一種高強度耐磨復(fù)雜銅合金及其制備方法
【專利摘要】一種高強度耐磨復(fù)雜銅合金材料及其制備方法，其組分重量百分比如下：Cu--63～66；Al--4.5～6.0；Mn--7.0～8.5；Si--?1.0～2.0；Fe--0.5～1.5；Pb--0.3～0.8；Ni--＜0.5；Sn--＜0.5；Zn?余量。其優(yōu)點是：該材料具有良好的綜合機械性能，加工的齒環(huán)磨耗性能優(yōu)異，材料制作成本相對較低；金屬Al增強材料基體的強度；金屬Mn、Si形成高硬度耐磨的Mn5Si3強化相，提高耐磨性能；金屬Pb有效改善鑄造黃銅的切削加工性能，提高耐磨性；四元中間合金通過合金化，合金熔點低于其中高熔點元素熔點，提高熔化效率。
【專利說明】一種高強度耐磨復(fù)雜銅合金及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及金屬冶煉【技術(shù)領(lǐng)域】，具體的說是一種高強度耐磨復(fù)雜銅合金及其制造方法。
【背景技術(shù)】
[0002]同步器齒環(huán)是汽車變速箱中變速用的一個汽車零部件，一般情況下材料為銅合金。但目前使用的多元復(fù)雜銅合金材料要么耐磨性較好，要么機械性能較優(yōu)，或者耐磨性能和機械性能都比較優(yōu)異但材料和制造成本比較高，缺乏一種綜合性能都比較好而且成本較低材料。
[0003]同步器行業(yè)在追求銅合金齒環(huán)材料綜合性能更加優(yōu)異的發(fā)展之路中，來自成本的壓力越趨明顯，與市場對價格的要求背道而馳。迫切需要開發(fā)出一種成本相對低廉但同時具有優(yōu)異機械性能和耐磨耗性能的銅合金材料，滿足變速過程中的同步環(huán)齒輪嚙合部位耐沖擊、齒環(huán)摩擦面耐磨的多重性能要求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的在于提供一種機械性能優(yōu)異，同時磨耗性能也比較優(yōu)良，材料成本相對較低的復(fù)雜黃銅材料及制造方法。
[0005]一種高強度耐磨復(fù)雜銅合金材料，其組分重量百分比如下:
Cu 63.0 ?66.0
Al 4.5 ?6.0 Mn 7.0 ?8.5 Si 1.0 ?2.0 Fe 0.5 ?1.5 Pb 0.3 ?0.8 Ni < 0.5 Sn < 0.5 Zn余量。
[0006]本高強度耐磨銅合金機械性能的抗拉強度為700MPa，延伸率為8%。
[0007]本高強度耐磨銅合金的單體磨耗性能可以控制在0.3mm以內(nèi)。
[0008]一種高強度耐磨復(fù)雜銅合金材料的制備方法，其步驟如下:
①分別準(zhǔn)備Cu、Zn、Pb及制備四元中間合金備用；
②將爐膛清理干凈，先加入200kg左右FM6405屑料及冰晶石進(jìn)行熔化，再加入四元中間合金40?50kg、電解銅銅板70?100kg，升溫熔煉，繼續(xù)加入成型FM6405回爐料；
③上述材料熔化后，加冰晶石除渣一次；
④每20?30分鐘加入200?300kgFM6405屑料，每次加屑料時加入冰晶石及成型FM6405回爐料，升溫熔煉，沸騰2分鐘左右；⑤撈凈浮洛后加木炭覆蓋，加入電解銅銅板70?100kg,然后加入Zn30?60kg、加入Pb不多2.4kg，繼續(xù)升溫熔化；
⑥材料全部熔化完后，升溫沸騰2?3分鐘，加入冰晶石，靜置5?10分鐘，除渣，除渣后加木炭覆蓋；
⑦升溫到1130°C以上，靜置5?10分鐘，取樣，調(diào)整成分，直至各元素在材料規(guī)定的管理幅范圍內(nèi)，成分合格；
⑧調(diào)整溫度至1130?1180°C，進(jìn)行半連續(xù)鑄造生產(chǎn)出鑄錠；
