一種高強耐熱減磨鑄造錫鎳青銅及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種高強耐熱減磨鑄造錫鎳青銅及其制備方法，該錫鎳青銅包含下列重量百分比的化學物質(zhì)：錫11.5～12.5，鎳3.5～4.5%，鈰0.1-0.15%，鋯0.04～0.06%，余為銅。制備該錫鎳青銅的方法是：預熱坩堝到櫻紅色，向其中加入銅、鎳、錫，熔融后攪拌均勻，然后加入經(jīng)兩墩兩拔處理的銅鈰中間合金和銅鋯中間合金，熔融靜置后通氮氣及加磷銅進行脫氧除氣，控制爐溫出爐澆鑄。本發(fā)明的高強耐熱減磨鑄造錫鎳青銅晶粒細小并具有較高強度特別是高溫強度、摩擦系數(shù)較低、抗氧化性較好。
【專利說明】一種高強耐熱減磨鑄造錫鎳青銅及其制備方法

【技術領域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種銅合金，尤其涉及一種強度特別是高溫強度較高、抗氧化性較好、 摩擦系數(shù)較低的鑄造錫鎳青銅，屬于金屬材料【技術領域】。

【背景技術】
[0002] 鑄造銅合金是關鍵性、基礎性制造業(yè)材料，廣泛用于制造蝸輪、耐磨滑塊、齒輪、軸 套等關鍵機器零部件，其性能好壞直接關系到機器整機的使用壽命。隨著工業(yè)技術水平的 發(fā)展，機器零部件面臨更加惡劣的高溫、高速、高質(zhì)流、重載等工作條件，同時機器設備的穩(wěn) 定性、可靠性和安全性要求也越來越高，因而對耐磨銅合金材料提出了能夠滿足苛刻服役 條件的更高性能要求，如高溫強度、耐磨減磨性能、抗氧化性和耐蝕性。
[0003] 由于現(xiàn)有鑄造銅合金如錫青銅、鋁青銅等，普遍存在高溫力學性能差、抗高溫氧化 及耐蝕性差的弱點，有些鑄造銅合金材料盡管比較耐磨，但摩擦系數(shù)較高，減磨能力較差， 使得與對磨件摩擦時產(chǎn)生大量熱量，加大了零件表面溫度，加快了材料失效，降低了材料的 使用壽命。所以現(xiàn)有材料已難以滿足現(xiàn)代工業(yè)比較惡劣的工況下鑄造銅合金使用性能的要 求。
[0004] 近年來，國內(nèi)外為提高鑄造耐磨銅合金的性能進行了大量的研究，國外有日本開 發(fā)的Cu-Co-Be系HZ合金，Cu-Fe-P-Sn系KT-I合金，Cu-Cr-Zr系DMC合金等。國內(nèi)有河北 工業(yè)大學梁金生等研制了一種用于不銹鋼和08F低碳鋼制品拉伸成形的新型銅基合金模 具材料，北京有色金屬研究總院研制了 一種電站凝汽器用新型耐蝕銅合金HSn70-lAB，是一 種加硼耐沖蝕銅合金，其耐腐蝕磨損性能超過了 HSn70-lA, HSn70-lB。山東省冶金科學研究 院新研制了一種YJ-ZQMnAI軋鋼設備用耐磨青銅材料。中南工業(yè)大學研究了一種低隙石墨 青銅材料，該材料是一種新型的減摩材料。
[0005] 目前，Cu-Ni-Sn系合金受到人們的廣泛關注。該合金鎳含量約在4%以上、錫含量 在8%以下，在固溶時效后使用，由于具有高導電、高彈性性能，且生產(chǎn)成本低、無毒，該合 金已用于代替和部分代替鈹青銅制造精密儀器、儀表的彈性元件，被認為是一種很有發(fā)展 前途的高導電高彈性合金，但其高溫強度及減磨性能等方面并不理想，因此從對該種合金 的應用前景考慮，對其性能的進一步完善顯得尤為重要。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明的目的是提供一種高強耐熱減磨鑄造錫鎳青銅及其制備方法，該鑄造錫鎳 青銅具有較高強度特別是高溫強度、摩擦系數(shù)較低、抗氧化性較好。
