CN115213586A - 一种耐磨耐腐蚀的锰铝青铜焊丝及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于铜合金焊丝技术领域,具体涉及一种耐磨耐腐蚀的锰铝青铜焊丝及其制备方法。耐磨耐腐蚀的锰铝青铜焊丝,由以下质量百分比的组分组成:Mn:7‑12%,Al:6‑9%,Fe:1.5‑3%,Ni:1.5‑3%,Si:0.05‑0.1%,Zn:0.05‑0.1%,余量为杂质和Cu。高耐磨耐蚀锰铝青铜焊丝的制备方法,其步骤包括:配料,合金化,上引连铸,连续挤压,连拉连退,刮削,精拉,超声清洗,漂洗烘干等。本发明的铝青铜焊丝产量高,成本低,性能好,质量高。本发明的焊丝用于煤炭机械液压油缸的表面修复,提高了其使用寿命。

Description

一种耐磨耐腐蚀的锰铝青铜焊丝及其制备方法
技术领域
本发明属于铜合金焊丝技术领域,具体涉及一种耐磨耐腐蚀的锰铝青铜焊丝及其制备方法。
背景技术
在煤炭工业设备领域中,液压支架底缸因其独特的工况和应用领域,需要缸体具有在煤屑硬质颗粒的磨损,液压油份的腐蚀情况下保证缸体的密封性和升压能力。从而高耐磨,耐蚀锰铝青铜因其耐磨,防腐效果等显著的特点被广泛用于内壁熔铜的再制造工艺。节省了制造成本。
焊丝是作为填充金属或同时作为导电用的金属丝焊接材料。在气焊和钨极气体保护电弧焊时,焊丝用作填充金属;在埋弧焊、电渣焊和其他熔化极气体保护电弧焊时,焊丝既是填充金属,同时焊丝也是导电电极。
专利《一种复杂锰铝青铜焊丝的配方及生产工艺》,申请公布号:CN 109514128A;锰铝青铜焊丝生产工艺:配料、熔炼、保温、水平连铸、拉拔和退火、扒皮和成品拉拔、桶装、层绕、校直切断、大木轴、检验、包装入库。制备的锰铝青铜焊丝堆焊层布氏硬度为HB200-HB250,抗拉强度为550-650MPa,该锰铝青铜焊丝制备工艺流程生产周期较长。其采用水平连铸,不利于杂质的去除,反复拉拔退火生产成本较高,且造成焊丝表面氧化严重,内壁熔铜后焊件表面发黑严重。
专利《一种耐腐蚀高锰铝青铜合金及其制备方法》,申请公布号CN 113584343 A;高锰铝青铜合金制备工艺:原料配比、半连续铸造、热挤压、反复拉伸、在线退火、成品。制备的高锰铝青铜丝材抗拉强度≥900MPa,屈服强度≥700MPa,延伸率≥2%,硬度HV≥240,在pH值=3的酸性气氛环境下120h不发生腐蚀,但是其生产成本较高,生产过程不连续,拉伸过程中加工率较高断线严重,生产效率低,熔敷后焊件表面发黑严重,甚至车削后有气孔产生。
发明内容
本发明为针对以上问题和技术上的不足,提供一种耐磨耐腐蚀的锰铝青铜焊丝的制备方法,包括如下步骤:
S1:将金属铁、金属镍和金属铜熔化,得到第一混合金属;
S2:向所述第一混合金属中加入中间合金和剩余的金属铜,熔化后保温,得到合金熔体;
S3:将所述合金熔体进行上引连铸后连续挤压,得到杆坯;
S4:将所述杆坯进行连拉连退后低温退火处理,得到半成品线材;
S5:将所述半成品线材刮削,精拉,除杂得到所述耐磨耐腐蚀的锰铝青铜焊丝;
所述耐磨耐腐蚀的锰铝青铜焊丝,由以下质量百分比的组分组成:
Mn:7-12%,Al:6-9%,Fe:1.5-3%,Ni:1.5-3%,Si:0.05-0.1%,Zn:0.05-0.1%,余量为Cu和其他不可避免的杂质。
优选的,所述步骤S1中,熔化的温度为1200-1300℃。
优选的,所述步骤S2中,熔化的温度为1100-1140℃。
优选的,所述步骤S2中,保温的温度为1160-1200℃,时间为20-40min。
