CN113278845A - 一种阀门用铜合金及阀门制备方法 - Google Patents

一种阀门用铜合金及阀门制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明属于合金技术领域，具体涉及一种阀门用铜合金及阀门制备方法。所述铜合金通过强化剂对基础原料强化获得；以质量百分比计，所述基础原料的组成为：Bi 0.8‑1.0%，Zn 10‑20%，Nb 0.5‑1%，Zr 1‑5%，Ni 0.3‑0.8%，Sn 0.2‑0.7%，C 0.5‑1%，余量为铜及不可避免的杂质；所述强化剂选自碳化硅。采用本发明获得的阀门用铜合金以及用该合金制作的阀门抗腐蚀、耐磨损、切削性能好、安全性高、耐激冷激热，冷热加工性能较好，可以适用于各种应用环境。

Description

一种阀门用铜合金及阀门制备方法
技术领域
本发明属于合金技术领域，具体涉及一种阀门用铜合金及阀门制备方法。
背景技术
铜合金阀门是阀门中的一种，由于其具有耐腐蚀性强的特点， 因此铜合金在阀门以及阀用零件上得到了充分应用，在很多领域起到关键的作用，但铜阀门也存在着一些缺陷，如：耐摩损能力低，强度低，不能耐激冷激热，导致阀门的使用寿命较短且应用场景受限较多。
发明内容
针对上述问题，本发明提出了一种阀门用铜合金及阀门制备方法，采用本发明获得的阀门用铜合金以及用该合金制作的阀门抗腐蚀、耐磨损、切削性能好、安全性高、耐激冷激热，冷热加工性能较好，可以适用于各种应用环境。
本发明所述的一种阀门用铜合金，其包括强化剂和基础原料，所述铜合金通过强化剂对基础原料强化获得；以质量百分比计，所述基础原料的组成为：Bi 0.8-1.0%，Zn 10-20%，Nb 0.5-1%，Zr 1-5%，Ni 0.3-0.8%，Sn 0.2-0.7%，C 0.5-1%，余量为铜及不可避免的杂质；所述强化剂选自碳化硅。
所述强化剂与基础原料的质量比为1-10：100。
所述强化剂粒径为3-5微米。
本发明还提出一种阀门的制备方法，采用上述的阀门用铜合金，其具体步骤为：
（1）按比例称取基础原料以及强化剂，备用；
（2）熔炼：先加入40～45%的纯铜锭，待纯铜锭熔化后加热到1200～1300℃，然后依次加入Bi、Zn、Sn、Nb、C， 搅拌均匀后恒温10～15min；再依次加入Zr、Ni以及余量的纯铜锭，搅拌均匀后升温至1300～1350℃下熔炼15～20min，得到熔炼的混合液；在熔炼的同时将强化剂预热至500-600℃，并将其加入混合液中；
（3）浇注： 将步骤（2）中得到的混合液，浇注到阀门模具中，将模内铸件冷却到1000± 10℃，打开模具，取出成型毛坯，然后在4～6min内冷却到300℃-200℃，然后空冷至室温， 即得到铜合金阀门。
步骤（2）中，所述阀门模具内刷涂碲粉；所述碲粉用量为基础原料用量的5wt%-10wt%。
本发明中，碳的加入提高了材料的热强性、可焊性和冷变形工艺性能，同时使得镍基本以固溶体形式存在，镍能提高产品强度，提高耐磨性能；强化粒子的加入有效的提高了耐磨性，而且Si元素的引入能提高脆硬相浓度，增强切削性能和合金耐腐蚀性能；铌是强碳化物形成元素，铌碳化物以弥散颗粒分布，阻止滑移变形过程的进行和碳化物聚集长大，阻止晶粒长大，从而细化组织，另外铜合金在使用过程中，遇酸在表面能形成一层富集 Cu、Nb等元素的钝化膜， 因而具有较高的耐硫酸露点腐蚀性能；少量的锆即可有效地提高强度和硬度；Bi可以改善铌碳化物与铜基体的润湿性，使铌碳化物颗粒很好的与铜基体进行融合，进一步增加铜合金的耐摩擦能力和强度，而且Bi在一定程度上能够起到替代铅的作用，使得黄铜中不含铅，更加环保友好。Sn与Cu、Nb共同作用可提高合金的耐酸腐蚀性，并且添加少量的Sn，可以节省昂贵的Ni；碲作为主要合金元素，起到提高切削性能的目的，因为金属Te会以单质在晶界或晶内存在，同时也会形成Cu2Te金属化合物，从而可以提高切削过程中的断削率，即切削性得到提高，同时不会引起材料导电率降低；本发明将阀门模具内刷涂碲粉，然后将熔炼的混合液倒入模具中，一定程度上避免了碲的烧损，而且当碲加入熔化的金属液中时，可激起剧烈反应，促使金属液在很短的时间内去氧完毕，使金属液急剧冷却，凝固速度大大加快，从而阻止获得致密的铸件，从而进一步提高了产品的耐高温、耐冲击、耐磨损、耐激冷激热性能。
采用本发明获得的阀门用铜合金以及用该合金制作的阀门抗腐蚀、耐磨损、切削性能好、安全性高、耐激冷激热，冷热加工性能较好，可以适用于各种应用环境。
具体实施方式
实施例1
一种阀门用铜合金，所述铜合金包括强化剂和基础原料，所述铜合金通过强化剂对基础原料强化获得；以质量百分比计，所述基础原料的组成为：Bi 0.8%，Zn 15%，Nb0.6%，Zr 1%，Ni0.8%，Sn 0.2%，C1%，余量为铜及不可避免的杂质；所述强化剂选自碳化硅。
