一種新型垂直連續(xù)鑄造無鉛銅基合金管及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種新型垂直連續(xù)鑄造無鉛銅基合金管及其制備方法。本發(fā)明的新型垂直連續(xù)鑄造無鉛銅基合金管，由以下重量配比的組分組成：0.2%-0.5%的鎂、1%-2%的錫、10%-12%的鋅、以及余量為銅。本發(fā)明的新型垂直連續(xù)鑄造無鉛銅基合金管是一種不含鉛，且仍然具有良好的切削性能和減摩耐磨性能的合金管。本發(fā)明的制備方法特別采用垂直連續(xù)鑄造的方法，可有效利用保溫爐內(nèi)部的溶液，降低水平連續(xù)鑄造時候殘留爐底溶液的數(shù)量，以此提高熔煉產(chǎn)品的生產(chǎn)效率，較低損耗，節(jié)約成本。
【專利說明】一種新型垂直連續(xù)鑄造無鉛銅基合金管及其制備方法【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種合金材料，特別涉及一種新型垂直連續(xù)鑄造無鉛銅基合金管及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]現(xiàn)有的含鉛銅合金之所以具有很好的切削性能和減摩耐磨性能，主要是由于鉛在銅合金中以單項存在，由此在切削時起到良好的斷屑作用；同時在摩擦磨損的環(huán)境下，由于鉛的剪切強度非常低，在銅合金零件表面的鉛使得含鉛的銅合金的摩擦系數(shù)比較低。因此，使得鉛元素在黃銅合金中較普遍地使用。
[0003]但隨著現(xiàn)代工業(yè)和經(jīng)濟發(fā)展，尤其是對環(huán)保的要求，如ROHS在電子工業(yè)中的禁鉛指令政策的實施，這使得鉛的使用受到了極大地限制。因此，現(xiàn)有技術(shù)中急需要一種不含鉛，且同樣具有良好的切削性能和減摩耐磨性能的銅合金管。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的是針對現(xiàn)有技術(shù)中存在的難題，提供一種不含鉛，且具有良好的切削性能和減摩耐磨性能的新型垂直連續(xù)鑄造無鉛銅基合金管及其制備方法。
[0005]為了實現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下:
[0006]一種新型垂直連續(xù)鑄造無鉛銅基合金管，由以下重量配比的組分組成:0.2%-0.5%的鎂、1%_2%的錫、10%-12%的鋅、以及余量為銅。
[0007]在本發(fā)明的一優(yōu)選實施例中，上述新型垂直連續(xù)鑄造無鉛銅基合金管由以下重量配比的組分組成:0.3%-0.4%的鎂、1.2%-1.8%的錫、10.5%_11.5%的鋅、以及余量為銅。
[0008]在本發(fā)明的另一優(yōu)選實施例中，上述新型垂直連續(xù)鑄造無鉛銅基合金管由以下重量配比的組分組成:0.35%的鎂、1.5%的錫、11%的鋅、以及余量為銅。
[0009]在本發(fā)明的又一優(yōu)選實施例中，上述新型垂直連續(xù)鑄造無鉛銅基合金管由以下重量配比的組分組成:0.2%的鎂、1%的錫、10%的鋅、以及余量為銅。
[0010]在本發(fā)明的再一優(yōu)選實施例中，上述新型垂直連續(xù)鑄造無鉛銅基合金管由以下重量配比的組分組成:0.5%的鎂、2%的錫、12%的鋅、以及余量為銅。
[0011]本發(fā)明的另一目的是提供一種上述新型垂直連續(xù)鑄造無鉛銅基合金管的制備方法。
[0012]本發(fā)明的新型垂直連續(xù)鑄造無鉛銅基合金管的制備方法，包括以下步驟:
[0013]I)按照配比稱取電解銅、錫、鋅置于工頻電爐內(nèi)進行真空熔煉，加熱使所述電解銅、錫、鋅完全熔化之后，在真空狀態(tài)下保溫；
[0014]2)將按照配比稱取的金屬鎂添加到保溫后的銅、錫、鋅合金溶液中，并攪拌使熔化的合金溶液混合均勻后，在合金溶液的上面覆蓋鱗片狀石墨粉；
