一種高強度耐磨合金Cu-15Ni-8Sn的制備方法
【專利摘要】一種高強度耐磨合金Cu?15Ni?8Sn的制備方法，其工藝如下：加電解銅+鎳→中頻無芯感應電爐→加木炭→通入1個大氣壓的氮氣→熔煉→1300～1350℃熔煉30～65分鐘→在1250～1300℃加入錫熔化→加入精煉劑、脫氧劑→攪拌→加入晶粒細化劑→加入變質(zhì)劑→扒渣→爐前化驗→成分合格→電磁鑄造→切頭切尾→扒皮→爐后成分化驗→組織結(jié)構(gòu)分析→性能檢測。本發(fā)明利用中頻無芯感應電爐熔煉鑄造的Cu?15Ni?8SnC72900合金，生產(chǎn)成本低、開發(fā)產(chǎn)品質(zhì)量高。開發(fā)產(chǎn)品可以應用于國防軍工、海洋工程、高端制備制造業(yè)，解決國家國防軍工、海洋工程、高端裝備制造業(yè)對高性能銅合金材料日益迫切的需求。
【專利說明】
一種高強度耐磨合金Cu-15N 1-8Sn的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001 ]本發(fā)明屬于合金制備技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種采用中頻熔煉爐、電磁鑄造法進行生產(chǎn)的高強度耐磨錫白銅合金Cu-15N1-8Sn的制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]C72900合金是美國標準中的牌號，中國的牌號表示為Cu-15N1-8Sn，該合金具有高強度、高硬度、高彈性、高韌性、高導電穩(wěn)定性、優(yōu)良耐磨性和耐蝕性，在高溫下具有良好的抗應力松弛能力和能夠保持形態(tài)穩(wěn)定的能力，不發(fā)生形變及具有很小的應力松弛，正在逐漸取代鈹青銅的使用。國內(nèi)對C72900合金主要用于國防軍工、海洋工程、高端制備制造業(yè)，解決國家國防軍工、海洋工程、高端裝備制造業(yè)對高性能銅合金材料日益迫切的需求。
[0003]中國目前對C72900合金的生產(chǎn)已開展了很多研究性試驗和試生產(chǎn)，最常用的生產(chǎn)方法主要有真空熔煉法、粉末冶金法、快速凝固法及機械合金化法。真空熔煉法選用電解銅、電解鎳、工業(yè)純錫為原料，一次性把原料加入真空爐內(nèi)進行熔煉，存在夾雜物難去除，錫的揮發(fā)及鑄錠存在嚴重偏析，為消除錫元素的嚴重偏析，需要對生產(chǎn)的鑄錠在850?900°C高溫下進行長時間的均勻化退火。用真空熔煉法生產(chǎn)的C72900鑄錠不僅鑄錠中存在夾雜，且用該法生產(chǎn)的鑄錠能耗高;粉末冶金法是將合金原料通過霧化法、噴射法、離子濺射法、氣相蒸發(fā)法等制得預合金粉，再采取不同的途徑將制成的原料粉末成型，目前常用的方法是將預合金粉直接通過輥乳制成帶材，即通過垂直乳輥間的料斗加入預先制好的預合金粉，依靠粉末與乳輥表面間的摩擦力將粉末送入乳輥，粉末顆粒之間通過乳輥的壓力產(chǎn)生機械粘合，制成帶材，然后燒結(jié)，用此法制備C72900合金也能很好地避免合金中元素的成分偏析，且能精確控制合金成分，但因生產(chǎn)成本高，且生產(chǎn)工序復雜一般采用較少;快速凝固法是通過形成小尺寸合金熔體來增大熔體散熱面積，使得熔體材料在高速冷卻條件下，在極短時間內(nèi)迅速凝固，從而獲得結(jié)構(gòu)和性能均優(yōu)良的新型合金材料?？焖倌谭茏畲蟪潭葴p小錫的偏析和枝晶偏析間距，由此法制得的合金成分均勻，性能優(yōu)異，但該方法存在工藝復雜、設(shè)備昂貴等問題，因而工業(yè)推廣有一定的難度。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是針對現(xiàn)有技術(shù)中的缺點而提供一種高強度耐磨合金Cu-15N1-8Sn的制備方法。
