[发明专利]一种高强度耐磨复杂铜合金及其制备方法

说明书

技术领域

 本发明涉及金属冶炼技术领域，具体的说是一种高强度耐磨复杂铜合金及其制造方法。

背景技术

同步器齿环是汽车变速箱中变速用的一个汽车零部件，一般情况下材料为铜合金。但目前使用的多元复杂铜合金材料要么耐磨性较好，要么机械性能较优，或者耐磨性能和机械性能都比较优异但材料和制造成本比较高，缺乏一种综合性能都比较好而且成本较低材料。

同步器行业在追求铜合金齿环材料综合性能更加优异的发展之路中，来自成本的压力越趋明显，与市场对价格的要求背道而驰。迫切需要开发出一种成本相对低廉但同时具有优异机械性能和耐磨耗性能的铜合金材料，满足变速过程中的同步环齿轮啮合部位耐冲击、齿环摩擦面耐磨的多重性能要求。

发明内容

本发明的目的在于提供一种机械性能优异，同时磨耗性能也比较优良，材料成本相对较低的复杂黄铜材料及制造方法。

一种高强度耐磨复杂铜合金材料，其组分重量百分比如下：

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。

本高强度耐磨铜合金机械性能的抗拉强度为700MPa，延伸率为8%。

本高强度耐磨铜合金的单体磨耗性能可以控制在0.3mm以内。

一种高强度耐磨复杂铜合金材料的制备方法，其步骤如下：

①     分别准备Cu、Zn、Pb及制备四元中间合金备用；

②     将炉膛清理干净，先加入200kg左右FM6405屑料及冰晶石进行熔化，再加入四元中间合金40～50kg、电解铜铜板70～100kg，升温熔炼，继续加入成型FM6405回炉料；

③     上述材料熔化后，加冰晶石除渣一次；

④     每20～30分钟加入200～300kg FM6405屑料，每次加屑料时加入冰晶石及成型FM6405回炉料，升温熔炼，沸腾2分钟左右；

⑤     捞净浮渣后加木炭覆盖，加入电解铜铜板70～100kg，然后加入Zn30～60kg、加入Pb不多2.4kg，继续升温熔化；

⑥     材料全部熔化完后，升温沸腾2～3分钟，加入冰晶石，静置5～10分钟，除渣，除渣后加木炭覆盖；

⑦     升温到1130℃以上，静置5～10分钟，取样，调整成分，直至各元素在材料规定的管理幅范围内，成分合格；

⑧     调整温度至1130～1180℃，进行半连续铸造生产出铸锭；

⑨     将步骤⑧所得铸锭切断至一定长度挤压锭，热挤压到所需规格管材。

所述四元中间合金，其组份重量百分比如下：

Al   32.0%～36.0%

Mn   48.0%～53.0%

Si    8.0%～11.0%

Fe    5.0%～7.0%

所述四元中间合金的制备方法，其步骤如下：

1)    先放1/4～1/3的铝（Al）到炉内，周围放铁（Fe）块或边角余料。

2)    升温熔化，待铝（Al）、铁（Fe）全部熔化后，放入剩余1/2的铝（Al）锭，周围放硅（Si），升温熔化；

3)    硅（Si）熔化后，升温，待溶液颜色变浅后，加入金属锰（Mn），边加Mn边加入助熔剂；

4)    当锰（Mn）熔化后加入剩余铝（Al）锭进行熔化；

5)    待全部熔化后，保温15～25min，保温温度保持在1200～1350℃之间，保证高熔点金属能全部熔化；然后静置，搅拌除渣；

6)    准备浇注及浇注中间合金锭。

所述步骤⑶中的助熔剂加入比例为每次加锰（Mn）的1%。

本发明一种高强度耐磨复杂铜合金材料及其制备方法的优点是：该材料具有良好的综合机械性能，加工的齿环磨耗性能优异，材料制作成本相对较低；金属Al增强材料基体的强度；金属Mn、Si形成高硬度耐磨的Mn₅Si₃强化相，提高耐磨性能；金属Pb有效改善铸造黄铜的切削加工性能，提高耐磨性；四元中间合金通过合金化降低其中高熔点元素熔点提高熔化效率。

具体实施方式