本發(fā)明屬于銅合金制備，具體涉及一種高強高塑性鉛錫青銅合金及其制備方法

背景技術(shù)：

1、鉛錫青銅合金具有良好的減摩性、高導(dǎo)熱性、抗疲勞性以及抗咬合性能等諸多優(yōu)點，常被用來制作軸承、襯套、活塞、軸瓦等耐磨零部件，廣泛應(yīng)用于高鐵、船舶、航空等領(lǐng)域。

2、鉛錫青銅合金在錫青銅中加入鉛，使基體上分布顆粒狀鉛相作為軟質(zhì)點，起到良好的潤滑作用，從而獲得較低的摩擦系數(shù)和良好的耐磨性。但是鉛元素的加入會導(dǎo)致合金晶界脆化，嚴(yán)重降低合金延展性。傳統(tǒng)的鉛錫合金構(gòu)件生產(chǎn)工藝制備的鉛錫青銅合金中存在較為嚴(yán)重的pb元素比重偏析和sn元素反偏析，并且容易出現(xiàn)疏松、裂紋等缺陷，導(dǎo)致鉛錫青銅合金的強度和塑性嚴(yán)重降低，特別是cusn10pb2ni3合金。

3、cusn10pb2ni3合金是目前航空發(fā)動機液壓機械的重要材料之一，通常被用作與鋼結(jié)合構(gòu)成柱塞泵轉(zhuǎn)子和滑靴。隨著社會的發(fā)展，采用傳統(tǒng)工藝生產(chǎn)的該合金強度和塑性無法滿足當(dāng)前的服役條件。

4、因此，有必要提供一種高強高塑性鉛錫青銅合金及其制備方法，提高鉛錫青銅合金的強度以及塑性，尤其針對cusn10pb2ni3合金，使鉛錫青銅合金性能適用性更好，滿足現(xiàn)有服役條件需求。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、為了克服背景技術(shù)中的問題，本發(fā)明通過制備半固態(tài)漿料，在漿料中形成初生α相，抑制后續(xù)凝固組織中枝晶的形成，使組織轉(zhuǎn)變?yōu)榈容S晶。同時通過控制模具預(yù)熱溫度，利用模具溫度降低擠壓成形過程中的合金熔體的冷卻速度，從而使合金熔體凝固過程中富集在固/液界面前沿的溶質(zhì)元素能夠充分?jǐn)U散到剩余液相中，再配合快速油冷抑制sn元素從基體中析出，使凝固后的組織分布均勻，降低晶間硬脆相的含量，進而使鉛錫青銅合金強度和塑性得到提升。

2、為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明通過如下技術(shù)方案實現(xiàn)：

3、本發(fā)明一方面提出了一種高強高塑性鉛錫青銅合金的制備方法，所述制備方法包括以下步驟：

4、(1)對鉛錫青銅合金進行感應(yīng)加熱熔煉并進行脫氧除氣除渣處理，待合金熔體表面撥開呈鏡面狀之后對合金熔體靜置均勻化；

5、(2)對所述步驟(1)中靜置均勻化后的合金熔體進行激冷改性處理，得到半固態(tài)漿料；

6、(3)將所述步驟(2)中得到的半固態(tài)漿料澆入預(yù)熱模具中擠壓成形，擠壓成形后的鑄件在模具中保溫一定時間后快速油冷至室溫，獲得鉛錫青銅鑄件；

7、(4)對鉛錫青銅鑄件進行固溶+時效處理，得到高強高塑性鉛錫青銅合金。

8、作為優(yōu)選，所述步驟(1)中，鉛錫青銅合金的熔煉溫度為1200℃～1250℃。

9、作為優(yōu)選，所述步驟(1)中，向合金熔體中加入合金熔體質(zhì)量1％的cup14進行脫氧除氣除渣處理。

10、作為優(yōu)選，所述步驟(1)中，靜置均勻化溫度為1065℃～1085℃，保溫時間為25～30min。

11、作為優(yōu)選，所述步驟(2)中，激冷的冷卻速率≥500℃/s。

12、作為優(yōu)選，所述步驟(3)中，擠壓成形的成形比壓為110mpa～150mpa，擠壓速率為20mm/s～24mm/s。

13、作為優(yōu)選，所述步驟(3)中，模具預(yù)熱溫度為550℃～600℃。

14、作為優(yōu)選，所述步驟(3)中，擠壓成型后，鑄件在550℃～600℃的模具中保溫1～3min，油冷至室溫的時間為5-6min。

15、作為優(yōu)選，所述步驟(4)中，固溶處理溫度在580℃～650℃，固溶處理時間為16～20h，固溶處理完成后進行時效處理，時效處理溫度為160～200℃，時效處理時間為6-8h。