[0015]3)將步驟2)中混合均勻的合金溶液進行保溫，在保溫后升溫至1200°C，并開啟工頻電爐的振動裝置，采用垂直連鑄的方法將合金溶液鑄造成合金管。[0016]上述步驟I)中，所述加熱使所述電解銅、錫、鋅完全熔化的加熱溫度為1150°C -1200°C ;所述真空狀態(tài)下保溫的保溫溫度為1100°C，保溫時間為30-40分鐘。
[0017]上述步驟2)中，所述攪拌的攪拌工具為石墨工具，所述覆蓋鱗片狀石墨粉的厚度為 15cm_20cmo
[0018]將驟2)中混合均勻的合金溶液進行保溫，該保溫步驟可分兩步進行，也可一步保溫到足夠長的時間。若分一步進行，那么保溫的保溫時間為50-70分鐘，在溫度為1100°C下進行。若分兩步進行，那么第一步保溫的保溫時間可為30-40分鐘，第二步保溫的保溫時間可為20-30分鐘，兩步保溫均可在1100°C下進行；特別是，可在第一步保溫時，可取樣檢測步驟3)中上述混合均勻的合金溶液的成分含量。
[0019]上述制備方法還包括對所述步驟3)中制備得到的合金管進行后處理，所述后處理包括以下步驟:
[0020]I)將所述合金管置于光錠機中進行表面加工后，再置于擠壓機中擠壓，以獲得所需尺寸和表面光潔程度的合金管；
[0021]2)將步驟I)中處理好的合金管置于退火爐中進行退火處理，所述退火處理的退火溫度為100°c -200°c，退火時間為30-40分鐘；
[0022]3)將步驟2)中退火處理好的合金管進行探傷，所述探傷的探傷比例為100% ；
[0023]4)將步驟3)中探傷合格的合金管進行表面處理，以使所述合金管內(nèi)外表面光滑。
[0024]本發(fā)明的新型垂直連續(xù)鑄造無鉛銅基合金管的成分的設(shè)計原則是在保持或不明顯地降低原含鉛錫青銅切削性及耐磨減摩性的基礎(chǔ)上，杜絕鉛的加入和通過添加鎂元素來實現(xiàn)上述技術(shù)目的。`
[0025]原理是利用添加的鎂元素在銅合金中形成彌散分布的單獨相，這些相在切削時起到斷屑作用，從而改善了銅合金的切削加工性能。因此使得本發(fā)明的新型垂直連續(xù)鑄造無鉛銅基合金管在不含鉛的情況下也能具有良好的切削性能和減摩耐磨性能。
[0026]此外，本發(fā)明的生產(chǎn)工藝是按照特定的成分配比將鎂、錫、鋅、銅在適當?shù)臏囟认?，通過連續(xù)鑄造毛坯錠，用擠壓機擠壓而生產(chǎn)出完全能夠取代含有鉛元素的合金棒材。特別是，采用垂直連續(xù)鑄造的方法有效的利用保溫爐內(nèi)部的溶液，降低水平連續(xù)鑄造時候殘留爐底溶液的數(shù)量，以此提高熔煉產(chǎn)品的生產(chǎn)效率，較低損耗，節(jié)約成本。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0027]圖1是本發(fā)明的新型垂直連續(xù)鑄造無鉛銅基合金管的制備方法的流程圖。
【具體實施方式】
[0028]為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點更加清楚明白，下面結(jié)合附圖及實施例，對本發(fā)明進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。
[0029]實施例1
[0030]本實施例中的新型垂直連續(xù)鑄造無鉛銅基合金管，由以下重量配比的組分組成:0.2%的鎂、1%的錫、10%的鋅、以及余量為銅。
[0031]在本實施例中上述新型垂直連續(xù)鑄造無鉛銅基合金管，由以下步驟制得(如圖1所示):
[0032]步驟一:按照配比稱取電解銅、錫、鋅和金屬鎂，將稱取好的電解銅、錫、鋅置于工頻電爐內(nèi)進行真空熔煉，加熱至1150°C使其完全熔化之后，在真空狀態(tài)下保溫至1100°C，保溫時間為30分鐘。
[0033]步驟二:將按照配比稱取好的金屬鎂添加到上述步驟一中保溫后的銅、錫、鋅合金溶液中，并立即用特制石墨工具將完全熔化的合金液體充分攪拌后，在該攪拌均勻的合金溶液上面覆蓋高純度鱗片狀石墨粉以防止其氧化，厚度約為15cm。