⑨將步驟⑧所得鑄錠切斷至一定長度擠壓錠，熱擠壓到所需規(guī)格管材。
[0009]所述四元中間合金，其組份重量百分比如下:
Al 32.0% ?36.0%
Mn 48.0% ?53.0%
Si 8.0% ?11.0%
Fe 5.0% ?7.0%
所述四元中間合金的制備方法，其步驟如下:
I)先放1/4?1/3的鋁(Al)到爐內(nèi)，周圍放鐵(Fe)塊或邊角余料。
[0010]2)升溫熔化，待鋁.(Al)、鐵(Fe)全部熔化后，放入剩余1/2的鋁(Al)錠，周圍放硅
(Si)，升溫熔化；
3)硅(Si)熔化后，升溫，待溶液顏色變淺后，加入金屬錳(Mn)，邊加Mn邊加入助熔劑；
4)當(dāng)錳(Mn)熔化后加入剩余鋁(Al)錠進(jìn)行熔化；
5)待全部熔化后，保溫15?25min，保溫溫度保持在1200?1350°C之間，保證高熔點金屬能全部熔化；然后靜置，攪拌除渣；
6)準(zhǔn)備澆注及澆注中間合金錠。
[0011]所述步驟⑶中的助熔劑加入比例為每次加錳(Mn)的1%。
[0012]本發(fā)明一種高強度耐磨復(fù)雜銅合金材料及其制備方法的優(yōu)點是:該材料具有良好的綜合機械性能，加工的齒環(huán)磨耗性能優(yōu)異，材料制作成本相對較低；金屬Al增強材料基體的強度；金屬Mn、Si形成高硬度耐磨的Mn5Si3強化相,提高耐磨性能；金屬Pb有效改善鑄造黃銅的切削加工性能，提高耐磨性；四元中間合金通過合金化降低其中高熔點元素熔點提高熔化效率。
【具體實施方式】
[0013]實施例一
一種高強度耐磨復(fù)雜銅合金材料，其組分重量百分比如下:
Cu63%
Pb0.3%
四元中間合金15.5%
Zn21.2% ο
[0014]所述四元中間合金，其組份重量百分比如下:Al 32.0%
Mn 53.0%Si 8.0%
Fe 7.0%
所述四元中間合金的制備方法，其步驟如下:
I)先放大約35Kg的鋁(Al)到爐內(nèi)，周圍放鐵(Fe)塊或邊角余料28Kg。
[0015]2)升溫熔化，待鋁(Al)、鐵(Fe)全部熔化后，放入大約46Kg的鋁(Al)錠，周圍放硅(Si) (32Kg分3次加入)，升溫熔化；
3)硅(Si)熔化后，升溫，待溶液顏色變淺后，加入金屬錳(Mn)，212Kg錳大約分4次加入，每次同時加入0.55Kg助熔劑；
4)當(dāng)錳(Mn)熔化后加入剩余47Kg鋁(Al)錠進(jìn)行熔化；
5)待全部熔化后，保溫15?25min，保溫溫度保持在1200?1350°C之間，保證高熔點金屬能全部熔化；然后靜置，攪拌除渣；
6)準(zhǔn)備澆注及澆注中間合金錠。
[0016]一種高強度耐磨復(fù)雜銅合金材料的制備方法，其步驟如下:
①分別準(zhǔn)備Cu、Zn、Pb及制備四元中間合金備用；
②將爐膛清理干凈，先加入約200Kg屑料及助熔劑熔化，再加入四元中間合金、Cu等，升溫熔煉，繼續(xù)加入成型回爐料；
③上述材料熔化后，加精煉 劑除渣一次；
④繼續(xù)加剩余的屑料(每加IOOKg屑料加0.5Kg助熔劑)及成型回爐料(預(yù)留IOOKg左右降溫)，升溫熔煉，沸騰2分鐘左右；
⑤撈凈浮渣后加木炭覆蓋，加降溫料，然后加入Zn、Pb等材料，繼續(xù)升溫熔化；
⑥材料全部熔化完后，升溫沸騰2?3分鐘，加入精煉劑攪拌，靜置8分鐘左右之后除洛，除洛后加木炭覆蓋；
⑦升溫到1130°C以上，靜置5分鐘左右，取樣，調(diào)整成分，直至各元素在材料規(guī)定的管理幅范圍內(nèi)，成分合格；
⑧調(diào)整溫度至1130?1180°C，半連續(xù)鑄造生產(chǎn)鑄錠；
⑨將步驟⑧所得鑄錠切斷至一定長度擠壓錠，熱擠壓生產(chǎn)所需規(guī)格管材。