优选的,所述中间合金为锌锭、铜锰35中间合金、铜铝50中间合金和铝硅20中间合金。
所述熔炼在单独的熔炼炉内进行,减少了杂质的引入。增加了上引连铸的连续性,提高了产量。合金料加入顺序为:先高熔点的铁和镍,后低熔点的中间合金铜锰,铜铝,铝硅和锌。避免了低熔点合金元素的烧损和熔体过热。
优选的,所述步骤S3中,上引连铸的上引速度为800-1200mm/min,上引节距为3-5mm;上引连铸后得到的连铸杆的直径为11-13mm。
优选的,所述步骤S3中,连续挤压的温度为700-850℃,转速大于8r/min。
优选的,所述步骤S4中,连拉连退温度为700-850℃;采用水冷进行冷却。
优选的,所述步骤S4中,低温退火温度为450-600℃,时间为1-3h;采用空冷进行冷却。
优选的,所述步骤S5中,精拉前采用双模刮削模式去除焊丝表面氧化层及有机物,精拉得到成品焊材的尺寸和精度。
优选的,所述步骤S5中,除杂的方法为:将精拉后的半成品线材超声清洗,漂洗烘干后喷淋涂覆涂覆油用来去除焊丝表面的油污。
具体的,所述步骤S5中,除杂的方法为:精拉后的焊丝进行超声清洗,漂洗烘干,涂覆去除焊丝表面因精拉产生的油污,得到所要求的焊丝表面质量标准,之后进行桶装收线。
本发明还提供一种上述制备方法制备得到的耐磨耐腐蚀的锰铝青铜焊丝。
优选的,所述锰铝青铜焊丝中,Fe和Ni的质量比为1:1-2,Si和Zn的质量比为1:1-2。
本发明的技术方案相比现有技术具有以下优点:
1、合金成分的调控优化了连铸杆挤压性能和焊丝半成品拉拔的连续性,使焊丝熔敷后焊道更加平整呈鱼脊状美观。
2、熔炼过程采用单独熔化的方式,可连续生产,增加了产量,每班平均生产大于5吨。
3、采用连续挤压的方式生产8mm盘杆,增加了材料的组织均匀性,使合金中的α相,β相更加的细小和破碎,并且通过连续挤压的方式消除了上引连铸杆表层组织的疏松,偏析,和微小空洞等缺陷。
4、本发明所述连拉连退后的低温退火处理,使焊丝中的γ2相均匀弥散的分布于α相,β相上,使焊丝的抗拉强度大于750Mpa,焊接过程中保证了焊丝的送丝性能。
5、增加的超声清洗、漂洗烘干、涂覆工艺解决了焊丝表面油污黏着,氧化物等,使焊丝在内壁熔铜后表面呈光亮色,解决了飞溅和发黑的问题。
6、本发明通过成分的调控和热处理的结合,使焊丝在熔敷后的硬度范围在180-240HV之间,解决了因硬度小于180HV造成的不合格,和硬度大于240HV造成客户在镗磨工序崩刀的现象。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步说明,以使本领域的技术人员可以更好地理解本发明并能予以实施,但所举实施例不作为对本发明的限定。
实施例1
将金属铁、金属镍和金属铜1250℃熔化,加入中间合金和剩余的金属铜,1120℃熔化后于1180℃保温30min,得到合金熔体;避免了低熔点合金元素的烧损和熔体过热。
将合金熔体以1000mm/min的上引速度上引节距为4mm进行上引连铸,得到直径为12mm的连铸杆,然后800℃进行连续挤压,转速大于8r/min,得到杆坯。
将杆坯800℃进行连拉连退,水冷至500℃低温退火处理2h,空冷得到半成品线材。
将半成品线材采用双模刮削模式去除焊丝表面氧化层及有机物,精拉得到成品焊材的尺寸和精度。然后精拉,精拉后的焊丝进行超声清洗,漂洗烘干,喷淋涂覆涂涂覆油去除焊丝表面因精拉产生的油污,得到所要求的焊丝表面质量标准,之后进行桶装收线,得到耐磨耐腐蚀的锰铝青铜焊丝。
制备得到的锰铝青铜焊丝的元素含量见表1。
