CN112593116A - 一种高强度的铜锌合金的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开的一种高强度的铜锌合金的制备方法,所述铜锌合金含有的化学元素成分及其质量百分比为:Cu 65.0~68.9%、Fe 2.5%~3%、Bi 0.9‑1.2%、Mn 0.9%~1.5%、Sc 0.06~0.13%、V 0.04%~0.08%、Mo 0.7~1.0%、Cr 0.2~0.4%、Ni 0.05~0.08%、Sn 1.1~1.5%,余量为Zn以及不可避免的杂质,不可避免的杂质总量小于0.5%;所述高强度的铜锌合金的制备方法,包括(1)配料;(2)熔炼;(3)连铸;(4)轧制;(5)退火;(6)定尺锯切。本发明通过限定钪、钒、钼、铬、锡、铋元素的含量,使铜锌合金具备了高强度、高韧性耐磨、优良耐磨机制、高耐介质腐蚀铜合金的能力,其挤制态力学性能:抗拉强度:850~1035MPa,硬度HB:180~220,延伸率≥11%。
Description
技术领域
本发明涉及铜合金领域,尤其设计一种高强度的铜锌合金的制备方法。
背景技术
铜锌合金俗称黄铜,铜锌合金具有较好的机械性能、良好的耐腐蚀及低廉的成本。当含锌量小于39%时,此类铜锌合金的塑性好,适于冷热加压加工;当含锌量大于39%时,此类铜锌合金只适于热压力加工;若继续增加锌的质量分数,则抗拉强度下降,无使用价值
随着现代科技进步,人们对复杂黄铜研究日益深入,发现通过加入多元少量合金元素即可大幅提高其性能,使材料产生许多具有实用化前景的新特性,如形状记忆功能,高弹性,高强度,高耐磨、耐蚀、减磨性能等。铜锌合金的最大优点是价格相对较便宜,而不足的是力学性能低,影响元件的可靠性和寿命。
发明内容
为了解决背景技术中存在的技术问题,本发明提出了一种高强度的铜锌合金的制备方法,所述制备方法工艺简单,得到的铜锌合金材料强度和硬度高、耐腐蚀性好,使用寿命长。
本发明采用的技术方案为:一种高强度的铜锌合金的制备方法,所述铜锌合金含有的化学元素成分及其质量百分比为:Cu 65.0~68.9%、Fe 2.5%~3%、Bi 0.9-1.2%、Mn 0.9%~1.5%、Sc 0.06~0.13%、V 0.04%~0.08%、Mo 0.7~1.0%、Cr 0.2~0.4%、Ni 0.05~0.08%、Sn 1.1~1.5%,余量为Zn以及不可避免的杂质,不可避免的杂质总量小于0.5%;
所述高强度的铜锌合金的制备方法,包括以下步骤:
(1)配料:按照各元素质量分数的比例配置原料;
(2)熔炼:在熔炼炉中先投入部分铜熔化,木炭覆盖;投入锰,熔剂覆盖;投入铋、镍、铁熔化;投入其余的铜熔化搅拌;投入锌熔化;投入钪、钒、钼、铬、锡熔化后,加入旧料;全部熔化后,搅拌合金液5~10分钟使其均匀,然后升温投精炼剂进行除渣精炼,喷火精炼;取样检测化学成分合格,静置保温;静置保温、捞除渣之后,转炉流至保温炉;
(3)连铸:对步骤(2)产生的合金液采用半连续浇铸锭法,浇铸机采用振动式拉铸,浇注温度1000℃-1100℃,拉锭速度30-60mm/min,控制结晶器内液面高度30-50mm,结晶器水压0.1-0.8Mpa,结晶器出水温度为30-40℃;
(4)轧制:采用热轧机组进行轧制,控制终轧温度为790℃-810℃,轧制速度为1.5m/s-5m/s;
(5)退火:对轧制后的黄铜合金线材进行退火处理,退火温度为500-560℃,保温时间为3-4h,退火完成后的线材进行酸洗和水洗;
(6)定尺锯切:将铸锭切断至一定长度后在680~740℃温度下挤压到所需规格坯材。
本发明中,步骤(2)所述熔炉为感应电炉,冶炼的温度为1050-1100℃。
本发明中,步骤(2)中精炼的温度为980-1020℃,时间15-25分钟。