[0007] 本發(fā)明的目的是通過以下技術方案實現(xiàn)的： 本發(fā)明的高強耐熱減磨鑄造錫鎳青銅，按重量百分比計，該錫鎳青銅化學成分為：錫 11. 5 ?12. 5,鎳 3. 5 ?4. 5%，鈰 0· 1-0. 15%，鋯 0· 04 ?0· 06%，余為銅。
[0008] 本發(fā)明的制備上述高強耐熱減磨鑄造錫鎳青銅的方法，包括以下步驟： 1)坩鍋在中頻感應熔化爐中預熱到櫻紅色； 2) 依次向坩堝中加入計算量的電解銅和電解鎳爐料，待銅熔化后加入計算量的錫，并 用稻草灰覆蓋爐口； 3) 待坩堝內(nèi)合金溶化后，攪拌溶化的合金，使其成分均勻； 4) 向熔融的合金中加入計算量的銅鈰中間合金和銅鋯中間合金，并用鐘罩壓入，然后 靜置5?10分鐘； 5 )對靜置后的熔融合金通入經(jīng)脫水凈化的氮氣及磷銅進行脫氧除氣，通入氮氣的壓力 0. 8?I. 0 Mpa、流量0. 5?0. 8m3/h，磷銅加入量為爐料總重量的0. 10% ;脫氧除氣后靜置 5?10分鐘； 6)扒去合金表面的氧化爐灰，測溫并控制爐內(nèi)合金溫度在1150?1200°C時，出爐澆 鑄，即得高強耐熱減磨鑄造錫鎳青銅。
[0009] 本發(fā)明制備方法的進一步的設計在于，在步驟5中所述氮氣的脫水凈化是采用硅 膠脫水凈化。
[0010] 本發(fā)明制備方法的進一步的設計在于，在步驟5中，在所述爐料重量為400?500 公斤時，氮氣的通氣時長不少于5分鐘。
[0011] 本發(fā)明制備方法的進一步的設計在于，在步驟3中所述攪拌溶化的合金是采用攪 棒攪拌。
[0012] 本發(fā)明制備方法的進一步的設計在于，步驟4中加入的銅鈰中間合金為銅-15%鈰 中間合金，銅鋯中間合金為銅-10%鋯中間合金。
[0013] 本發(fā)明制備方法的進一步的設計在于，所述銅鈰中間合金和銅鋯中間合金加入前 分別經(jīng)600°C溫度下的兩墩兩拔處理，每次墩或拔的相對變形量為90%?110%。
[0014] 鈰和鋯均為變質(zhì)劑，加入前分別對銅-15%鈰中間合金和銅-10%鋯中間合金在 600°C溫度下，進行兩墩兩拔處理，其目的是使中間合金中的合金相變得細小，以便在變質(zhì) 處理時形成彌散分布且數(shù)量較大的非均勻形核核心，使凝固后的合金具有細小的晶粒。每 次墩或拔的相對變形量為909Γ110%。
[0015] 本發(fā)明具有以下突出的有益效果： 采用本發(fā)明的成分配比和制備方法制造的高強耐熱減磨鑄造錫鎳青銅晶粒細小并具 有優(yōu)異的性能，其400°C抗拉強度彡260MPa、400°C屈服強度彡142 MPa、400°C斷后伸長率 彡11%、平均摩擦系數(shù)彡0. 125 (100N、100r/min)，在溫度為500°C、時間為10小時氧化性 試驗后，增重1.5mg/cm2。
[0016] 將本發(fā)明用于制造高速、高負荷條件下工作的機械傳動件，如高速電梯曳引機蝸 輪、高速旋轉(zhuǎn)軸的滑動軸承、齒輪、汽缸活塞銷襯套及其內(nèi)襯等，能顯著地延長上述零部件 的使用壽命，降低材料消耗，節(jié)約使用成本，提高機器產(chǎn)品質(zhì)量。

【具體實施方式】
[0017] 下面結(jié)合實施例對本發(fā)明作進一步說明。
