本發(fā)明涉及一種青銅合金材料，特別涉及一種核電汽輪機(jī)閥體用鑄造青銅合金材料，本發(fā)明還涉及該青銅合金材料的制備方法。

背景技術(shù)：

青銅材料因具有良好的延展性和可鍛性等性能，應(yīng)用較為廣泛，例如鍛打成型為各類閥塊、耐磨泵塊，閥體等而應(yīng)用于核電汽輪機(jī)等技術(shù)領(lǐng)域中。但是，隨著核電工業(yè)的迅猛發(fā)展，對青銅材料的需求日益擴(kuò)大，性能要求也日益提高。傳統(tǒng)的青銅材料在鍛打處理中會產(chǎn)生各種缺陷，越來越不能滿足國內(nèi)外高標(biāo)泵閥類合金錠的需求，而且鍛打過程工藝復(fù)雜，成本高，工時長。因此，開發(fā)不需要后續(xù)鍛打處理的鑄造青銅合金日益受到重視。但傳統(tǒng)的鑄造青銅合金由于材料自身內(nèi)部結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致翻砂鑄造成型產(chǎn)品極易產(chǎn)生氣孔及表面夾雜，不易二次成型。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

針對上述問題，本發(fā)明的目的是提供了一種青銅合金材料，其力學(xué)性能和成品率與傳統(tǒng)青銅合金相比明顯提高，而氣孔率等缺陷明顯降低。

為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：

根據(jù)本發(fā)明的一個具體實施方式，提供了一種鑄造青銅合金材料，其包含：鍍鎳碳化硅0.5-1.5wt％、鋁15-17wt％、鐵4-5.5wt％、錳0.5-1.5wt％、鎳0.5-1.2wt％，鑭或鈰0.2-0.7wt％，余量為銅及不可避免的雜質(zhì)。

根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的鑄造青銅合金材料，其中，鍍鎳碳化硅的粒徑為50μm～100μm。

根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的鑄造青銅合金材料，其中，鍍鎳碳化硅含量為1.0-1.5wt％，所述錳含量為1.0-1.5wt％。

根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的鑄造青銅合金材料，其中，鎳含量為0.8-1.2wt％，所述鑭或鈰含量為0.5-0.7wt％。

根據(jù)本發(fā)明的一個具體實施方式，提供了一種制備鑄造青銅合金材料的方法，該鑄造青銅合金材料為根據(jù)以上所述的鑄造青銅合金材料，該方法包括以下步驟：

步驟一：按照配比將鋁、鐵、錳、鎳、銅置于工頻電爐內(nèi)，加熱至1100度完全熔化并保溫；

步驟二：將預(yù)定含量的稀土元素鑭和/或鈰添加到保溫中的合金熔體當(dāng)中，開啟振動裝置與攪拌裝置；

步驟三：將粒徑50μm～100μm的鍍鎳碳化硅顆粒添加到合金熔體當(dāng)中，同時再次進(jìn)行攪拌；

步驟四：將攪拌完成的合金熔體轉(zhuǎn)移至鑄造保溫爐當(dāng)中，第三次進(jìn)行攪拌；

步驟五：將攪拌完成的合金熔體靜止后取樣檢測，以確定成份在設(shè)定范圍之內(nèi)；

步驟六：成份合格后，采用導(dǎo)流管直接將熔體引入結(jié)晶器，結(jié)晶器內(nèi)涂抹潤滑油，爐膛內(nèi)覆蓋炭黑；

步驟七：根據(jù)核電汽輪機(jī)閥體用材料的要求進(jìn)行鑄造，包裝入庫。

根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的制備鑄造青銅合金材料的方法，其中，所述步驟二中，振動裝置的振動頻率為8次/秒，攪拌裝置的攪拌速率為250轉(zhuǎn)/分鐘，攪拌時間為10-15分鐘。

根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的制備鑄造青銅合金材料的方法，其中，所述步驟三中攪拌速率為300轉(zhuǎn)/分鐘，攪拌時間15-20分鐘。

根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的制備鑄造青銅合金材料的方法，其中，所述步驟四中攪拌時間為15-20分鐘，速率為400轉(zhuǎn)/分鐘。

根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的制備鑄造青銅合金材料的方法，其中，炭黑的厚度為3-5cm。

本發(fā)明提供的核電汽輪機(jī)閥體用鑄造青銅合金材料，通過在傳統(tǒng)青銅材料中加入預(yù)處理的碳化硅陶瓷顆粒即鍍鎳碳化硅顆粒，提高了鑄造青銅合金材料的硬度；通過適當(dāng)添加增強(qiáng)相稀土元素鑭或鈰，細(xì)化了晶粒，改善了合金內(nèi)部材料的徑粒組織結(jié)構(gòu)。由此，本發(fā)明的青銅合金材料在不需要進(jìn)一步鍛打或者熱處理的前提下，即可實現(xiàn)達(dá)到所需的強(qiáng)度和硬度，能夠滿足核電汽輪機(jī)閥體用材料的要求。

同時，本發(fā)明的鑄造青銅合金材料有效避免了傳統(tǒng)合金材料因鍛打而產(chǎn)生的開裂現(xiàn)象，顯著降低了青銅材料在鑄造過程中產(chǎn)生的氣孔率，避免了后續(xù)加工，節(jié)約了生產(chǎn)成本，提高了生產(chǎn)效率。

