光、下料：用CW6163车床去除铸锭表面2-3mm厚度的表层，其目的是除去杂质总量高的部分，有利于后续加工和控制坯锭的杂质总和；
（4）锻造：第一火次加热温度880℃，保温时间100-120分钟，三墩三拔后首先锻成棒坯，再次下料、钻内孔；第二火次加热温度860℃，保温时间70-80分钟，旋滚锻制成环坯；
（5）中间热处理：将环形毛坯在真空退火炉中加热660℃，保温100分钟，充氮气保护退火，然后缓冷出炉检测各项性能指标；
成品车光：在数控机床上按要求将环坯精加工至弹带的成品尺寸后，即为本发明成品。
4. 根据权利要求1所述的白铜合金，其特征在于：该合金成分组成及其重量百分比为：Cu余量，Ni 5.3-5.9%，Fe 0.7-0.9%，Si 0.1-0.2%，杂质总和≤0.5%。
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