实施例2
步骤与实施例1相同,区别在于锰铝青铜焊丝的各元素含量不同,具体元素含量见表1。
实施例3
步骤与实施例1相同,区别在于锰铝青铜焊丝的各元素含量不同,具体元素含量见表1。
实施例4
将金属铁、金属镍和金属铜1200℃熔化,加入中间合金和剩余的金属铜,1100℃熔化后于1160℃保温20-40min,得到合金熔体;避免了低熔点合金元素的烧损和熔体过热。
将合金熔体以800mm/min的上引速度上引节距为3mm进行上引连铸,得到直径为11mm的连铸杆,然后700℃进行连续挤压,转速大于8r/min,得到杆坯。
将杆坯700℃进行连拉连退,水冷至450℃低温退火处理1h,空冷得到半成品线材。
将半成品线材采用双模刮削模式去除焊丝表面氧化层及有机物,精拉得到成品焊材的尺寸和精度。然后精拉,精拉后的焊丝进行超声清洗,漂洗烘干,喷淋涂覆涂涂覆油去除焊丝表面因精拉产生的油污,得到所要求的焊丝表面质量标准,之后进行桶装收线,得到耐磨耐腐蚀的锰铝青铜焊丝。
实施例5
将金属铁、金属镍和金属铜1300℃熔化,加入中间合金和剩余的金属铜,1140℃熔化后于1200℃保温20-40min,得到合金熔体;避免了低熔点合金元素的烧损和熔体过热。
将合金熔体以1200mm/min的上引速度上引节距为5mm进行上引连铸,得到直径为13mm的连铸杆,然后850℃进行连续挤压,转速大于8r/min,得到杆坯。
将杆坯850℃进行连拉连退,水冷至600℃低温退火处理3h,空冷得到半成品线材。
将半成品线材采用双模刮削模式去除焊丝表面氧化层及有机物,精拉得到成品焊材的尺寸和精度。然后精拉,精拉后的焊丝进行超声清洗,漂洗烘干,喷淋涂覆涂涂覆油去除焊丝表面因精拉产生的油污,得到所要求的焊丝表面质量标准,之后进行桶装收线,得到耐磨耐腐蚀的锰铝青铜焊丝。
实施例6
将金属铁、金属镍和金属铜1200℃熔化,加入中间合金和剩余的金属铜,1140℃熔化后于1200℃保温20-40min,得到合金熔体;避免了低熔点合金元素的烧损和熔体过热。
将合金熔体以1200mm/min的上引速度上引节距为3mm进行上引连铸,得到直径为11mm的连铸杆,然后850℃进行连续挤压,转速大于8r/min,得到杆坯。
将杆坯700℃进行连拉连退,水冷至600℃低温退火处理1h,空冷得到半成品线材。
将半成品线材采用双模刮削模式去除焊丝表面氧化层及有机物,精拉得到成品焊材的尺寸和精度。然后精拉,精拉后的焊丝进行超声清洗,漂洗烘干,喷淋涂覆涂涂覆油去除焊丝表面因精拉产生的油污,得到所要求的焊丝表面质量标准,之后进行桶装收线,得到耐磨耐腐蚀的锰铝青铜焊丝。
实施例7
将金属铁、金属镍和金属铜1300℃熔化,加入中间合金和剩余的金属铜,1100℃熔化后于1200℃保温20-40min,得到合金熔体;避免了低熔点合金元素的烧损和熔体过热。
将合金熔体以80mm/min的上引速度上引节距为5mm进行上引连铸,得到直径为11mm的连铸杆,然后850℃进行连续挤压,转速大于8r/min,得到杆坯。
将杆坯700℃进行连拉连退,水冷至600℃低温退火处理1h,空冷得到半成品线材。
将半成品线材采用双模刮削模式去除焊丝表面氧化层及有机物,精拉得到成品焊材的尺寸和精度。然后精拉,精拉后的焊丝进行超声清洗,漂洗烘干,喷淋涂覆涂涂覆油去除焊丝表面因精拉产生的油污,得到所要求的焊丝表面质量标准,之后进行桶装收线,得到耐磨耐腐蚀的锰铝青铜焊丝。
效果评价
对制备得到的焊丝进行硬度,抗拉强度,伸长率,表面堆焊硬度和盐雾腐蚀测试。