所述强化剂与基础原料的质量比为10：100。
所述强化剂粒径为3-5微米。
一种阀门的制备方法，采用上述所述的阀门用铜合金，其具体步骤为：
（1）按比例称取基础原料以及强化剂，备用；
（2）熔炼：先加入45%的纯铜锭，待纯铜锭熔化后加热到1300℃，然后依次加入Bi、Zn、Sn、Nb、C， 搅拌均匀后恒温15min；再依次加入Zr、Ni以及余量的纯铜锭，搅拌均匀后升温至1350℃下熔炼15min，得到熔炼的混合液；在熔炼的同时将强化剂预热至500℃，并将其加入混合液中；
（3）浇注： 将步骤（2）中得到的混合液，浇注到阀门模具中，将模内铸件冷却到1000± 10℃，打开模具，取出成型毛坯，然后在4～6min内冷却到200℃，然后空冷至室温，即得到铜合金阀门。
步骤（2）中，所述阀门模具内刷涂碲粉；所述碲粉用量为基础原料用量的5wt%。
实施例2
一种阀门用铜合金，所述铜合金包括强化剂和基础原料，所述铜合金通过强化剂对基础原料强化获得；以质量百分比计，所述基础原料的组成为：Bi1.0%，Zn 20%，Nb 1%，Zr5%，Ni 0.5%，Sn 0.5%，C 0.5%，余量为铜及不可避免的杂质；所述强化剂选自碳化硅。
所述强化剂与基础原料的质量比为1：100。
所述强化剂粒径为3-5微米。
一种阀门的制备方法，采用上述所述的阀门用铜合金，其具体步骤为：
（1）按比例称取基础原料以及强化剂，备用；
（2）熔炼：先加入40%的纯铜锭，待纯铜锭熔化后加热到1200℃，然后依次加入Bi、Zn、Sn、Nb、C， 搅拌均匀后恒温10min；再依次加入Zr、Ni以及余量的纯铜锭，搅拌均匀后升温至1350℃下熔炼20min，得到熔炼的混合液；在熔炼的同时将强化剂预热至600℃，并将其加入混合液中；
（3）浇注： 将步骤（2）中得到的混合液，浇注到阀门模具中，将模内铸件冷却到1000± 10℃，打开模具，取出成型毛坯，然后在4～6min内冷却到300℃，然后空冷至室温，即得到铜合金阀门。
步骤（2）中，所述阀门模具内刷涂碲粉；所述碲粉用量为基础原料用量的10wt%。
实施例3
一种阀门用铜合金，所述铜合金包括强化剂和基础原料，所述铜合金通过强化剂对基础原料强化获得；以质量百分比计，所述基础原料的组成为：Bi 0.9%，Zn 10%，Nb0.5%，Zr 3%，Ni 0.3%，Sn 0.2%，C 0.8%，余量为铜及不可避免的杂质；所述强化剂选自碳化硅。
所述强化剂与基础原料的质量比为5：100。
所述强化剂粒径为3-5微米。
一种阀门的制备方法，采用上述所述的阀门用铜合金，其具体步骤为：
（1）按比例称取基础原料以及强化剂，备用；
（2）熔炼：先加入45%的纯铜锭，待纯铜锭熔化后加热到1300℃，然后依次加入Bi、Zn、Sn、Nb、C， 搅拌均匀后恒温10min；再依次加入Zr、Ni以及余量的纯铜锭，搅拌均匀后升温至1350℃下熔炼20min，得到熔炼的混合液；在熔炼的同时将强化剂预热至500℃，并将其加入混合液中；
（3）浇注： 将步骤（2）中得到的混合液，浇注到阀门模具中，将模内铸件冷却到1000± 10℃，打开模具，取出成型毛坯，然后在4～6min内冷却到200℃，然后空冷至室温，即得到铜合金阀门。
步骤（2）中，所述阀门模具内刷涂碲粉；所述碲粉用量为基础原料用量的10wt%。
实施例4
一种阀门用铜合金，所述铜合金包括强化剂和基础原料，所述铜合金通过强化剂对基础原料强化获得；以质量百分比计，所述基础原料的组成为：Bi 1.0%，Zn 16%，Nb0.8%，Zr 2%，Ni 0.4%，Sn 0.7%，C 0.9%，余量为铜及不可避免的杂质；所述强化剂选自碳化硅。
所述强化剂与基础原料的质量比为8：100。
所述强化剂粒径为3-5微米。
一种阀门的制备方法，采用上述所述的阀门用铜合金，其具体步骤为：
（1）按比例称取基础原料以及强化剂，备用；
（2）熔炼：先加入40%的纯铜锭，待纯铜锭熔化后加热到1200℃，然后依次加入Bi、Zn、Sn、Nb、C， 搅拌均匀后恒温15min；再依次加入Zr、Ni以及余量的纯铜锭，搅拌均匀后升温至1300℃下熔炼15min，得到熔炼的混合液；在熔炼的同时将强化剂预热至500℃，并将其加入混合液中；
（3）浇注： 将步骤（2）中得到的混合液，浇注到阀门模具中，将模内铸件冷却到1000± 10℃，打开模具，取出成型毛坯，然后在4～6min内冷却到300℃℃，然后空冷至室温， 即得到铜合金阀门。
步骤（2）中，所述阀门模具内刷涂碲粉；所述碲粉用量为基础原料用量的5wt%。
表1 本发明获得的铜合金性能检测结果
编号 抗拉强度/MPa 磨损率mg/Km 切削性
实施例1 760 50 90%
实施例2 740 53 90%
实施例3 780 58 90%
实施例4 800 56 90%