[0034]其中，高純度鱗片狀石墨粉的純度為99.9%-99.99% (質(zhì)量百分比)。
[0035]步驟三:將驟2)中混合均勻的合金溶液進行進一步地保溫，該保溫分兩步進行。分別為:
[0036]第一步:在1100°C下，保溫30分鐘，用德國進口斯派克直讀光譜儀對從爐內(nèi)取出的樣品進行3次成分檢驗，以確定其合金成分在規(guī)定范圍之內(nèi)，即在本發(fā)明的配比范圍內(nèi)。
[0037]第二步:在1100°C下，再次保溫20分鐘后，重新加熱升溫至1200°C，并開啟工頻電爐的振動裝置。采用垂直連鑄方法鑄造成外徑為245mm，內(nèi)徑為195mm，長度為550mm的合金管，此時也稱毛坯合金管材、毛坯銅管。
[0038]步驟四:用光錠機對步驟三中獲得的毛坯合金管材進行表面加工，使其加工為表面光潔的外徑為240mm，內(nèi)徑為200mm，長度為540mm的合金管；然后采用2500噸雙動擠壓機擠壓。其擠壓操作的工藝參數(shù)為:合金錠加熱溫度為180°C，擠壓溫度為500°C，擠壓速度V=4mm/s。經(jīng)過多次擠壓后,將合金管擠壓成外徑為230_、公差為+/-1mm,內(nèi)徑為210_、公差為+/-1mm的合金管。
[0039]步驟五:退火，用箱式 退火爐對上述步驟四中擠壓后的合金管進行退火處理:退火溫度為100°c，退火時間為30-40分鐘。
[0040]步驟六:探傷，將擠制并退火完成出的銅棒進行探傷，探傷比例為100%。
[0041]步驟七:表面處理，將退火完成的合金管材進行車銑，使其內(nèi)外光滑，外徑228mm公差為+/-0.5mm,內(nèi)徑212mm公差為+/-0.5mm,長度為500mm公差為+/_lmm。包裝并入庫。
[0042]實施例2
[0043]本實施例中的新型垂直連續(xù)鑄造無鉛銅基合金管，由以下重量配比的組分組成:0.5%的鎂、2%的錫、12%的鋅、以及余量為銅。
[0044]在本實施例中上述新型垂直連續(xù)鑄造無鉛銅基合金管，由以下步驟制得(如圖1所示):
[0045]步驟一:按照配比稱取電解銅、錫、鋅和金屬鎂，將稱取好的電解銅、錫、鋅置于工頻電爐內(nèi)進行真空熔煉，加熱至1200°C使其完全熔化之后，在真空狀態(tài)下保溫至IlOO0C,保溫時間為40分鐘。
[0046]步驟二:將按照配比稱取好的金屬鎂添加到上述步驟一中保溫后的銅、錫、鋅合金溶液中，并立即用特制石墨工具將完全熔化的合金液體充分攪拌后，在該攪拌均勻的合金溶液上面覆蓋高純度鱗片狀石墨粉以防止其氧化，厚度約為20cm。
[0047]其中，高純度鱗片狀石墨粉的純度為99.9%-99.99% (質(zhì)量百分比)。
[0048]步驟三:將驟2)中混合均勻的合金溶液進行進一步地保溫，該保溫分兩步進行。分別為:[0049]第一步:在1100°C下，保溫40分鐘，用德國進口斯派克直讀光譜儀對從爐內(nèi)取出的樣品進行6次成分檢驗，以確定其合金成分在規(guī)定范圍之內(nèi)，即在本發(fā)明的配比范圍內(nèi)。
[0050]第二步:在1100°C下，再次保溫30分鐘后，重新加熱升溫至1200°C，并開啟工頻電爐的振動裝置。采用垂直連鑄方法鑄造成外徑為245mm，內(nèi)徑為195mm，長度為550mm的合金管，此時也稱毛坯合金管材、毛坯銅管。
[0051]步驟四:用光錠機對步驟三中獲得的毛坯合金管材進行表面加工，使其加工為表面光潔的外徑為240mm，內(nèi)徑為200mm，長度為540mm的合金管；然后采用2500噸雙動擠壓機擠壓。其擠壓操作的工藝參數(shù)為:合金錠加熱溫度為200°C，擠壓溫度為500°C，擠壓速度V=4mm/s。經(jīng)過多次擠壓后,將合金管擠壓成外徑為230_、公差為+/-1mm,內(nèi)徑為210_、公差為+/-1mm的合金管。
[0052]步驟五:退火，用箱式退火爐對上述步驟四中擠壓后的合金管進行退火處理:退火溫度為200°C，退火時間為40分鐘。
[0053]步驟六:探傷，將擠制并退火完成出的銅棒進行探傷，探傷比例為100%。
