CN113234957B

CN113234957B - 一种铜合金焊丝、制备方法及应用

Info

Publication number: CN113234957B
Application number: CN202110461254.3A
Authority: CN
Inventors: 王朋旭; 王博; 孙华为; 樊志斌; 何茜; 宁少晨; 赵丹; 纠永涛
Original assignee: China Innovation Academy of Intelligent Equipment Co Ltd CIAIE
Current assignee: Ningbo Academy of Intelligent Machine Tool Co Ltd of China Academy of Machinery
Priority date: 2021-04-27
Filing date: 2021-04-27
Publication date: 2022-04-01
Anticipated expiration: 2041-04-27
Also published as: CN113234957A

Abstract

本发明公开一种铜合金焊丝，按照质量分数包括：8.0至10.0%Al；10.0至12.0%Mn；2.0至4.0%Fe；0.2至0.5%Sn；0.1至0.3%Zn；0.01至0.03%P；0.01至0.35%Cr；0.03至0.06%Si；余量为Cu和不可避免的杂质；本发明还公开了铜合金焊丝的成形方法，结合材料性能，引入热轧和旋锻，具体包括：配料、熔铸、热轧、退火、旋锻、拉丝、剥皮、定径成形；本发明还公开了该铜合金焊丝的应用；该发明的铜合金焊丝铸造成形性能、加工性能大幅改善，配合高效成形方法，生产过程中的断线率下降，成品率提升，生产效率提升显著。

Description

一种铜合金焊丝、制备方法及应用

技术领域

本发明涉及铜合金技术领域，特别是涉及一种铜合金焊丝、制备方法及应用。

背景技术

以液压支架为主要设备的综合机械化开采的诞生和发展是煤矿生产发展史的一次重大革命，不仅从根本上改善劳动和安全条件，也为采煤产量和效率的迅速提高奠定了基础，使煤炭生产面貌彻底改观。液压支架立柱油缸内壁熔铜技术，作为近几年新兴的油缸修复技术，采用CMT（冷金属过渡技术）焊接方法，将铜合金焊丝熔化，获得与基体冶金结合的耐磨、耐蚀铜合金层，兼具铜的导热导电性能，以此提高液压支架寿命。随着液压支架工况越发恶劣、工作阻力越来越大，对所需铜合金焊丝要求更高。因此，开发出一种成分配比合理、生产工艺先进的钎涂用耐磨耐蚀铜合金焊丝，对保证立柱油缸质量，延长液压支架使用寿命，提升煤矿综采设备核心竞争力，意义重大。

专利号为CN109514128A公开了一种复杂锰铝青铜焊丝的配方有：Mn：8-10％；Al：6.5-8.5％；Fe：1.2-3.0％；Ni：1.5-3.0％；Si：0.03-0.1％；余量为Cu。生产工艺包括：配料；熔炼；保温；水平连铸；拉拔和退火；扒皮和成品拉拔；层绕(或桶装、校直切断、大木轴)；检验；包装入库。

专利号为CN111074089A公开了一种耐磨耐蚀多元锰铝青铜钎焊合金及其制备方法。包括下述重量组分：Al:7-10％；Mn:8-11％；Fe:1.5-3.0％；Ni:1.5-2.5％；B:0.005-0.03％；Y:0.05-0.1％；La:0.08-0.20％；B,Y,La三种元素之间的重量比在1：10：15-1：3：6之间，其它杂质≤0.5％。余量Cu。

上述专利公布的锰铝青铜合金配方复杂，含有Ni、Y、La等元素成本较高，且存在熔体流动性不足、冷加工性能差，配合水平连铸、拉拔等生产工艺，生产过程中连铸熔体补缩不足，经多次拉拔、退火，操作难度大，生产周期长，且断线率高，成品率低，生产效率较低。

