[发明专利]具有高硬度的耐磨铸造铜合金及制备方法

说明书

本发明公开了一种具有高硬度的耐磨铸造铜合金，包括重量百分比为：12‑13%Al、6.5‑7.5%Ni、5‑6%Fe、1.0‑1.5%Mn，余量为Cu。本发明通过以铜为基材添加铝、镍、铁、锰等元素合理调节铜的金属特性达到了新型合金抗拉强度≥750、屈服强度≥400、拉伸率≥8，硬度HB280‑300的技术特性，具有良好的硬度性能。

技术领域

本发明涉及一种具有高硬度的耐磨铸造铜合金及制备方法。

背景技术

铜合金具有较高的力学性能和耐磨性能，很高的导热性和导电性，是工业生产中广泛应用的结构材料之一。铜合金因具有良好的力学性能和切削加工性能，广泛应用在卫生洁具、水暖器材、仪器仪表、液压阀门等方面。虽然铜结晶温度范围小、充型能力强，有自发的除气作用等，但由于铜在凝固过程容易形成粗大的柱状晶体，铸造组织粗化，在铸造过程中容易热裂和使用过程存在渗漏等现象，影响其使用性能，特别在一些高硬度场合下由于高频的冲击引导对于铜合金的晶体抗热裂和致密性、硬度均有着极高的要求，如何提高铜合金晶体细密度、硬度，降低合金中杂质一直是本领域技术人员研究的对象。

发明内容

本发明提供了一种铜合金柱状晶体细化、杂质含量低、硬度高不易裂的具有高硬度的耐磨铸造铜合金及制备方法。

一种具有高硬度的耐磨铸造铜合金，包括重量百分比为：12-13%Al、6.5-7.5%Ni、5-6%Fe、1.0-1.5%Mn，余量为Cu。本发明以铜为基材添加铝、镍、铁、锰等元素合理调节铜的金属特性达到了新型合金抗拉强度≥750、屈服强度≥400、拉伸率≥8，硬度HB280-300的技术特性，具有良好的硬度性能。

所述的Cu中杂质重量比为Si≤0.2，As%≤0.05，Sn%≤0.2，Zn%≤0.5，Pb%≤0.05。

所述的Cu中含有硼、钛、锆，其中硼、钛、锆占Cu重量的0.02-0.03%。上述元素在占Cu重量的0.02-0.03%范围内显著细化了铜合金的晶粒，使得铜合金的致密性大大提高。所述的硼、钛、锆的重量比为2:1:1。

一种具有高硬度的耐磨铸造铜合金制备方法：

（1）在炉中将坩埚预热至暗红色（500℃）, 加入配制好的熔剂重量成分比为：20%冰晶石十20%氟化钙十60%氟化钠。

（2）将Cu装入预热后的坩埚中快速熔化。

（3）将铜熔化后加入合金重量12-13%Al、6.5-7.5%Ni、5-6%Fe、1.0-1.5%Mn，搅拌棒将其压入；这时因放热反应使很快熔化，并将合金温度迅速升至1200℃以上。

（4）加入预先留下的5-10%铜，以调整温度，最后调整合金液的温度为1150-1175℃。然后通入氯气3-5min进行除气精炼、搅拌除渣、出炉浇铸。

（5）离心铸造模具预热温度为160-200℃，模具工作温度为60-80℃；冷却速度为10-104K/秒。

所述的步骤2、4中的Cu中含有硼、钛、锆，其中硼、钛、锆占Cu重量的0.02-0.03%。所述的步骤2、4中的Cu为两个半圆相互扣合构成的铜球结构，铜球内置有椰壳制造的活性炭。该种铜球结构将椰壳制造的活性炭带入铜液内部，并且随着铜球的融化，活性炭在溶液内部与铜的氧化物发生还原反应，并且由于活性炭的质量较轻，其反应的过程中会上浮，这种上浮不仅可以发生更加充分的还原反应，而且改善了铜溶液的流动性，最终大量的活性炭随着上浮的杂质在铜液表面形成一层抗氧化层，防止铜液发生氧化反应，进一步提高铜液的纯度。所述的椰壳制造的活性炭在置入铜球前浸润24小时的氮气。

由于活性炭良好的吸附性能，特别是椰壳制造的活性炭气相吸附性能更好，其吸附的大量氮气受热汽化形成大量的细密的气泡，使得铜液内的有害金属以及氢等元素非常充分的被杂质带离浮起。