[0054]步驟七:表面處理，將退火完成的合金管材進行車銑，使其內(nèi)外光滑，外徑228mm公差為+/-0.5mm,內(nèi)徑212mm公差為+/-0.5mm,長度為500mm公差為+/_lmm。包裝并入庫。
[0055]實施例3
[0056]本實施例中的新型垂直連續(xù)鑄造無鉛銅基合金管，由以下重量配比的組分組成:
0.35%的鎂、1.5%的錫、11%的鋅、以及余量為銅。
[0057]在本實施例中上述新型垂直連續(xù)鑄造無鉛銅基合金管，由以下步驟制得(如圖1所示):
[0058]步驟一:按照配比稱取電解銅、錫、鋅和金屬鎂，將稱取好的電解銅、錫、鋅置于工頻電爐內(nèi)進行真空熔煉，加熱至1180°C使其完全熔化之后，在真空狀態(tài)下保溫至1100°C，保溫時間為35分鐘。
[0059]步驟二:將按照配比稱取好的金屬鎂添加到上述步驟一中保溫后的銅、錫、鋅合金溶液中，并立即用特制石墨工具將完全熔化的合金液體充分攪拌后，在該攪拌均勻的合金溶液上面覆蓋高純度鱗片狀石墨粉以防止其氧化，厚度約為18cm。
[0060]其中，高純度鱗片狀石墨粉的純度為99.9%-99.99% (質(zhì)量百分比)。
[0061]步驟三:將驟2)中混合均勻的合金溶液進行進一步地保溫，該保溫分兩步進行。分別為:
[0062]第一步:在1100°C下，保溫35分鐘，用德國進口斯派克直讀光譜儀對從爐內(nèi)取出的樣品進行5次成分檢驗，以確定其合金成分在規(guī)定范圍之內(nèi)，即在本發(fā)明的配比范圍內(nèi)。
[0063]第二步:在1100°C下，再次保溫25分鐘后，重新加熱升溫至1200°C，并開啟工頻電爐的振動裝置。采用垂直連鑄方法鑄造成外徑為245mm，內(nèi)徑為195mm，長度為550mm的合金管，此時也稱毛坯合金管材、毛坯銅管。
[0064]步驟四:用光錠機對步驟三中獲得的毛坯合金管材進行表面加工，使其加工為表面光潔的外徑為240mm，內(nèi)徑為200mm，長度為540mm的合金管；然后采用2500噸雙動擠壓機擠壓。其擠壓操作的工藝參數(shù)為:合金錠加熱溫度為190°C，擠壓溫度為500°C，擠壓速度V=4mm/s。經(jīng)過多次擠壓后,將合金管擠壓成外徑為230_、公差為+/-1mm,內(nèi)徑為210_、公差為+/-1mm的合金管。[0065]步驟五:退火，用箱式退火爐對上述步驟四中擠壓后的合金管進行退火處理:退火溫度為150°C，退火時間為35分鐘。
[0066]步驟六:探傷，將擠制并退火完成出的銅棒進行探傷，探傷比例為100%。
[0067]步驟七:表面處理，將探傷完成的合金管材進行車銑，使其內(nèi)外光滑，外徑228mm公差為+/-0.5mm,內(nèi)徑212mm公差為+/-0.5mm,長度為500mm公差為+/_lmm。包裝并入庫。
[0068]實施例4
[0069]本實施例中的新型垂直連續(xù)鑄造無鉛銅基合金管，由以下重量配比的組分組成:
0.3%的鎂、1.5%的錫、12%的鋅、以及余量為銅。
[0070]上述新型垂直連續(xù)鑄造無鉛銅基合金管成品通過與實施例1相同的方法得到。
[0071]實施例5
[0072]本實施例中的新型垂直連續(xù)鑄造無鉛銅基合金管，由以下重量配比的組分組成:
0.5%的鎂、1.5%的錫、10%的鋅、以及余量為銅。
[0073]上述新型垂直連續(xù)鑄造無鉛銅基合金管成品通過與實施例2相同的方法得到。
[0074]實施例6 [0075]本實施例中的新型垂直連續(xù)鑄造無鉛銅基合金管，由以下重量配比的組分組成:
0.35%的鎂、1%的錫、12%的鋅、以及余量為銅。
[0076]上述新型垂直連續(xù)鑄造無鉛銅基合金管成品通過與實施例3相同的方法得到。
[0077]將本發(fā)明的上述實施例1-6中獲得的新型垂直連續(xù)鑄造無鉛銅基合金管成品進
行性能測定實驗，其機械性能參數(shù)如表1所示。
[0078]
【權(quán)利要求】
