[发明专利]多元耐磨铜合金

说明书

本发明涉及有色合金，特别是关于含铜、锌、铝、硅、锰、锡、钴、铍、稀土等元素的多元耐磨铜合金。适用于制作轧机等机械设备的耐磨零部件（如轧机提升螺母、轧机万向接轴月牙衬垫等）。

现有的轧机万向接轴月牙衬垫、轧机提升螺母等零部件一直沿用锡青铜、铝青铜（成分见表1）等铜合金材料，其使用寿命较低，如板带轧机万向接轴月牙衬垫的使用寿命为4～7天，Φ750轧机提开螺母的使用寿命为7天。更换频繁，铜合金耗量大，也影响轧机的作业率。

本发明的目的在于避免上述现有技术中的不足之处，提供一种高强韧性、高耐磨性的铜合金，提高轧机耐磨零部件（如轧机万向接轴月牙衬垫、轧机提升螺母等）的使用寿命，提高轧机的作业率。

本发明的目的可以通过以下措施来达到：

本发明是一种多元耐磨铜合金（成分见表1），含有铜、锌、铝、硅、锰、锡、钴、铍、稀土等元素，其化学成分为（重量%）：

Cu50.0～70.0、Zn20.0～35.0、Al2.0～8.0、Si1.0～4.0Mn4.0～15.0、Sn2.0～6.0、Co0.3～0.5、Be0.2～1.0、RE0.05～0.2。

本发明多元耐磨铜合金的熔制工艺：在坩埚中熔炼，当坩埚呈暗红（700～800℃）加入Cu和Zn，Mn、Al、Si、Co、Be等元素以中间合金形式加入，待全部熔化后加入Sn，出炉前加入稀土，出炉温度为1050℃～1100℃。

本发明多元耐磨铜合金的浇铸工艺：采用金属模或砂模（干型）铸造，金属模预热温度为150℃，浇注温度为960～1000℃。

本发明多元耐磨铜合金的成分含量范围根据下述理由确定：

锌：

Zn对合金的耐磨性有重大影响，使基体呈β相，其耐磨性优良，但韧性较差，为得到优良的耐磨性和韧性，基体相应为α+β相，α相是面心立方结构，塑性较好，当Zn的含量小于20%时，耐磨性较差，当Zn的含量大于35%时，易出现γ相组织，使韧性降低。因此，Zn的含量应在20～35%范围内。

铝：

Al是增强母相强度，起固溶、强化作用的元素，当铝的含量小于2%时，强化效果不显著，超过9%时，改变母相的晶体结构，使熔铸工艺变得复杂。因而，将铝的含量控制在2～8%之间。

硅和锰：

Mn和Si可形成Mn₅Si₃金属间化合物，显微硬度较高，当均匀弥散在基体中时可显著提高材料的耐磨性能，当Mn₅Si₃的含量小于1%时，效果不明显，若超过10%时，使材料的韧性降低。锰元素除上述作用外，还可强化基体。因而，将锰的含量控制在4～15%，硅含量控制在1.0～4.0%范围内。

钴：

Co可以显著提高合金的强度和耐疲劳性能，且可细化晶粒，阻止粗大的Mn-Si金属间化合物生成。当Co的含量小于0.2%时，效果不明显，当Co的含量超过0.7%时，效果不再增强，因Co的价格高，故Co的含量控制在0.3～0.5%的范围内。

锡：

Sn可以固溶强化合金，提高合金的耐磨性，当Sn的含量小于1%时，效果不明显，当Sn的含量超过10%时，铸件偏析严重，故将Sn的含量控制在2～6%范围内。

铍：

Be的原子半径小，在基体中起间隙固溶强化作用，当Be的含量小于0.1%时，作用不明显，当Be的含量大于2%时，作用不再明显增强，由于Be的价格较高，因而，将Be的含量控制在 0.2～1.0%范围内。

稀土：

RE元素在合金中起细化晶粒、纯净组织的作用，RE元素可与低熔点有害元素如Pb、Bi形成高熔点的化合物，弥散分布在合金中起结晶晶核作用，当RE含量小于0.03%时，作用不明显，当RE含量大于0.2%时，使熔液粘度增加，不利于浇铸，因而，将RE元素的含量控制在0.05～0.2%范围内。

实施例1：

用本发明多元耐磨铜合金制作某轧钢厂Φ750轧机的提升螺母，其化学成分为：Cu61%，Al4%，Mn4%，Si1.2%，Co0.5%，Be0.2%，Sn3%，RE0.1%，余量为Zn，采用坩埚炉熔制，1050℃出炉，1000℃金属模浇铸成坏后，机加工成型。其使用寿命达60天，比原ZQAl10-4-4铝青铜的轧机升降螺母（使用寿命为7天）使用寿命提高近8倍。

实施例2：