本发明中,步骤(2)中合格样品转炉流至保温炉铜水对流搅拌15-20分钟。
本发明中,步骤(5)所述酸洗过程使用的酸液中硫酸、硝酸和水的体积比为1:4:1,酸洗后的水洗采用去离子水进行冲洗。
本发明高强度铜合金的有效化学成分设计依据及限定含量范围的理由如下:
通过添加锰元素,提高强度和硬度的同时保留相当大的塑性,提高耐热性、耐蚀性;
通过添加铁元素,细化合金组织,在不显著降低塑性的同时提高强度,与锰、镍共存效果更佳;
通过添加镍元素,细化合金组织,含量较多时扩大α相区,提高合金冲击韧性和抗拉强度;
通过添加锡元素,增加了耐腐蚀性,还具有良好的导电性,可用于生产压力加工产品,也可以用于生产铸造产品;添加铋在凝固过程中膨胀,对补缩有利,铋略微降低了合金强度,但大幅的改善了黄铜合金棒材的切削性能,使得棒材易于加工成所需的形状。
通过添加钪元素,可有效提高合金的性能,对强度、硬度、耐热性、耐腐蚀性和焊接性等有明显提高。
钒和碳、氮、氧有极强的亲合力,与之形成相应的稳定化合物。通过添加钒元素使合金的组织和晶粒细化,提高正火后的强度和屈服比及低温韧性,改善合金的焊接性能。降低合金的过热敏感性,提高合金的强度和韧性。铜锌合金中的含钒量,除高速工具钢外,一般均不大于0.5%。钒在合金结构钢中,由于在一般热处理条件下会降低淬透性,故在结构钢中常和锰、铬以及钼等元素联合使用。
通过添加钼元素,能提高淬透性和热强性。防止回火脆性,增加剩磁和矫顽力以及在某些介质中的抗蚀性,钼能使较大断面的零件淬深、淬透,提高钢的抗回火性或回火稳定性,使零件可以在较高温度下回火,从而更有效地消除(或降低)残余应力,提高塑性。
通过添加铬元素,能增加铜锌合金的淬透性并有二次硬化作用,可提高合金的硬度和耐磨性而不使合金变脆;还使合金有良好的高温抗氧化性和耐氧化性介质腐蚀的作用,还增加合金的热强性,提高合金轧制状态的强度和硬度,降低伸长率和断面收缩率。
本发明与现有技术相比的优点是:(1)本发明确定合适铜锌合金品种化学成分,各元素配比进行科学实验总结得到,构成以α相为基,通过合金元素间的相互作用,在复杂铜锌合金基体上形成成分复杂、均匀稳定分布、硬度极高的耐磨相,形成合理耐磨机制,保证材料具优良耐磨性能。
(2)通过限定钪、钒、钼、铬、锡、铋元素的含量,使之具备了高强度、高韧性耐磨、优良耐磨机制、高耐介质腐蚀铜合金的能力,其挤制态力学性能:抗拉强度:850~1035MPa,硬度HB:180~220,延伸率≥11%,防止以上元素在冶炼过程中降低合金的导电率,影响合金材料的结晶过程,造成材料热脆,影响材料加工,可作为昂价青铜的优良代用材料,为高强度、高韧性耐磨、耐介质腐蚀铜管棒市场提供大批量、低成本的高性能新材料;
(3)冶炼过程通过采用电炉冶炼和惰性气体保护的方式降低合金中的氧含量,提高合金的性质,制造工艺中的牵引、轧制和退火等工艺可以改变材料的塑性,便于进行加工,并且提高材料的韧性,防止材料因为韧性过低造成难加工或易断裂的问题;同时在低温状态下也不易变脆和断裂。
具体实施方式
以下对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是,此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明,并不用于限制本发明。
实施例1
一种高强度的铜锌合金的制备方法,所述铜锌合金含有的化学元素成分及其质量百分比为:Cu 65.0、Fe 2.5%、Bi 0.9、Mn 0.9%、Sc 0.07、V 0.04%、Mo 0.8%、Cr 0.2%、Ni 0.05%、Sn 1.1%,余量为Zn以及不可避免的杂质,不可避免的杂质总量小于0.5%;
所述高强度的铜锌合金的制备方法,包括以下步骤:
(1)配料:按照各元素质量分数的比例配置原料;