[0017]實施例二
一種高強度耐磨復(fù)雜銅合金材料，其組分重量百分比如下:
Cu66%
Pb0.8%
四元中間合金15.5%
Zn17.7%。
[0018]所述四元中間合金，其組份重量百分比如下:
Al 36.0%
Mn 48.0%
Si 11.0%
Fe 5.0%
所述四元中間合金的制備方法，其步驟如下:
I)先放大約44Kg的鋁(Al)到爐內(nèi)，周圍放鐵(Fe)塊或邊角余料20Kg。[0019]2)升溫熔化，待鋁(Al)、鐵(Fe)全部熔化后，放入大約50Kg的鋁(Al)錠，周圍放硅(Si) (44Kg分4次加入)，升溫熔化;
3)硅(Si)熔化后，升溫，待溶液顏色變淺后，加入金屬錳(Mn)，192Kg錳大約分四次加入，每次同時加入0.5Kg助熔劑；
4)當(dāng)錳(Mn)熔化后加入剩余50Kg鋁(Al)錠進(jìn)行熔化；
5)待全部熔化后，保溫15?25min，保溫溫度保持在1200?1350°C之間，保證高熔點金屬能全部熔化；然后靜置，攪拌除渣；
6)準(zhǔn)備澆注及澆注中間合金錠。
[0020]一種高強度耐磨復(fù)雜銅合金材料的制備方法，其步驟如下:
①分別準(zhǔn)備Cu、Zn、Pb及制備四元中間合金備用；
②將爐膛清理干凈，先加入約200Kg屑料及IKg冰晶石熔化，再加入四元中間合金、Cu等，升溫熔煉，繼續(xù)加入成型回爐料；
③上述材料熔化后，加精煉劑除渣一次；
④繼續(xù)加剩余的屑料(每加IOOKg屑料加0.5Kg冰晶石)及成型回爐料(預(yù)留IOOKg左右降溫)，升溫熔煉，沸騰2分鐘左右；
⑤撈凈浮渣后加木炭覆蓋，加降溫料，然后加入Zn、Pb等材料，繼續(xù)升溫熔化；
⑥材料全部熔化完后，升溫沸騰2?3分鐘，加入2?3Kg冰晶石攪拌，靜置8分鐘左右，除洛，除洛后加木炭覆蓋；
⑦升溫到1130°C以上，靜置5分鐘左右，取樣，調(diào)整成分，直至各元素在材料規(guī)定的管理幅范圍內(nèi)，成分合格；
⑧調(diào)整溫度至1130?1180°C，半連續(xù)鑄造生產(chǎn)鑄錠；
⑨將步驟⑧所得鑄錠切斷至一定長度擠壓錠，熱擠壓生產(chǎn)所需規(guī)格管材。
[0021]實施例三
一種高強度耐磨復(fù)雜銅合金材料，其組分重量百分比如下:
Cu65%
Pb0.5%
四元中間合金15.5%
Zn19%。
[0022]所述四元中間合金，其組份重量百分比如下:
Al 34.0%
Mn 51.0%
Si 9%
Fe 6%
所述四元中間合金的制備方法，其步驟如下:
I)先放大約40Kg的鋁(Al)到爐內(nèi)，周圍放鐵(Fe)塊或邊角余料24Kg。
[0023]2)升溫熔化，待鋁(Al)、鐵(Fe)全部熔化后，放入大約47Kg的鋁(Al)錠，周圍放硅(Si) (36Kg分4次加入)，升溫熔化;
3)硅(Si)熔化后，升溫，待溶液顏色變淺后，加入金屬錳(Mn)，204Kg錳大約分4次加入，每次同時加入助熔劑；4)當(dāng)錳(Mn)熔化后加入剩余47Kg鋁(Al)錠進(jìn)行熔化；
5)待全部熔化后，保溫15?25min，保溫溫度保持在1200?1350°C之間，保證高熔點金屬能全部熔化；然后靜置，攪拌除渣；
6)準(zhǔn)備澆注及澆注中間合金錠。
[0024]一種高強度耐磨復(fù)雜銅合金材料的制備方法，其步驟如下:
①分別準(zhǔn)備Cu、Zn、Pb及制備四元中間合金備用；
②將爐膛清理干凈，先加入約200Kg屑料及助熔劑石熔化，再加入四元中間合金、Cu等，升溫熔煉，繼續(xù)加入成型回爐料；
③上述材料熔化后，加冰晶石除渣一次；