发明内容

本发明的第一个目的在于提供一种铜合金焊丝，该发明焊丝连铸过程中流动性能、压延性能大幅提升。

为实现这一目的，本发明的技术方案是：一种铜合金焊丝，按照质量分数配料：

Al 8.0至10.0%；

Mn 10.0至12.0%；

Fe 2.0至4.0%；

Sn 0.2至0.5%；

Zn 0.1至0.3%；

P 0.01至0.03%；

余量为Cu和不可避免的杂质。

作为优选，按照质量分数配料：

Al 8.6至9.2%；

Mn 11.0至11.5%；

Fe 2.5至3.5%；

Sn 0.3至0.45%；

Zn 0.15至0.25%；

P 0.015至0.025%；

余量为Cu和不可避免的杂质。

作为优选，配料成分还可加入Cr和Si，其质量分数为：

Cr 0.01至0.35%；

Si 0.03至0.06%；

Cr和Si的加入可抑制退火时晶粒长大，提高退火材料的硬度，也可以增强脱氧效果，降低熔体中氧含量。

本发明的第二个目的在于提供一种铜合金焊丝制备方法，该发明通过合理加工工艺参数配合原料组成，实现快速减径，改善合金材料的成形效果。

为解决此技术问题，本发明的技术方案是：一种铜合金焊丝高效制备方法，依次包括以下步骤：

将原料物质按所述质量分数配料、熔铸、热轧、退火、旋锻、拉拔、剥皮、定径成形得目标铜合金焊丝。

作为优选，所述熔铸步骤中：

连铸温度1000至1100℃；

铸造速度0.5至0.75 m/min；

成形直径Φ9.5 mm。

本发明熔铸温度低于1100℃，可有效缓解因加入锰导致的过热敏感性，减少脆硬化合物Fe-Mn的生成，提高加工性能。

作为优选，所述热轧温度500至600℃；

轧制速度0.1至0.3 m/s。

本发明热轧的作用是将合金材料加热到再结晶温度稍高一点的温度，使合金材料在轧制的过程中进行“退火处理”，降低因轧制加工产生的应力累积，增大材料的压缩率。

作为优选，所述退火温度为550至650 ℃；

保温时间1.5至2.0 h；

保护气氛：还原性气体和惰性气体。

作为优选，所述旋锻过程速度1.0至3.0 m/min。本发明中旋锻实现加工性能相对较差的材料快速减径，速度不宜过快。

作为优选，所述拉拔速度2.0至4.0 m/s；本发明中定径成形速度是由材料性能决定的，速度慢导致生产效率低，速度过快，则易增大断线率。

作为优选，目标铜合金焊丝直径为Φ0.8 mm或Φ1.0 mm或Φ1.2 mm或Φ1.6 mm。

本发明的第三个目的在于将所述铜合金焊丝熔敷于临港装备、煤矿综采设备、大型铜轴瓦和机床用自润滑铜导板。

通过采用上述技术方案，本发明的有益效果是：

1．本发明通过多种合金元素的定量加入，主要合金元素Mn、Al、Fe配比合理，可有效减缓“热敏感性”，对锰铝青铜加工性能有极大的改善作用。Al的含量对硬度影响显著，随着Al的增加，α相减少，由β相析出的α相变长，呈层片状分布，硬度增大；Mn的加入，虽能缩小α相单相区，但能显著降低β相共析转变温度，从而提高β相的稳定性，使得缓冷脆性大大减弱。此外，Mn还能溶于α固溶体，有一定的固溶强化作用，所以加入Mn后，在强度增加的同时，塑性却降低不多；在铝青铜中添加足够量的Fe，不仅可以抑制γ₂相的形成和结网，而且能起到细化晶粒的作用。当铁含量达到2%时，可以防止形成γ₂相网状结构。

2．本发明通过多种非主要合金元素Sn、Zn、Ag、Si、P的科学配比，熔体流动性更佳，保证连铸过程顺利进行；细化晶粒，改善合金材料的冷加工性能，可大幅提高生产效率；

Sn可以提高铝青铜抵抗应力腐蚀开裂的能力； Zn可以提高材料的流动性能，且Zn具有自润滑性，加入铜合金后，可以提高合金的减摩性能；P的加入，可有效去除熔体中的氧，是很好的脱氧剂，此外也能降低熔点，提高熔体的流动性，但含量需严格控制。少量Cr的加入抑制退火时晶粒长大，提高退火材料的硬度。Si除了能起到“除氧剂”的作用，还能与Al生成铝硅共晶组织，该共晶组织质量轻、导热性能好，又具有一定强度、硬度以及耐蚀性能。

3．本发明制备方法的工艺步骤配合原料金属元素的选择，也能改善合金材料的成形效果，生产过程中引入热轧和旋锻，可大幅提高加工过程中的压缩率，实现材料的快速减径；大幅减少退火道次，断线率下降，成品率大幅提升，生产工期显著缩短，生产效率提升显著。