(2)熔炼:在感应电炉炉中先投入部分铜熔化,冶炼的温度为1050℃,木炭覆盖;投入锰,熔剂覆盖;投入铋、镍、铁熔化;投入其余的铜熔化搅拌;投入锌熔化;投入钪、钒、钼、铬、锡熔化后,加入旧料;全部熔化后,搅拌合金液5~10分钟使其均匀,然后升温投精炼剂进行除渣精炼,喷火精炼,精炼的温度为980℃,时间15分钟;取样检测化学成分合格,静置保温;静置保温、捞除渣之后,转炉流至保温炉,合格样品转炉流至保温炉铜水对流搅拌15分钟;
(3)连铸:对步骤(2)产生的合金液采用半连续浇铸锭法,浇铸机采用振动式拉铸,浇注温度1000℃,拉锭速度30mm/min,控制结晶器内液面高度30mm,结晶器水压0.3Mpa,结晶器出水温度为35℃;
(4)轧制:采用热轧机组进行轧制,控制终轧温度为790℃,轧制速度为1.5m/s-5m/s;
(5)退火:对轧制后的黄铜合金线材进行退火处理,退火温度为500℃,保温时间为3-4h,退火完成后的线材进行酸洗和水洗,所述酸洗过程使用的酸液中硫酸、硝酸和水的体积比为1:4:1,酸洗后的水洗采用去离子水进行冲;
(6)定尺锯切:将铸锭切断至一定长度后在680℃温度下挤压到所需规格坯材。
实施例2
一种高强度的铜锌合金的制备方法,所述铜锌合金含有的化学元素成分及其质量百分比为:Cu 66.7%、Fe 2.7%、Bi 1.0%、Mn1.2%、Sc 0.10%、V 0.06%、Mo 0.85%、Cr0.2%、Ni 0.07、Sn 1.3%,余量为Zn以及不可避免的杂质,不可避免的杂质总量小于0.5%;
所述高强度的铜锌合金的制备方法,包括以下步骤:
(1)配料:按照各元素质量分数的比例配置原料;
(2)熔炼:在感应电炉中先投入部分铜熔化,冶炼的温度为1080℃木炭覆盖;投入锰,熔剂覆盖;投入铋、镍、铁熔化;投入其余的铜熔化搅拌;投入锌熔化;投入钪、钒、钼、铬、锡熔化后,加入旧料;全部熔化后,搅拌合金液8分钟使其均匀,然后升温投精炼剂进行除渣精炼,喷火精炼,精炼的温度为1000℃,时间20分钟;取样检测化学成分合格,静置保温;静置保温、捞除渣之后,转炉流至保温炉中,合格样品转炉流至保温炉铜水对流搅拌18分钟;
(3)连铸:对步骤(2)产生的合金液采用半连续浇铸锭法,浇铸机采用振动式拉铸,浇注温度1050℃,拉锭速度45mm/min,控制结晶器内液面高度40mm,结晶器水压0.5Mpa,结晶器出水温度为35℃;
(4)轧制:采用热轧机组进行轧制,控制终轧温度为800℃,轧制速度为1.5m/s-5m/s;
(5)退火:对轧制后的黄铜合金线材进行退火处理,退火温度为540℃,保温时间为3.5h,退火完成后的线材进行酸洗和水洗,酸洗过程使用的酸液中硫酸、硝酸和水的体积比为1:4:1,酸洗后的水洗采用去离子水进行冲洗;
(6)定尺锯切:将铸锭切断至一定长度后在700℃温度下挤压到所需规格坯材。
实施例3
一种高强度的铜锌合金的制备方法,所述铜锌合金含有的化学元素成分及其质量百分比为:Cu68.9%、Fe 3%、Bi1.2%、Mn1.3%、Sc 0.9%、V 0.08%、Mo 1.0%、Cr 0.4%、Ni 0.08%、Sn 1.5%,余量为Zn以及不可避免的杂质,不可避免的杂质总量小于0.5%;
所述高强度的铜锌合金的制备方法,包括以下步骤:
(1)配料:按照各元素质量分数的比例配置原料;
(2)熔炼:在感应电炉中先投入部分铜熔化,冶炼的温度为1100℃木炭覆盖;投入锰,熔剂覆盖;投入铋、镍、铁熔化;投入其余的铜熔化搅拌;投入锌熔化;投入钪、钒、钼、铬、锡熔化后,加入旧料;全部熔化后,搅拌合金液10分钟使其均匀,然后升温投精炼剂进行除渣精炼,喷火精炼,精炼的温度为1020℃,时间25分钟;取样检测化学成分合格,静置保温;静置保温、捞除渣之后,转炉流至保温炉,合格样品转炉流至保温炉铜水对流搅拌20分钟;
