CN114196852A - 改进型锡磷青铜合金制作工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及锡磷青铜合金生产领域，具体涉及改进型锡磷青铜合金制作工艺，包括如下步骤：步骤一：将紫铜倒入电加热炉中熔化一段时间；步骤二：向电加热炉中掺入大于紫铜质量9％、小于等于紫铜质量14％的精锡冶炼一段时间；步骤三：向电加热炉中掺入大于紫铜质量0.6％、小于等于紫铜质量1.2％的赤磷，继续冶炼一段时间；步骤四：再向电加热炉中倒入紫铜，冶炼一段时间后浇注形成坯件；步骤五：挤压坯件形成致密的锡磷青铜合金。采用本技术方案时，有利于提高锡磷青铜合金耐磨性能、耐高温性能和抗胶合性能。
Description
技术领域
本发明涉及锡磷青铜合金生产领域，具体涉及改进型锡磷青铜合金制作工艺。
背景技术
锡磷青铜合金传统的制作方法为：铸造、粗车、精车，用该方法制作的锡磷青铜合金，硬度和耐高温性能较差，锡磷青铜合金运用于机械设备上后的使用寿命较短，更换频繁，经济成本较高。
为解决锡磷青铜合金硬度和耐高温性能较差的问题，现有技术提供了一种锡磷青铜件的制造方法:先将紫铜放在温度为1250-1300℃的石墨坩埚炉中以焦炭加热的方式在炉中熔化，再加入5-7％的精锡，然后掺入0.2-0.4％的赤磷，将炉盖封闭升温到1300℃，之后将熔液注入到温度为40-60℃的模具中，获得锡磷青铜合金经粗加工后退火再进行重力挤压，最后经精加工获得锡磷青铜件。
利用该制造方法生产的锡磷青铜合金硬度和耐高温性能得到很大程度的提高，但是，由于在熔炼捞渣的过程中打开炉盖后石墨坩埚炉的炉温无法有效控制，加上焦炭的硫化氢侵入熔液后形成的锡磷青铜合金易于产生破裂、砂眼、气孔、针孔、裂纹，渗入的氧化元素，如：锌、铝、镍、铍等容易使锡磷青铜合金硬化、破损，所以生产的锡磷青铜合金的耐磨性能、耐高温性能、抗胶合性能较差，而且使用焦炭加热进行生产成本太高，不利于节约成本支出。
发明内容
本发明的目的在于提供一种有利于提高锡磷青铜合金耐磨性能、耐高温性能和抗胶合性能的工艺，而且该工艺有利于节约成本。
为达到上述目的，本发明的技术方案提供锡磷青铜合金制作工艺，包括如下步骤：
步骤一：将紫铜倒入电加热炉中熔化一段时间；
步骤二：向电加热炉中掺入大于紫铜质量9％、小于等于紫铜质量14％的精锡冶炼一段时间；
步骤三：向电加热炉中掺入大于紫铜质量0.6％、小于等于紫铜质量1.2％的赤磷，继续冶炼一段时间；
步骤四：再向电加热炉中倒入紫铜，冶炼一段时间后浇注形成坯件；
步骤五：挤压坯件形成致密的锡磷青铜合金。
本方案的技术效果是：由于使用电加热炉进行融炼，避免了现有技术在石墨坩埚炉中以焦炭加热无法较好控制炉温的问题，同时也避免了焦炭的硫化氢侵入熔液后形成的锡磷青铜合金易于产生破裂、砂眼、气孔、针孔、裂纹的问题，以及避免了渗入的氧化元素，如：锌、铝、镍、铍等使锡磷青铜合金硬化、破损的问题。
经重庆大学机械传动国家重点实验室实验检测，生产形成的锡磷青铜合金具有优良的耐磨性能、耐高温性能、抗胶合性能，耐高温突破850℃以上，摩擦系数突破0.0085，抗胶合能力有很大突破，在高速高温30小时没有发生胶合现象；即精锡和赤磷加入比例的调整与致密挤压相配合，大幅度提高了铜合金材料的耐高温性能和抗胶合能力，解决了铜合金致命弱点，使铜合金材料的品质上升到一个新的高度。