从而实现本发明的上述目的。

附图说明

图1是本发明所得铜合金焊丝熔体流动性测试原理图。

具体实施方式

为了进一步解释本发明的技术方案，下面通过具体实施例来对本发明进行详细阐述。

实施例1

本实施例公开一种铜合金，具体的物质用量详见表1，具体制备方法包括以下步骤：

熔铸→热轧→退火→旋锻→拉拔→剥皮→定径成形；

其中，连铸温度1045℃、铸造速度0.5 m/min；

轧制温度570℃，速度0.15 m/s；

退火温度580℃，保温时间1 h，还原性气体和惰性气体保护；

旋锻速度2.5 m/min；

拉拔速度3.6 m/s；

实施例2

本实施例与实施例1的主要区别详见表1所示；

本实施例具体制备方法包括以下步骤：

熔铸→热轧→退火→旋锻→拉拔→剥皮→定径成形；

其中，连铸温度1070℃、铸造速度0.6 m/min；

轧制温度550℃，速度0.2 m/s；

退火温度550℃，保温时间1.5 h，还原性气体和惰性气体保护；

旋锻速度2.5 m/min；

拉拔速度3.6 m/s；

实施例3

本实施例与实施例1的主要区别详见表1所示；

具体制备方法包括以下步骤：

熔铸→热轧→退火→旋锻→拉拔→剥皮→定径成形；

其中，连铸温度1055℃、铸造速度0.55 m/min；

轧制温度520℃，速度0.15 m/s；

退火温度600℃，保温时间1.3 h，还原性气体和惰性气体保护；

旋锻速度2.5 m/min；

拉拔速度3.6 m/s；

实施例4

本实施例与实施例1的主要区别详见表1所示；

具体制备方法包括以下步骤：

熔铸→热轧→退火→旋锻→拉拔→剥皮→定径成形；

其中，连铸温度1065℃、铸造速度0.60 m/min；

轧制温度525℃，速度0.23 m/s；

退火温度650℃，保温时间1.3 h，还原性气体和惰性气体保护；

旋锻速度2.45 m/min；

拉拔速度3.3 m/s；

实施例5

本实施例与实施例1的主要区别详见表1所示；

具体制备方法包括以下步骤：

熔铸→热轧→退火→旋锻→拉拔→剥皮→定径成形；

其中，连铸温度1095℃、铸造速度0.45 m/min；

轧制温度524℃，速度0.23 m/s；

退火温度592℃，保温时间1.0 h，还原性气体和惰性气体保护；

旋锻速度2.6 m/min；

拉拔速度3.9 m/s；

实施例6

本实施例与实施例1的主要区别详见表1所示；

具体制备方法包括以下步骤：

熔铸→热轧→退火→旋锻→拉拔→剥皮→定径成形；

其中，连铸温度1075℃、铸造速度0.52 m/min；

轧制温度529℃，速度0.21 m/s；

退火温度570℃，保温时间1.5 h，还原性气体和惰性气体保护；

旋锻速度2.48 m/min；

拉拔速度3.43 m/s；

实施例7

本实施例与实施例1的主要区别详见表1所示；

具体制备方法包括以下步骤：

熔铸→热轧→退火→旋锻→拉拔→剥皮→定径成形；

其中，连铸温度1092℃、铸造速度0.6 m/min；

轧制温度560℃，速度0.21 m/s；

退火温度510℃，保温时间1.8 h，还原性气体和惰性气体保护；

旋锻速度2.4 m/min；

拉拔速度3.1 m/s；

实施例8至14

实施例8至14成分相对于实施例3区别详见表1，具体制备方法同实施例3。

对比例1

本例与实施例1的主要区别详见表1所示，制备方法同实施例3。

现行工艺“熔铸→拉拔、退火”生产过程中百公斤成品焊丝断线次数为a，生产时间为b，本工艺下实施例及对比例的断线次数为a₁，生产时间为b₁；所以断线率提升A=（a-a₁）/a，生产效率提升B=（b-b₁）/b。熔体流动性通过螺旋线流动试样，如图1所示，测定浇铸温度为1100℃时的螺旋线长度来进行表征。减摩性能测定依据为GB/T 3960-2016《塑料滑动摩擦磨损试验方法》进行。

实施例1至14及对比例1铜合金性能指标如表2所示。

结合表1和表2可知，本发明制得的铜合金明显的改善了的铸造成形性能、减摩性能、冷加工性能及加工过程中的断线率和生产效率；本发明的铜合金焊丝可熔敷于临港装备、煤矿综采设备、大型铜轴瓦和机床用自润滑铜导板。

Claims

1.一种铜合金焊丝，其特征在于：按照质量分数包括：

余量为Cu和不可避免的杂质；

配料、熔铸、热轧、退火、旋锻、拉拔、剥皮、定径成形；

得目标铜合金焊丝。

2.如权利要求1所述的一种铜合金焊丝，其特征在于：

按照质量分数包括：

余量为Cu和不可避免的杂质。

3.如权利要求1所述的一种铜合金焊丝，其特征在于：还包括Cr和Si，二者的质量分数分别为：

Cr 0.01至0.35％；

Si 0.03至0.06％。

4.如权利要求1所述的一种铜合金焊丝，其特征在于：

熔铸步骤中：

连铸温度1000至1100℃；

铸造速度0.5至0.75m/min；

成形直径Φ9.5mm。

5.如权利要求1所述的一种铜合金焊丝，其特征在于：

所述热轧温度500至600℃；

轧制速度0.1至0.3m/s。

6.如权利要求1所述的一种铜合金焊丝，其特征在于：

所述退火温度为550至650℃；

保温时间1.5至2.0h；

保护气氛：还原性气体和惰性气体混合气体。

7.如权利要求1所述的一种铜合金焊丝，其特征在于：

所述旋锻过程速度1.0至3.0m/min。

8.如权利要求1所述的一种铜合金焊丝，其特征在于：

所述拉拔速度2.0至4.0m/s；

所述剥皮、定径成形速度与拉拔配套使用。

9.将权利要求1至权利要求3任一项所述的铜合金焊丝熔敷于临港装备、煤矿综采设备、大型铜轴瓦和机床用自润滑铜导板。