16、本發(fā)明另一方面提出了一種鉛錫青銅合金，所述鉛錫青銅合金由上述制備方法制備得到。

17、鉛錫青銅合金性能較差的原因在于：隨著錫含量的增加，尤其當(dāng)錫含量大于8％時，錫在銅基體中形成的α固溶體固溶強化作用增強的同時，晶間相的數(shù)量也隨之增多，其中硬脆的富錫相會導(dǎo)致合金硬度、強度和耐磨性提高，而合金的延展性降低，脆性增大；同時，較高錫含量的鉛錫青銅合金在重力澆注時會產(chǎn)生嚴(yán)重的宏觀偏析和微觀枝晶偏析，加之比重較大的鉛元素的存在，也伴隨有鉛的比重偏析，偏析的存在對合金性能會產(chǎn)生特別不利的影響。另外，由于鉛錫青銅合金凝固過程屬于糊狀凝固，導(dǎo)致合金極易產(chǎn)生熱裂紋、氣孔、縮松等鑄造缺陷，造成合金的綜合力學(xué)性能較差。本發(fā)明通過兩個方向協(xié)同解決上述問題：首先利用快速激冷改性制備半固態(tài)漿料，通過在漿料中形成一定數(shù)量的初生α相，抑制后續(xù)凝固組織中枝晶的形成，使組織轉(zhuǎn)變?yōu)榈容S晶；其次通過控制模具的預(yù)熱溫度，利用高模具溫度降低擠壓成形過程中合金熔體的冷卻速度，從而使凝固過程中富集在固/液界面前沿的溶質(zhì)元素能夠充分的擴散到剩余液相中，再配合后續(xù)快速油冷抑制sn元素從基體中析出，使凝固后的組織分布均勻，降低晶間硬脆相的含量。通過快速激冷改性技術(shù)和模具預(yù)熱的協(xié)同調(diào)控，制備具有少量均勻分布的晶間硬脆相顯微組織的合金。最后采用固溶和時效處理，進一步改善元素偏析和組織均勻性，制備高強高塑性鉛錫青銅合金。

18、本發(fā)明的有益效果：

19、1.本發(fā)明制備得到的鉛錫青銅合金具有較優(yōu)異的強度及塑性，綜合力學(xué)性能較佳，可以滿足更高的使用需求。

20、2.本發(fā)明區(qū)別于現(xiàn)有的通過添加合金元素提高合金性能的技術(shù)，首次在鉛錫青銅合金中利用半固態(tài)流變擠壓方法，將熔體快速激冷改性技術(shù)與高模具溫度技術(shù)相結(jié)合，協(xié)同調(diào)控合金的顯微組織，制備高強高塑性鉛錫青銅合金，為鉛錫青銅/鋼異種雙金屬復(fù)合材料制備等領(lǐng)域拓展奠定良好基礎(chǔ)。

21、3.本發(fā)明制備過程較為簡潔、成本低、效率高、可連續(xù)制備半固態(tài)漿料，并且使用現(xiàn)有擠壓、壓鑄等成形設(shè)備即可實現(xiàn)，適用于工業(yè)化推廣應(yīng)用。

技術(shù)特征：

1.一種高強高塑性鉛錫青銅合金的制備方法，其特征在于：所述制備方法包括以下步驟：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于：所述步驟(1)中，鉛錫青銅合金的熔煉溫度為1200℃～1250℃。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于：所述步驟(1)中，向合金熔體中加入合金熔體質(zhì)量1％的cup14進行脫氧除氣除渣處理。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于：所述步驟(1)中，靜置均勻化溫度為1065℃～1085℃，保溫時間為25～30min。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于：所述步驟(2)中，激冷的冷卻速率≥500℃/s。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于：所述步驟(3)中，擠壓成形的成形比壓為110mpa～150mpa，擠壓速率為20mm/s～24mm/s。

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于：所述步驟(3)中，模具預(yù)熱溫度為550℃～600℃。

8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于：所述步驟(3)中，擠壓成型后，鑄件在550℃～600℃的模具中保溫1～3min，油冷至室溫的時間為5-6min。

9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于：所述步驟(4)中，固溶處理溫度在580℃～650℃，固溶處理時間為16～20h，固溶處理完成后進行時效處理，時效處理溫度為160～200℃，時效處理時間為6-8h。

10.一種高強高塑性鉛錫青銅合金，其特征在于：所述高強高塑性鉛錫青銅合金由權(quán)利要求1-9任一項所述的制備方法制備得到。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了一種高強高塑性鉛錫青銅合金及其制備方法，屬于銅合金制備技術(shù)領(lǐng)域。本發(fā)明包括(1)對鉛錫青銅合金進行感應(yīng)加熱熔煉并進行脫氧除氣除渣處理，待合金熔體表面撥開呈鏡面狀之后對合金熔體靜置均勻化；(2)對所述步驟(1)中靜置均勻化后的合金熔體進行激冷改性處理，得到半固態(tài)漿料；(3)將所述步驟(2)中得到的半固態(tài)漿料澆入預(yù)熱模具中擠壓成形，擠壓成形后的鑄件在模具中保溫一定時間后快速油冷至室溫，獲得鉛錫青銅鑄件；(4)對鉛錫青銅鑄件進行固溶+時效處理，得到高強高塑性鉛錫青銅合金。本發(fā)明制備得到的鉛錫青銅合金同時具有較高強度及塑性，可以滿足更高使用需求。

技術(shù)研發(fā)人員：周榮鋒,霍定東,李永坤,王志杰,李趙強,張浩,李堯,王蕾
受保護的技術(shù)使用者：昆明理工大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/4/24