(3)连铸:对步骤(2)产生的合金液采用半连续浇铸锭法,浇铸机采用振动式拉铸,浇注温度1100℃,拉锭速度60mm/min,控制结晶器内液面高度40mm,结晶器水压0.8Mpa,结晶器出水温度为40℃;
(4)轧制:采用热轧机组进行轧制,控制终轧温度为-810℃,轧制速度为5m/s;
(5)退火:对轧制后的黄铜合金线材进行退火处理,退火温度为560℃,保温时间为4h,退火完成后的线材进行酸洗和水洗,所述酸洗过程使用的酸液中硫酸、硝酸和水的体积比为1:4:1,酸洗后的水洗采用去离子水进行冲洗;
(5)定尺锯切:将铸锭切断至一定长度后在740℃温度下挤压到所需规格坯材。
本发明材料取样进行力学性能试验,试验结果见表1。
由性能试验数据可见,本发明材料具有非常优异的力学性能,导电性能也良好,则能广泛用于机械、汽车等行业的高端产品上。
Claims (5)
1.一种高强度的铜锌合金的制备方法,其特征在于,所述铜锌合金含有的化学元素成分及其质量百分比为:Cu 65.0~68.9%、Fe 2.5%~3%、Bi 0.9-1.2%、Mn 0.9%~1.5%、Sc 0.06~0.13%、V 0.04%~0.08%、Mo 0.7~1.0%、Cr 0.2~0.4%、Ni 0.05~0.08%、Sn 1.1~1.5%,余量为Zn以及不可避免的杂质,不可避免的杂质总量小于0.5%;
所述高强度的铜锌合金的制备方法,包括以下步骤:
(1)配料:按照各元素质量分数的比例配置原料;
(2)熔炼:在熔炼炉中先投入部分铜熔化,木炭覆盖;投入锰,熔剂覆盖;投入铋、镍、铁熔化;投入其余的铜熔化搅拌;投入锌熔化;投入钪、钒、钼、铬、锡熔化后,加入旧料;全部熔化后,搅拌合金液5~10分钟使其均匀,然后升温投精炼剂进行除渣精炼,喷火精炼;取样检测化学成分合格,静置保温;静置保温、捞除渣之后,转炉流至保温炉;
(3)连铸:对步骤(2)产生的合金液采用半连续浇铸锭法,浇铸机采用振动式拉铸,浇注温度1000℃-1100℃,拉锭速度30-60mm/min,控制结晶器内液面高度30-50mm,结晶器水压0.1-0.8Mpa,结晶器出水温度为30-40℃;
(4)轧制:采用热轧机组进行轧制,控制终轧温度为790℃-810℃,轧制速度为1.5m/s-5m/s;
(5)退火:对轧制后的黄铜合金线材进行退火处理,退火温度为500-560℃,保温时间为3-4h,退火完成后的线材进行酸洗和水洗;
(6)定尺锯切:将铸锭切断至一定长度后在680~740℃温度下挤压到所需规格坯材。
2.根据权利要求1所述的一种高强度的铜锌合金的制备方法,其特征在于,步骤(2)所述熔炉为感应电炉,冶炼的温度为1050-1100℃。
3.根据权利要求1所述的一种高强度的铜锌合金的制备方法,其特征在于,步骤(2)中精炼的温度为980-1020℃,时间15-25分钟。
4.根据权利要求2所述的高强度黄铜合金棒材的制备工艺,其特征是:步骤(2)中合格样品转炉流至保温炉铜水对流搅拌15-20分钟。
5.根据权利要求1所述的一种高强度的铜锌合金的制备方法,其特征在于,步骤(5)所述酸洗过程使用的酸液中硫酸、硝酸和水的体积比为1:4:1,酸洗后的水洗采用去离子水进行冲洗。
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PB01 | Publication | ||
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RJ01 | Rejection of invention patent application after publication | ||
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