用焦炭加热熔炼紫铜一晚只能完成一吨，而用电加热炉进行融炼，一晚可完成3.5吨，生产效率大幅提高，而生产成本大幅降低，用焦炭熔炼一吨锡磷青铜合金，需要1.6吨焦炭，一吨焦炭单价3200元，单焦炭消耗就要花费5000多元，而本工艺用电加热炉进行生产，错峰电费一度仅0.22元，电炉生产一吨锡磷青铜合金只需电费1000余元，经济效益明显。
进一步的，电加热炉包括电容控制柜，电容控制柜的功率为220KW，在1200℃恒温。本方案的技术效果是：1200℃恒温在节约经济的前提下能满足紫铜的熔化。
进一步的，步骤二中精锡的软度和纯度均为99.99％。本方案的技术效果是：软度高有利于避免后续挤压损伤，确保合金中有完整的精锡。
进一步的，步骤一中将紫铜倒入电加热炉中熔化20分钟；步骤二中向电加热炉中掺入精锡后冶炼5分钟；步骤三中继续冶炼15分钟；步骤四中冶炼8分钟后浇注形成锡磷青铜合金。本方案的技术效果是：熔化时间比较合适，避免过度熔化造成熔液损失。
进一步的，步骤三中的赤磷用锡箔纸包紧放入电加热炉中。本方案的技术效果是：避免赤磷加入熔液后燃烧。
进一步的，步骤三向电加热炉中掺入赤磷后再掺入紫铜丝剪成的碎节。本方案的技术效果是：便于将赤磷压入电加热炉底部。
进一步的，步骤四中利用三台离心机25分钟完成浇注。本方案的技术效果是：有利于提高浇注效率，避免挥发。
附图说明
图1为本发明坩埚的剖视图。
具体实施方式
下面通过具体实施方式进一步详细说明：
说明书附图中的附图标记包括：坩埚1、冷却水管2。
实施例一：
锡磷青铜合金制作工艺，包括如下步骤：
步骤一：准备一台用电加热的中频熔炼炉，即电加热炉，电加热炉包括型号为KGPS的变频控制柜，即电容控制柜，电容控制柜的功率为220KW，在1200℃恒温，电容控制柜包括MPU-2型恒功率晶闸管中频电源控制板；将100kg紫铜倒入电加热炉中熔化20分钟。
步骤二：向电加热炉中掺入紫铜质量12％，即12kg的精锡冶炼5分钟，其中精锡的软度和纯度均为99.99％。
步骤三：向电加热炉中掺入紫铜质量1％，即1kg的赤磷，然后向电加热炉中掺入100kg紫铜丝剪成的碎节，继续冶炼15分钟，其中赤磷用锡箔纸包紧放入电加热炉中。
步骤四：再向电加热炉中倒入100kg紫铜，冶炼8分钟后通过三台离心机25分钟浇注形成坯件。
步骤五：通过油压机挤压坯件形成致密的锡磷青铜合金，坯件的体积为形成锡磷青铜合金的2.5倍，即在2.5倍的倍比挤压下，坯件形成锡磷青铜合金。
实施例二：
与实施例一不同的是：步骤二中向电加热炉中掺入大于紫铜质量9％，即9.1kg(9.1％)的精锡；步骤三中向电加热炉中掺入大于紫铜质量0.6％，即0.61kg(0.61％)的赤磷。
实施例三：
与实施例一不同的是：步骤二中向电加热炉中掺入紫铜质量14％，即14kg的精锡；步骤三中向电加热炉中掺入紫铜质量1.2％，即1.2kg的赤磷。
实施例四：
与实施例一、二、三不同的是，先将紫铜放在温度为1300℃的石墨坩埚炉中以焦炭加热的方式在炉中熔化，再加入6％的精锡，然后掺入0.3％的赤磷，将炉盖封闭升温到1300℃，之后将熔液注入到温度为50℃的模具中。
实施例五：
与实施例一、二、三不同的是，步骤二中向电加热炉中掺入精锡的比例为8.5％；步骤三中向电加热炉中掺入赤磷的比例为0.55％。
下表为上述各实施例制作的锡磷青铜合金的性能参数：
| 耐高温性能 | 摩擦系数 | 抗胶合时间 | 布氏硬度 | 抗拉强度 | |
