[发明专利]含锰黄铜合金及其制备方法在审

专利信息
申请号: 201510205771.9 申请日: 2015-04-27
公开(公告)号: CN104831115A 公开(公告)日: 2015-08-12
发明(设计)人: 梅景;李宁;杨朝勇;赵红彬;任世影;陈湖 申请(专利权)人: 宁波博威合金材料股份有限公司
主分类号: C22C9/04 分类号: C22C9/04;C22F1/08;C22C1/02
代理公司: 宁波市鄞州盛飞专利代理事务所(普通合伙) 33243 代理人: 张向飞
地址: 315135 浙*** 国省代码: 浙江;33
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摘要:
搜索关键词: 黄铜 合金 及其 制备 方法
【说明书】:

技术领域

发明涉及一种含锰黄铜合金及其制备方法,属于合金材料技术领域。

技术背景

涡轮增压器是汽车发动机的一个重要组件,可以提高发动机进气量,从而提高发动机的功率和扭矩,让车子动力更足。一台发动机装上涡轮增压器后,其最大功率与未装增压器的时候相比可以增加40%及以上。浮动轴承及止推片是涡轮增压器中的核心组件,正常工作时,轴承转速在6万-12万转/分钟以上,对材料的耐磨性能和稳定性能有严苛的要求,由于铜钢组成的摩擦副在该工况下能形成良好的油膜,因此涡轮增压器的浮动轴承和止推片广泛选用铜合金材料,常见的有铅锡青铜、锰黄铜等。由于涡轮增压器的工作转速极高,其润滑介质温度一般在200℃以上,而零件的温度极限达到350℃,因此要求材料具有非常好的热稳定性能以保证在长时间高温工况下的运转。而目前常用的铅锡青铜在高温下性能不稳定,其强度会出现明显的下降,会造成材料的磨损加剧等问题,缩短涡轮增压器的使用寿命。

除此之外欧盟ELV指令对汽车用铜合金无铅化指令豁免条款即将到期,用于汽车零部件的铜合金包括涡轮增压器浮动轴承及止推片用铜合金的无铅化需求越来越迫切。目前用的铅锡青铜如C93200,该合金具有较好的耐磨性能及自润滑性能,但其含有近7%的铅含量,并且抗拉强度仅有250MPa,无法完全满足涡轮增压器的工况及环保要求。而常用的低铅合金锰黄铜如CW713R,由于其也含有近0.8%的铅,不能满足ELV指令的铅含量控制要求。

但而随着我国汽车工业的急速发展与人均汽车占有量的快速提升以及政府对环境保护越来越重视,汽车涡轮增压将是一个非常明显的发展趋势。作为涡轮增压器中核心组件浮动轴承和止推片原材料对高温稳定性和无铅化的需求是亟需解决的问题,目前国内尚未有相关的技术提出以上问题的解决方案。因此开发一款在高温条件下具有较好耐磨性能的无铅铜合金材料迫在眉睫。

发明内容

本发明的第一个目的在于针对现有技术中存在的不足,提供一种具有优异的力学性能的同时具有良好的切削性能和较好的热稳定性的含锰黄铜合金。

本发明的上述目的通过如下技术方案实现,一种含锰黄铜合金,该合金的成分包括铜、锰、铝、硅、锌,所述的含锰黄铜合金经成品前热处理后的微观组织包括(按体积百分比计)1-15%的α相,1-6%的MnSi化合物相,大于80%的β相。

经成品前热处理后,α相、MnSi相均匀的分布在β相组织之中,使材料组织分布均匀,在后续高温稳定性能测试时,在200℃的条件下仍能保持长时间的热稳定性能。另外析出的α相在合金中起到提升材料的塑性及韧性的作用,满足浮动轴承及止推片材料在涡轮增压器中的应用,避免由于塑性及韧性较差,在涡轮增压器运转过程中出现异常状况,同时由于α相较软,在高速摩擦过程中起冲击缓冲作用,防止MnSi相脱落在高速摩擦中划伤零件的表面,降低零件的使用寿命。由于β相比α相更硬更脆,因此在零件机加工的过程中就容易形成断屑,从而解决了材料在机加工过程中容易出现的缠刀的问题,使得材料在无铅的条件下仍能快速的加工。再配合成品前热处理使相组织的分布更加均匀,也进一步提升了材料的机加工性能,同时保护了机加工过程中由于组织不均而导致刀具受损的问题,节约了成本。因此,与现有技术相比,本发明含锰黄铜合金具有更佳的高温稳定性能、耐磨损性能和较低的摩擦系数,组织分布均匀,切削性能好,满足了制造业原材料无铅化的需求。

在上述的含锰黄铜合金中,所述含锰黄铜合金的成分按重量百分比计包括:铜56-60%、锰0.5-3.0%、铝0.5-3.0%、硅0.05-2%、铅<0.1%,余量为锌及不可避免的杂质。

作为优选,所述含锰黄铜合金的成分按重量百分比计包括:铜56.3-59.4%、锰0.8-2.68%、铝0.8-3.0%、硅0.1-2%、铅<0.1%,余量为锌及不可避免的杂质。

在无铅黄铜合金中,锰元素大量固溶于铜锌基体,起到固溶强化的作用,并与硅、铝元素相互作用形成化合物,在一定的组分范围内提高了耐磨性能,并且提高了合金的热稳定性、抗烧着磨损性及合金材料的强度。在本发明含锰黄铜合金中但若Mn的含量小于0.5%,则无法形成足量的锰硅化合物,无法有效提高材料的抗磨性能,同样,若Mn的含量超过了3.0%,则材料的脆性会大大提升。

Si元素的添加不仅可以提高铸造的流动性,与锰或镍元素形成了金属间化合物,提高了材料的耐磨损性能,还能减少α相的生成,保证了材料的切削加工性能。但是过量的Si会增大合金的脆性,造成合金的应力开裂现象。因此,本申请黄铜合金中Si的含量应控制在0.05-2.0%。

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