Claims (5)

1.一种阀门用铜合金，其特征在于，所述铜合金包括强化剂和基础原料，所述铜合金通过强化剂对基础原料强化获得；以质量百分比计，所述基础原料的组成为：Bi 0.8-1.0%，Zn10-20%，Nb 0.5-1%，Zr 1-5%，Ni 0.3-0.8%，Sn 0.2-0.7%，C 0.5-1%，余量为铜及不可避免的杂质；所述强化剂选自碳化硅。
2.根据权利要求1所述的一种阀门用铜合金，其特征在于，所述强化剂与基础原料的质量比为1-10：100。
3.根据权利要求1所述的一种阀门用铜合金，其特征在于，所述强化剂粒径为3-5微米。
4.一种阀门的制备方法，其特征在于，采用权利要求1-3任一项所述的阀门用铜合金，其具体步骤为：
（1）按比例称取基础原料以及强化剂，备用；
（2）熔炼：先加入40～45%的纯铜锭，待纯铜锭熔化后加热到1200～1300℃，然后依次加入Bi、Zn、Sn、Nb、C， 搅拌均匀后恒温10～15min；再依次加入Zr、Ni以及余量的纯铜锭，搅拌均匀后升温至1300～1350℃下熔炼15～20min，得到熔炼的混合液；在熔炼的同时将强化剂预热至500-600℃，并将其加入混合液；
（3）浇注： 将步骤（2）中得到的混合液，浇注到阀门模具中，将模内铸件冷却到1000±10℃，打开模具，取出成型毛坯，然后在4～6min内冷却到300℃-200℃，然后空冷至室温，即得到铜合金阀门。
5.根据权利要求4所述的一种阀门的制备方法，其特征在于，步骤（3）中，所述阀门模具内刷涂碲粉；所述碲粉用量为基础原料用量的5wt%-10wt%。
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