④繼續(xù)加剩余的屑料(每加IOOKg屑料加0.5Kg冰晶石)及成型回爐料(預(yù)留IOOKg左右降溫)，升溫熔煉，沸騰2分鐘左右；
⑤撈凈浮渣后加木炭覆蓋，加降溫料，然后加入Zn、Pb等材料，繼續(xù)升溫熔化；
⑥材料全部熔化完后，升溫沸騰2?3分鐘，加入冰晶石攪拌，靜置8分鐘左右之后除洛，除洛后加木炭覆蓋；
⑦升溫到1130°C以上，靜置5分鐘左右，取樣，調(diào)整成分，直至各元素在材料規(guī)定的管理幅范圍內(nèi)，成分合格；
⑧調(diào)整溫度至1130?1180°C，半連續(xù)鑄造生產(chǎn)鑄錠； ⑨將步驟⑧所得鑄錠切斷至一定長度擠壓錠，熱擠壓生產(chǎn)所需規(guī)格管材。
[0025]本發(fā)明不限于以上實施例，可以根據(jù)溫度、組分的不同實現(xiàn)多個不同實施例。
【權(quán)利要求】
1.一種高強度耐磨復(fù)雜銅合金材料，其組分重量百分比如下:Cu 63 ?66;Α1 4.5?6.0;Μη 7.0 ?8.5;Si 1.0?2.0;Fe 0.5 ?1.5;Pb 0.3 ?0.8 ；Ni < 0.5 ；Sn < 0.5 ；Zn 余量。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高強度耐磨復(fù)雜銅合金材料，其特征在于本高強度耐磨銅合金機械性能的抗拉強度為700MPa,延伸率為8%,磨耗性能可以穩(wěn)定的控制在0.3mm以內(nèi)。
3.一種高強度耐磨復(fù)雜銅合金材料制造方法，其特征在于，其步驟如下:分別準(zhǔn)備Cu、Zn、Pb及制備四元中間合金備用；將爐膛清理干凈，先加入部分屑料及助熔劑熔化，再加入五元中間合金、Cu等，升溫熔煉，繼續(xù)加入成型回爐料；上述材料熔化后，加冰晶石除渣一次；繼續(xù)加剩余的屑料(每次加屑料加助熔劑)及成型回爐料(預(yù)留IOOKg左右降溫)，升溫熔煉，沸騰2分鐘左右；撈凈浮渣后加木炭覆蓋，加降溫料，然后加入Zn、Pb等材料，繼續(xù)升溫熔化；材料全部熔化完后，升溫沸騰2?3分鐘，加入精煉劑攪拌，靜置，除渣，除渣后加木炭覆蓋；升溫到1130°C以上，靜置，取樣，調(diào)整成分，直至各元素在材料規(guī)定的管理幅范圍內(nèi)，成分合格； 調(diào)整溫度至1130?1180°C，半連續(xù)鑄造生產(chǎn)鑄錠；將步驟⑧所得鑄錠切斷至一定長度擠壓錠，熱擠壓生產(chǎn)所需規(guī)格管材；所述四元中間合金，其組份重量百分比如下:Al 31.0% ?35.0%Mn 48.0% ?53.0%Si 8.5% ?11.0%Fe 5.2% ?7.3%所述四元中間合金的制備方法，其步驟如下:1)先放1/4?1/3的鋁(Al)到爐內(nèi)，周圍放鐵(Fe)塊或邊角余料；2)升溫熔化，待鋁(Al)、鐵(Fe)全部熔化后，放入剩余1/2的鋁(Al)錠，周圍放硅(Si)，升溫熔化；3)硅(Si)熔化后，升溫，待溶液顏色變淺后，加入金屬錳(Mn)，邊加Mn邊加入精煉劑；4)當(dāng)錳(Mn)熔化后加入剩余鋁(Al)錠進(jìn)行熔化；5)待全部熔化后，保溫15?25min，保溫溫度保持在1200?1350°C之間，保證高熔點金屬能全部熔化；然后靜置，攪拌除渣；6)準(zhǔn)備澆注及澆注中間合金錠；所述步驟⑶中的精煉劑加入比例為每次加錳(Mn)的1%。
【文檔編號】C22C9/05GK103436730SQ201310350363
【公開日】2013年12月11日 申請日期:2013年8月13日 優(yōu)先權(quán)日:2013年8月13日
【發(fā)明者】葉甲旺, 姚聯(lián), 徐星輝, 徐世雄 申請人:武漢泛洲中越合金有限公司