專利名稱：一種二元鋁青銅線材連續定向凝固制備方法
技術領域：
本發明屬于有色金屬新材料制備技術領域，特別是提供了一種二元鋁青銅線材連續定向凝固制備方法。
背景技術：
二元鋁青銅具有優異的物理、力學性能和耐蝕性能，在民用和軍用工業中具有十分重要的作用[Callcut V A.Aluminum bronze for industrial use.Metals andMaterials，1989，5(3)128～132；徐建林，等.鋁青銅合金的研究與應用進展.有色金屬，2004，56(4)51～55]。但二元鋁青銅在熔煉過程中吸氣嚴重，鑄造時由于體收縮率大造成縮孔傾向大，且高鋁含量的二元鋁青銅塑性加工性能差，致使鋁青銅產品制備加工工序復雜、成材率低、成本高，嚴重制約了其進一步應用。
連續定向凝固技術[大野篤美，《日本金屬學會會報》，1984，23(9)773]是定向凝固技術和連鑄技術相結合而發展起來的一種近終形、短流程的材料制備技術，包括下拉法、水平連鑄法或上引法[見劉興軍，辛平，謝建新等編，首屆留日中國學者21世紀材料科學技術研討會論文集(東京)，p.109～117，冶金工業出版社，2000.10]。它將傳統連鑄的冷卻鑄型改為加熱鑄型，在凝固金屬和未凝固熔體中建立起沿拉坯方向的溫度梯度，使其具備定向凝固條件，從而獲得具有單向凝固的柱狀晶甚至單晶組織的產品。另外，連續定向凝固技術可以獲得表面光亮的鑄造制品，并且大幅度提高材料的塑性加工性能。
發明內容
本發明的目的在于提供一種二元鋁青銅線材連續定向凝固制備方法，解決了常規制備二元鋁青銅線材方法工藝復雜，產品質量與性能難以滿足使用要求等問題，開發出一種二元鋁青銅線材連續定向凝固制備方法，該方法工藝簡單，可以制備φ20mm以下的線材。線材具有單晶組織或連續柱狀晶組織，柱狀晶直徑在1～3mm之間。
本發明采用連續定向凝固方法制備出具有單晶組織或沿長度方向連續的柱狀晶組織的鋁青銅線材，工藝為將二元鋁青銅鑄錠或無氧銅和純鋁在1150～1300℃下熔化，連續定向凝固拉坯速度為1～200mm/min，冷卻水量為100～1300L/h，冷卻水溫度為20～28℃，真空度為0.1～1Pa，制出直徑5～20mm鋁青銅線材。連續定向凝固方法可以是下拉法、水平連鑄法或上引法。
本發明的優點在于1、采用連續定向凝固法制備二元鋁青銅線材，其內部為單晶組織或沿線材長度方向連續的柱狀晶組織，因而具有比相同外徑的普通多晶線材具有更優秀的冷加工變形能力，力學性能和物理性能顯著提高。
2、采用連續定向凝固制備二元鋁青銅線材，其拉坯速度最大可以達到150～200mm/min，適合于批量工業生產。
具體實施例方式
實施例1直徑為φ6mm的Cu-12wt％Al二元鋁青銅線材。采用銅含量為99.9％的無氧銅和鋁含量為99.9％的純鋁為原料，其中鋁含量的質量分數為12％。首先將無氧銅和純鋁在1300℃下熔化，在冷卻水量為1300L/h，冷卻水溫度為28℃，真空度為0.1Pa時，采用下拉法在連續定向凝固設備上以50mm/min的拉坯速度制備出φ6mm的線材。所制備的線材內部為單晶組織。
實施例2直徑為φ6mm的Cu-7.3wt％Al二元鋁青銅線材。采用銅含量為99.9％的無氧銅和鋁含量為99.9％的純鋁為原料，其中鋁含量的質量分數為7.3％。首先將無氧銅和純鋁在1250℃下熔化，在冷卻水量為900L/h，冷卻水溫度為20℃，真空度為0.2Pa時，采用下拉法在連續定向凝固設備上以100mm/min的拉坯速度制備出φ6mm的線材。所制備的線材內部為連續柱狀晶組織，柱狀晶的直徑為1～3mm左右。
對以上實施例連續定向凝固制備的二元鋁青銅線材進行力學性能試驗，在MTS材料試驗機上測試，拉伸試樣按照GB/T 228-2002標準加工(取比例系數為5.65)；采用測彈性波波速法進行二元鋁青銅線材彈性模量的測量，測量儀器主要有TEK tronix 2430A DIGITAL OSCILLOSCOPE示波器以及一臺計算機控制的聲波發射和接受儀，測試試樣為φ5mm×50mm的兩端平整光潔的圓棒；導電性能測試所用的設備為HZ2522型數字靈敏微歐表(精度可達10-5Ω)，按照GB/T 3048.44-1994試驗方法，測量導體的直流電阻，再由電阻值計算出相應的電導率。試驗結果如表1所示。
表1
權利要求
1.一種二元鋁青銅線材連續定向凝固制備方法，其特征在于采用連續定向凝固方法制備出具有單晶組織或沿長度方向連續的柱狀晶組織的二元鋁青銅線材，工藝為將二元鋁青銅鑄錠或無氧銅和純鋁在1150～1300℃下熔化，連續定向凝固拉坯速度為1～200mm/min，冷卻水量為100～1300L/h，冷卻水溫度為20～28℃，真空度為0.1～1Pa，制出直徑5～20mm鋁青銅線材。
2.按照權利要求1所述的二元鋁青銅線材連續定向凝固制備方法，其特征在于連續定向凝固方法采用下拉法、水平連鑄法或上引法中的任何一種。
全文摘要
本發明提供一種二元鋁青銅線材連續定向凝固制備方法，屬于有色金屬新材料制備技術領域。采用連續定向凝固方法制備出具有單晶組織或沿長度方向連續的柱狀晶組織的二元鋁青銅線材，工藝為將二元鋁青銅鑄錠或無氧銅和純鋁在1150～1300℃下熔化，連續定向凝固拉坯速度為1～200mm/min，冷卻水量為100～1300L/h，冷卻水溫度為20～28℃，真空度為0.1～1Pa，制出直徑5～20mm鋁青銅線材。本發明的優點為采用連續定向凝固方法制備的具有連續柱狀晶組織或單晶組織的二元鋁青銅線材，其冷加工延伸變形能力優秀，力學性能和物理性能顯著提高。
文檔編號B22D11/00GK1792500SQ200610011120
公開日2006年6月28日 申請日期2006年1月6日 優先權日2006年1月6日
發明者劉雪峰, 謝建新, 季燈平, 余均武 申請人:北京科技大學