室温拉伸试验按照GB/T 228.1-2010《金属材料拉伸试验第1部分:室温试验方法》在电子万能试验机上进行,拉伸速度为2mm/min。
硬度试验按照GB/T 4340.1-2009《金属材料维氏硬度试验第1部分:试验方法》测得三组实施例的性能指标。
耐腐蚀试验按照GB/T 10125-2016《人造气氛腐蚀试验盐雾试验》CASS试验,在pH值=3的乙酸气氛中进行120h试验。
各实施例及对比例合金的成分及性能测试结果分别见表1和表2。
表1各实施例中元素含量分析表
Figure BDA0003809322850000051
表2各实施例的性能分析表
Figure BDA0003809322850000052
Figure BDA0003809322850000061
本发明技术效果在于上引连铸增加连续挤压工艺比水平连铸制得的杆坯组织更加均匀,缺陷更少,便于后续精加工。相比与热挤压法生产速度更快,产量更高,可连续生产。本发明的焊丝性能更加优益,在熔敷后效果优于其他两者且成本低,产量大。
显然,上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例,并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说,在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。

Claims (10)

1.一种耐磨耐腐蚀的锰铝青铜焊丝的制备方法,其特征在于,包括如下步骤:
S1:将金属铁、金属镍和金属铜熔化,得到第一混合金属;
S2:向所述第一混合金属中加入中间合金和剩余的金属铜,熔化后保温,得到合金熔体;
S3:将所述合金熔体进行上引连铸后连续挤压,得到杆坯;
S4:将所述杆坯进行连拉连退后低温退火处理,得到半成品线材;
S5:将所述半成品线材刮削,精拉,除杂得到所述耐磨耐腐蚀的锰铝青铜焊丝;
所述耐磨耐腐蚀的锰铝青铜焊丝,由以下质量百分比的组分组成:
Mn:7-12%,Al:6-9%,Fe:1.5-3%,Ni:1.5-3%,Si:0.05-0.1%,Zn:0.05-0.1%,余量为Cu和其他不可避免的杂质。
2.如权利要求1所述的制备方法,其特征在于,所述步骤S1中,熔化的温度为1200-1300℃。
3.如权利要求1所述的制备方法,其特征在于,所述步骤S2中,熔化的温度为1100-1140℃。
4.如权利要求1所述的制备方法,其特征在于,所述步骤S2中,保温的温度为1160-1200℃,时间为20-40min。
5.如权利要求1所述的制备方法,其特征在于,所述步骤S3中,上引连铸的上引速度为800-1200mm/min,上引节距为3-5mm;上引连铸后得到的连铸杆的直径为11-13mm。
6.如权利要求1所述的制备方法,其特征在于,所述步骤S4中,连拉连退的温度为700-850℃。
7.如权利要求1所述的制备方法,其特征在于,所述步骤S4中,低温退火的温度为450-600℃,时间为1-3h。
8.如权利要求1所述的制备方法,其特征在于,所述步骤S5中,除杂的方法为:将精拉后的半成品线材超声清洗,漂洗烘干后喷淋涂覆油。
9.一种权利要求1-8中任一项所述制备方法制备得到的耐磨耐腐蚀的锰铝青铜焊丝。
10.如权利要求9所述的耐磨耐腐蚀的锰铝青铜焊丝,其特征在于,所述锰铝青铜焊丝中,Fe和Ni的质量比为1:1-2,Si和Zn的质量比为1:1-2。
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