[0018] 關于高強耐熱減磨鑄造錫鎳青銅的制備方法實施例 制備高強耐熱減磨鑄造錫鎳青銅的方法包括以下步驟： 1) 將坩鍋在中頻感應熔化爐中預熱到櫻紅色； 2) 依次向坩堝中加入計算量的電解銅和電解鎳爐料，待銅熔化后加入計算量的錫，并 用稻草灰覆蓋爐口； 3) 待坩堝內(nèi)合金溶化后，用攪棒攪拌溶化的合金，使其成分均勻； 4) 稱取計算量的銅-15%鈰中間合金和銅-10%鋯中間合金，在600°C溫度下對銅-15% 鈰中間合金和銅-10%鋯中間合金進行兩墩兩拔處理，每次墩或拔的相對變形量為90%? 110%，然后加入烙融的合金中，并用鐘罩壓入，然后靜置5?10分鐘； 5) 對靜置后的熔融合金通入經(jīng)硅膠脫水凈化的氮氣、加入磷銅進行脫氧除氣，通入氮 氣的壓力〇. 8?I. 0 Mpa、流量0. 5?0. 8m3/h，在爐料重量為400?500公斤時，氮氣的通 氣時長不少于5分鐘；磷銅加入量為爐料總重量的0. 10% ;脫氧除氣后靜置5?10分鐘； 6) 扒去合金表面的氧化爐灰，測溫并控制爐內(nèi)合金溫度在1150?1200°C時，出爐澆 鑄，即得高強耐熱減磨鑄造錫鎳青銅。
[0019] 關于高強耐熱減磨鑄造錫鎳青銅的實施例 按照上述制備方法進行三次實施例制備，所得高強耐熱減磨鑄造錫鎳青銅的成分、力 學性能和制備過程中對中間合金墩拔變形量如表1。
[0020] 表1 高強耐熱減磨鑄造錫鎳青銅的成分、力學性能和制備過程中中間合金墩拔 變形量

【權利要求】
1. 一種高強耐熱減磨鑄造錫鎳青銅，其特征在于，包含下列重量百分比的化學物質(zhì)： 錫 1L 5 ?12. 5,鎳 3. 5 ?4. 5%，鈰 0· 1-0. 15%，鋯 0· 04 ?0· 06%，余為銅。
2. 如權利要求1所述的高強耐熱減磨鑄造錫鎳青銅的制備方法，其特征在于，該制備 方法包括以下步驟： 1) 坩鍋在中頻感應熔化爐中預熱到櫻紅色； 2) 依次向坩堝中加入計算量的電解銅和電解鎳爐料，待銅熔化后加入計算量的錫，并 用稻草灰覆蓋爐口； 3) 待坩堝內(nèi)合金溶化后，攪拌溶化的合金，使其成分均勻； 4) 向熔融的合金中加入計算量的銅鈰中間合金和銅鋯中間合金，并用鐘罩壓入，然后 靜置5?10分鐘； 5 )對靜置后的熔融合金通入經(jīng)脫水凈化的氮氣及磷銅進行脫氧除氣，通入氮氣的壓力 0. 8?1. 0 Mpa、流量0. 5?0. 8m3/h，磷銅加入量為爐料總重量的0. 10% ;脫氧除氣后靜置 5?10分鐘； 6)扒去合金表面的氧化爐灰，測溫并控制爐內(nèi)合金溫度在1150?1200°C時，出爐澆 鑄，即得高強耐熱減磨鑄造錫鎳青銅。
3. 根據(jù)權利要求2所述的高強耐熱減磨鑄造錫鎳青銅的制備方法，其特征在于，在步 驟5中所述氮氣的脫水凈化是采用硅膠脫水凈化。
4. 根據(jù)權利要求2或3所述的高強耐熱減磨鑄造錫鎳青銅的制備方法，其特征在于，在 步驟5中，在所述爐料重量為400?500公斤時，氮氣的通氣時長不少于5分鐘。
5. 根據(jù)權利要求2所述的高強耐熱減磨鑄造錫鎳青銅的制備方法，其特征在于，在步 驟3中所述攪拌溶化的合金是采用攪棒攪拌。
6. 根據(jù)權利要求2所述的高強耐熱減磨鑄造錫鎳青銅的制備方法，其特征在于，步驟4 中加入的銅鈰中間合金為銅-15%鈰中間合金，銅鋯中間合金為銅-10%鋯中間合金。
7. 根據(jù)權利要求6所述的高強耐熱減磨鑄造錫鎳青銅的制備方法，其特征在于，所述 銅鈰中間合金和銅鋯中間合金加入前分別經(jīng)600°C溫度下的兩墩兩拔處理，每次墩或拔的 相對變形量為90%?110%。
【文檔編號】C22C1/03GK104294081SQ201410550524
【公開日】2015年1月21日 申請日期:2014年10月17日 優(yōu)先權日:2014年5月28日
【發(fā)明者】紀嘉明, 唐山, 魯遠勇, 孟國萃 申請人:鎮(zhèn)江匯通金屬成型有限公司