[发明专利]一种新型无Pb锡青铜合金及采用该合金制造管材的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种新型无Pb锡青铜合金及采用该合金制造管材的方法。

背景技术

锡青铜以Sn为主要合金元素的青铜，含锡量一般为3～14质量％，其具有较高的力学性能、耐磨性能和耐蚀性，易切削加工，钎焊和焊接性能好，收缩系数小，无磁性等优点，广泛用于弹性元件和耐磨零件的制造。

现有的锡青铜材料为了实现改善切屑性能往往会添加Pb元素，但Pb及含Pb化合物对人体有毒，摄取后主要贮存在骨骼内，部分取代磷酸钙中的Ca，不易排出。中毒较深时引起神经系统损害，严重时会引起铅毒性脑病。因此，随着环保意识的明显提高，国内外市场日益要求开发新型不含铅元素的青铜合金。

另外，稀土元素被称为合金的“维生素”，通过向合金中加入不同种类的适量合金元素，能够显著提高合金的性能，特别是取得某些方面，例如声光电磁等方面的特殊性能，因此广泛应用于电子、石油化工、冶金、机械、能源、轻工、环境保护、农业等领域。但目前采用稀土元素来改善青铜合金的力学性能的报道鲜见。

发明内容

本发明的发明人鉴于上述问题，提出了采用Si元素代替Pb元素，通过Si﹑Sn﹑Zn﹑Bi、Fe、Mn、Cu之间的配比，并添加稀土元素来得到力学性能方面足以取代传统的含Pb元素的锡青铜的新型青铜合金。同时，还提出通过该新型青铜合金制备管材的方法。

具体地，通过以下技术方案实现了本发明：

根据本发明的一个实施方式，提供了一种无Pb锡青铜合金，其由以下组成：4-6质量％的Zn、4-6质量％的Sn、1-2.2质量％的Bi、1-2质量％的Fe、0.1-0.5质量％的Mn、0.5-1.5质量％的Si、0.02-0.1质量％的稀土，余量为Cu及不可避免的杂质。

根据本发明的一个实施例，提供了一种无Pb锡青铜合金，所述Zn含量为5质量％。

根据本发明的一个实施例，提供了一种无Pb锡青铜合金，所述Sn含量为5质量％。

根据本发明的一个实施例，提供了一种无Pb锡青铜合金，所述稀土中La含量超过20质量％。

根据本发明的一个实施方式，提供了一种用于制备以上所述的锡青铜管材的方法，其包括以下步骤：

步骤一：称量电解铜﹑Sn﹑Zn﹑Si，并将其置于工频电炉内，加热至1250-1300℃使所述元素完全熔化后在1200℃下进行保温；

步骤二：将Bi、Fe、Mn进行粉末化处理，并将所得粉末与稀土元素均匀混合，将混合所得粉末添加到步骤一所得的熔体中；

步骤三：将完全熔化的合金熔体充分搅拌后，在其上面覆盖高纯度鳞片状石墨粉；

步骤四：保温时间1.2-1.5小时后，对炉内样品进行成分检验，以确定其合金成分在规定范围之内，若出现成分偏差，则对成分进行相应地调整并再次检测，直至成分含量符合要求；

步骤五：在成分确定符合要求之后，进一步保温40-60分钟后，再次升温至1300℃，并开启工频电炉的振动装置，以1次/秒的振动频率进行振动，采用水平连铸方法铸制成空心合金管材；

步骤六：用箱式退火炉对铜管进行挤压前退火，退火温度为200-300℃，时间为20-30分钟；

步骤七：采用光锭机对退火后的毛坯青铜管材进行表面加工，采用2000吨双动挤压机挤压：合金锭加热温度为100-150℃，挤压温度为300℃，挤压速度V＝8mm/s；经过多次挤压后得到青铜管材；

步骤八：将挤压而成的青铜合金管材采用超声波探伤仪进行裂痕及气孔探伤，以挑出不合格产品进行回炉；

步骤九：用高精度车床对探伤完成后经检验合格的合金管进行表面车削，得到青铜合金管材成品。

根据本发明的一个实施例，提供了一种用于制备以上所述的锡青铜管材的方法，进一步，所述步骤三中石墨粉厚度为约11-13cm。

根据本发明的一个实施例，提供了一种用于制备以上所述的锡青铜管材的方法，进一步，在所述步骤三中进行搅拌的工具为特制的石墨工具。

根据本发明的一个实施方式，提供了一种无Pb锡青铜合金管材，其采用本发明的合金，并由本发明的方法制备而成。

发明效果