1.一種新型垂直連續(xù)鑄造無鉛銅基合金管，其特征在于，由以下重量配比的組分組成:0.2%-0.5%的鎂、1%-2%的錫、10%-12%的鋅、以及余量為銅。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的新型垂直連續(xù)鑄造無鉛銅基合金管，其特征在于，由以下重量配比的組分組成:0.3%-0.4%的鎂、1.2%-1.8%的錫、10.5%_11.5%的鋅、以及余量為銅。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的新型垂直連續(xù)鑄造無鉛銅基合金管，其特征在于，由以下重量配比的組分組成:0.35%的鎂、1.5%的錫、11%的鋅、以及余量為銅。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的新型垂直連續(xù)鑄造無鉛銅基合金管，其特征在于，由以下重量配比的組分組成:0.2%的鎂、1%的錫、10%的鋅、以及余量為銅。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的新型垂直連續(xù)鑄造無鉛銅基合金管，其特征在于，由以下重量配比的組分組成:0.5%的鎂、2%的錫、12%的鋅、以及余量為銅。
6.一種如權(quán)利要求1-5中任一項權(quán)利要求所述的新型垂直連續(xù)鑄造無鉛銅基合金管的制備方法，其特征在于，包括以下步驟: 1)按照配比稱取電解銅、錫、鋅置于工頻電爐內(nèi)進行真空熔煉，加熱使所述電解銅、錫、鋅完全熔化之后，在真空狀態(tài)下保溫； 2)將按照配比稱取的金屬鎂添加到保溫后的銅、錫、鋅合金溶液中，并攪拌使熔化的合金溶液混合均勻后，在合金溶液的上面覆蓋鱗片狀石墨粉； 3)將步驟2)中混合均勻的合金溶液進行保溫，在保溫后升溫至1200°C，并開啟工頻電爐的振動裝置，采用垂直連鑄的方法將合金溶液鑄造成合金管。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的新型垂直連續(xù)鑄造無鉛銅基合金管的制備方法，其特征在于，所述步驟I)中，所`述加熱使所述電解銅、錫、鋅完全熔化的加熱溫度為1150°C -1200°C ;所述真空狀態(tài)下保溫的保溫溫度為1100°C，保溫時間為30-40分鐘。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的新型垂直連續(xù)鑄造無鉛銅基合金管的制備方法，其特征在于，所述步驟2)中，所述攪拌的攪拌工具為石墨工具，所述覆蓋鱗片狀石墨粉的厚度為15cm_20cmo
9.根據(jù)權(quán)利要求6所述的新型垂直連續(xù)鑄造無鉛銅基合金管的制備方法，其特征在于，所述步驟3)中，所述保溫分兩步進行，第一步保溫的保溫時間為30-40分鐘，第二步保溫的保溫時間為20-30分鐘，所述保溫均在1100°C下進行；在所述第一步保溫時，取樣檢測步驟3)中所述混合均勻的合金溶液的成分含量。
10.根據(jù)權(quán)利要求6所述的新型垂直連續(xù)鑄造無鉛銅基合金管的制備方法，其特征在于，所述制備方法還包括對所述步驟3)中制備得到的合金管進行后處理，所述后處理包括以下步驟: 1)將所述合金管置于光錠機中進行表面加工后，再置于擠壓機中擠壓，以獲得所需尺寸和表面光潔程度的合金管； 2)將步驟I)中處理好的合金管置于退火爐中進行退火處理，所述退火處理的退火溫度為100。。-200°c，退火時間為30-40分鐘； 3)將步驟2)中退火處理好的合金管進行探傷，所述探傷的探傷比例為100%； 4)將步驟3)中探傷合格的合金管進行表面處理，以使所述合金管內(nèi)外表面光滑。
【文檔編號】B22D21/00GK103484714SQ201310421563
【公開日】2014年1月1日 申請日期:2013年9月16日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月16日
【發(fā)明者】孫飛 申請人:蘇州金倉合金新材料有限公司