| 实施例一 | 850℃ | 0.00850 | 30h | 270HBS | 260MPa |
| 实施例二 | 830℃ | 0.00875 | 26h | 265HBS | 265MPa |
| 实施例三 | 840℃ | 0.00854 | 27h | 270HBS | 275MPa |
| 实施例四 | 216℃ | 0.00965 | 8h | 200HBS | 250MPa |
| 实施例五 | 800℃ | 0.00965 | 24h | 250HBS | 260MPa |
由上表可知：本申请生产形成的锡磷青铜合金具有优良的耐磨性能、耐高温性能、抗胶合性能，耐高温突破850℃以上，摩擦系数突破0.00850，抗胶合能力有很大突破，在高速高温下30h小时没有发生胶合现象，大幅度提高了铜合金材料的耐高温性能和抗胶合能力；即目前的工艺改进很难在实施例五的基础上突破相关性能，本方案通过改变精锡和赤磷的加入比例，有效排除了合金中的杂质，在挤压的过程中无需对坯件进行加热也不会造成破裂，而且加工锡磷青铜合金的致密程度更高，在2.5倍的倍比(坯件的体积为形成锡磷青铜合金的2.5倍)挤压下，锡磷青铜合金的比重由现有的8.82增加至了8.9，有效地提高了铜合金材料的耐高温性能、抗胶合能力、布氏硬度和抗拉强度，使铜合金材料的品质上升到了一个新的高度。
实施例六：
在实施例一的基础上，电加热炉还包括如图1所示的坩埚1，坩埚1外包覆有石英砂，石英砂外螺旋盘绕有冷却水管2，冷却水管2中的水有利于对晶闸管进行降温。
以上所述的仅是本发明的实施例，方案中公知的具体结构及特性等常识在此未作过多描述。应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明结构的前提下，还可以作出若干变形和改进，这些也应该视为本发明的保护范围，这些都不会影响本发明实施的效果和专利的实用性。
Claims (7)
1.改进型锡磷青铜合金制作工艺，其特征在于：包括如下步骤：
步骤一：将紫铜倒入电加热炉中熔化一段时间；
步骤二：向电加热炉中掺入大于紫铜质量9％、小于等于紫铜质量14％的精锡冶炼一段时间；
步骤三：向电加热炉中掺入大于紫铜质量0.6％、小于等于紫铜质量1.2％的赤磷，继续冶炼一段时间；
步骤四：再向电加热炉中倒入紫铜，冶炼一段时间后浇注形成坯件；
步骤五：挤压坯件形成致密的锡磷青铜合金。
2.根据权利要求1所述的改进型锡磷青铜合金制作工艺，其特征在于：电加热炉包括电容控制柜，电容控制柜的功率为220KW，在1200℃恒温。
3.根据权利要求2所述的改进型锡磷青铜合金制作工艺，其特征在于：步骤二中精锡的软度和纯度均为99.99％。
4.根据权利要求3所述的改进型锡磷青铜合金制作工艺，其特征在于：步骤一中将紫铜倒入电加热炉中熔化20分钟；步骤二中向电加热炉中掺入精锡后冶炼5分钟；步骤三中继续冶炼15分钟；步骤四中冶炼8分钟后浇注形成锡磷青铜合金。
5.根据权利要求4所述的改进型锡磷青铜合金制作工艺，其特征在于：步骤三中的赤磷用锡箔纸包紧放入电加热炉中。
6.根据权利要求5所述的改进型锡磷青铜合金制作工艺，其特征在于：步骤三向电加热炉中掺入赤磷后再掺入紫铜丝剪成的碎节。
7.根据权利要求6所述的改进型锡磷青铜合金制作工艺，其特征在于：步骤四中利用三台离心机25分钟完成浇注。
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