附圖說明

圖1為制備本發(fā)明的鑄造青銅合金材料的工藝流程圖。

具體實施方式

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(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)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。

本發(fā)明的鑄造青銅合金材料，包含：鍍鎳碳化硅0.5-1.5wt％、鋁15-17wt％、鐵4-5.5wt％、錳0.5-1.5wt％、鎳0.5-1.2wt％，鑭或鈰0.2-0.7wt％，余量為銅及不可避免的雜質(zhì)。

在進(jìn)一步的實施例中，所采用的鍍鎳碳化硅的粒徑為50μm～100μm。

在進(jìn)一步的實施例中，鍍鎳碳化硅含量為1.0-1.5wt％，錳含量為1.0-1.5wt％。

在進(jìn)一步的實施例中，鎳含量為0.8-1.2wt％，鑭或鈰含量為0.5-0.7wt％。

其中鍍鎳碳化硅的制備過程為：

步驟一：活化碳化硅顆粒：將40g碳化硅顆粒(平均粒徑為5μm)加入乙酸鎳和硼氫化鈉的醇溶液(12g乙酸鎳、4g硼氫化鈉和1L的乙醇)中，滴加穩(wěn)定劑10％NaOH溶液后常溫攪拌30min，攪拌速度為400r/min，形成混合物一；

步驟二：將步驟一中活化完成的混合物一靜置沉淀，過濾后用蒸餾水洗滌沉淀，洗滌完成后過濾并70-80℃下烘干；

步驟三，化學(xué)鍍鎳：將26g六水硫酸鎳(主鹽)、20g一水次亞磷酸鈉(還原劑)、44g檸檬酸(絡(luò)合劑)和66g硫酸銨(緩沖劑)加入燒杯中，并加入蒸餾水直至固體物質(zhì)全部溶解，形成鍍液；將步驟二中5g烘干的活化碳化硅顆粒和痕量穩(wěn)定劑硫脲加入上述鍍液中形成混合物二，將混合物二水浴加熱并攪拌(加熱溫度為40℃，攪拌速度為400r/min)，并在加熱攪拌的同時加入NaOH溶液調(diào)節(jié)混合物二的pH值為9；

步驟四：將步驟三中化學(xué)鍍鎳完成的混合物二靜置沉淀，過濾后用蒸餾水洗滌沉淀，洗滌完成后過濾并70-80℃下烘干得到鍍鎳碳化硅顆粒。

如圖1所示，本發(fā)明的鑄造青銅合金材料的制備方法包括以下步驟：

步驟一：按照配比將鋁、鐵、錳、鎳、銅置于工頻電爐內(nèi)，加熱至1100度完全熔化并保溫；

步驟二：將預(yù)定質(zhì)量分?jǐn)?shù)的稀土元素鑭和/或鈰添加到保溫中的合金熔體中，開啟振動裝置與攪拌裝置；

步驟三：將通過以上所述鍍鎳碳化硅的制備工藝制備的粒徑50μm～100μm的鍍鎳碳化硅顆粒添加到合金熔體當(dāng)中，同時進(jìn)行再次攪拌；

步驟四：將攪拌完成的合金熔體轉(zhuǎn)移至鑄造保溫爐當(dāng)中，第三次進(jìn)行攪拌；

步驟五：將攪拌完成的合金熔體靜止3-5分鐘，并取樣檢測，以檢測成分是否在設(shè)定含量范圍之內(nèi)；

步驟六：成份合格后，采用導(dǎo)流管直接將熔體引入結(jié)晶器，結(jié)晶器內(nèi)涂抹潤滑油，爐膛內(nèi)覆蓋炭黑；

步驟七：根據(jù)核電汽輪機(jī)閥體用材料的要求進(jìn)行鑄造，包裝入庫。

在進(jìn)一步的實施例中，步驟二中振動裝置的振動頻率為8次/秒，攪拌裝置的攪拌速率為250轉(zhuǎn)/分鐘，攪拌時間為10-15分鐘。

在進(jìn)一步的實施例中，步驟三中攪拌速率為300轉(zhuǎn)/分鐘，攪拌時間15-20分鐘。

在進(jìn)一步的實施例中，步驟四中攪拌時間為15-20分鐘，速率為400轉(zhuǎn)/分鐘。

在進(jìn)一步的實施例中，炭黑的厚度為3-5cm，由此能夠充分避免氧化和生渣。

對本發(fā)明的鑄造青銅合金與傳統(tǒng)的鑄造青銅合金材料和鍛打青銅合金材料的力學(xué)性能進(jìn)行了測試，其結(jié)果如表1所示：

表1：本發(fā)明的鑄造青銅材料與傳統(tǒng)青銅合金材料的性能對比

由此可見，本發(fā)明的新型鑄造青銅合金材料與傳統(tǒng)的鑄造青銅合金材料和鍛打青銅合金材料相比，硬度和成品率明顯提高，氣孔率明顯下降，傳統(tǒng)上，鍛打過程能夠有效降低鑄造合金產(chǎn)品的氣孔率，但本發(fā)明的合金材料即使不進(jìn)行鍛打過程即可有效消除氣孔，且與鍛打青銅合金相比，降低氣孔率的成效更加顯著。

以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例，并非用來限定本發(fā)明的實施范圍；如果不脫離本發(fā)明的精神和范圍，對本發(fā)明進(jìn)行修改或者等同替換，均應(yīng)涵蓋在本發(fā)明權(quán)利要求的保護(hù)范圍當(dāng)中。