[发明专利]一种耐磨铜合金及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种铜合金，具体是一种耐磨铜合金及其制备方法。

背景技术

随着人们对铜合金的深入研究，发现通过加入少量的不同合金元素、通过工艺控制合金组织，能使材料具有许多优良的新特性。新产品、新技术的实用化使铜合金的品种越来越多，应用领域越分越细，性能要求也越来越高，许多品种已成为某一领域的专用牌号，其中就有以α相+β相为基础的新型复杂黄铜合金，该类材料不但合金基体强度高、韧性强，而且要求在基体上均匀分布有高硬度的耐磨相，与硬度相对较低的基体间形成优良的耐磨机制，从而在摩擦时建立稳定的润滑层，使材料在高速、重载的恶劣工况下，能有效地抵抗载荷的冲击及剧烈的磨损作用，具有良好的高强、耐磨特性。耐磨铜合金材料，自问世以来迅速普及，用于高强度、高耐磨性的重载高速液压转子、轴承、汽车同步器齿环及各种精密耐磨零部件的制造，并随着近年来我国加工制造业的蓬勃发展，市场需求量不断扩大。

现有耐磨铜合金( 如德国标准的CuZn40Al2，美国标准的C67420 ，美国标准的C86300合金)因其优良的力学性能、耐磨性能，热加工性能，被广泛用于工程机械、汽车零部件、液压等制造行业，耐磨铜合金在国内外市场用量都比较大。众所周知，含铅的零部件在生产或使用过程中会造成严重的环境污染，危害人体健康，美国、欧盟等相继出台相关的法律法规对零部件中铅含量进行控制。现在国内外对无铅黄铜的研究较多，并也取得了显著的进步。但对无铅耐磨铜合金的研究较少。随着ROSH指令（欧盟议会和欧盟理事会《关于在电子电器中特定有害物质禁用指令》）和美国加州法案的颁布，对整个制造业的原材料无铅化需求越来越迫切，国内外很多工程机械、液压、汽车零部件等行业龙头企业对铜合金无铅化提出了要求。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：针对现有技术的上述不足，提供了一种具有优异的力学性能的耐磨铜合金。

为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案为：

一种耐磨铜合金，包括以下重量百分比的组分：铜66～68%，锰5～5.5%，铝1.5～1.6%，硅0.75～0.8%，锡0.75～0.8%，镍0.75～0.8%，钴0.75～0.8%，铁0.75～0.8%，镁0.75～0.8%，镧0.1～0.2%，钛0.1～0.2%，铬0.1～0.2%，锆0.1～0.12%，铌0.1～0.12%，其余的余量为锌和不可避免的杂质。

所述耐磨铜合金的相组成为：β相为基体，α相在晶界上呈针状析出，锰硅、铝铁、镍硅、钴硅、铁硅、铬形成的强化相和镍、铁、铝三者形成的强化K相在基体上均匀分布。

所述锰和硅在黄铜中形成的锰硅化合物硬质点其维氏硬度值达700以上。

本发明还提供一种上述耐磨铜合金的制备方法，主要包括以下工艺步骤：

（1）熔炼：所述熔炼温度为1160℃~1200℃，熔炼时采用玻璃和硼砂覆盖；采用10%的铜铬中间合金、40%的铜锆中间合金、20%的铜镍中间合金、20%的铜铁中间合金、10%的铜镁中间合金、10%的铜钴中间合金、10%的铜硅中间合金、10%的铜铌中间合金、20%的铜钛中间合金、20%的铜镧中间合金进行熔炼；熔铸速度为200mm/min，冷却水温度小于35℃；

（2）扒皮：将铸锭的表面去除氧化皮，扒皮的厚度为2~5mm；

（3）水封挤压：将铸锭加热，加热温度为750℃~900℃，再对加热后的铸锭进行挤压，挤压比为8~15，挤压的柱塞速度为5~10mm/s；

（4）拉伸：拉伸时的冷变形采用30%的加工率。

（5）精整。

所述步骤（1）中采用中频炉进行熔炼。

所述步骤（1）中的玻璃与硼砂的比例是3:1，覆盖厚度为100~150mm。

所述步骤（1）中熔炼时金属的添加顺序是：锰、铁、镍、钛、铌、铬、锆、钴、镧、硅、铝、锡、镁。

所述步骤（3）中采用2000KW的工频感应对铸锭加热，采用3000T的油压挤压机进行挤压。

所述步骤（4）中的拉伸变形时采用8%的乳化液，乳化液的温度控制在25℃-30℃，PH值控制在8.0-8.5，乳化液中添加抗氧化剂，抗氧化剂的成分是纯碱，纯碱的含量占乳化液的总量的0.05%。

根据本发明所提供的制备方法制备成的耐磨铜合金，其抗拉强度大于650MPa，延伸率大于5%，具有优良的力学性能。

具体实施方式：