[0005]為解決本發(fā)明的技術(shù)問題采用如下技術(shù)方案:
一種高強度耐磨合金Cu-15N1-8Sn的制備方法，其工藝如下:
加電解銅+鎳—中頻無芯感應電爐—加木炭—通入I個大氣壓的氮氣—熔煉—1300?1350°C熔煉30?65分鐘—在1250?1300 °C加入錫熔化—加入精煉劑、脫氧劑—攪拌—加入晶粒細化劑—加入變質(zhì)劑—扒渣—爐前化驗—成分合格—電磁鑄造—切頭切尾—扒皮—爐后成分化驗—組織結(jié)構(gòu)分析—性能檢測。
[0006]上述工藝的具體步驟為: 向中頻無芯感應電爐中投入電解銅和鎳原料后，開爐升溫，當銅、鎳原料開始熔化，馬上通入氮氣保護氣體確保爐膛上面的空氣被排出，氮氣的氣壓為I個大氣壓，當爐料熔化后，然后加入烘烤好的木炭進行覆蓋熔體，防止熔體在熔煉過程中吸氣，木炭覆蓋厚度為20?35毫米，繼續(xù)升溫使熔煉溫度為1300?1350°C時，保溫30?65分鐘后在1250?1300 °C加入工業(yè)純錫原料，熔化5?10分鐘后，加入精煉劑，加入磷銅中間合金脫氧劑，再加入晶粒細化劑和變質(zhì)劑，熔化5?20分鐘后進行拔渣，然后進行爐前成分化驗，化學成分合格后進入電磁鑄造，電磁鑄造時先對鑄造鐵模進行烘烤，烘烤溫度400?450°C，烘烤時間6?8小時，電磁鑄造時在鑄模上方通入I個大氣壓的氮氣，同時在模內(nèi)加入熔劑炭黑覆蓋，對鑄造后的鑄錠進行去頭去尾和扒皮，然后取樣進行鑄錠化學成分、金相和力學性能檢測、導電率檢測、含氧量測量，得到最終產(chǎn)品。
[0007]所述電解銅與鎳的質(zhì)量比為77:15。
[0008]所述工業(yè)純錫與純鎳的質(zhì)量比為8:15。
[0009]所述精煉劑的質(zhì)量配制比例為質(zhì)量分數(shù)33%的螢石、質(zhì)量分數(shù)42%的碳酸鈣、質(zhì)量分數(shù)25%的冰晶石，所述加入精煉劑的加入量為原料總質(zhì)量的0.5?1.5%。
[0010]所述精煉劑的配制比例為質(zhì)量分數(shù)60%的硼砂+質(zhì)量分數(shù)40%的玻璃，所述加入精煉劑的加入量為原料總質(zhì)量的0.5?1.5%。
[0011 ]所述磷銅脫氧劑的加入量為原料總質(zhì)量的0.5?I %。
[0012]所述晶粒細化劑的加入量為原料總質(zhì)量的0.2?0.5%。
[0013]所述變質(zhì)劑為Ti和Zr，變質(zhì)劑Ti和Zr的加入量為原料質(zhì)量的0.5?1.5%。
[0014]在進行爐前成分化驗時，化學成分不合格，加料進行補償，直至化學成分合格后進行饒鑄。
[0015]本發(fā)明采用中頻無芯感應熔煉爐進行熔煉，在熔煉過程中進行氮氣保護，避免熔體吸氣。由于錫元素熔點低，密度小，易揮發(fā)，因而在熔煉過程中為降低該元素的氧化和燒損，在熔煉后期加入錫原料，在熔煉過程中加入精煉劑、除氧劑及晶粒細化劑，進行去除雜質(zhì)及脫氧，同時細化晶粒，減小錫元素的偏析。因而利用該法生產(chǎn)C72900不但生產(chǎn)成本低，而且脫氧除雜效果好。在精煉過程中加入晶粒細化劑，晶粒細化劑產(chǎn)品有優(yōu)異的細化效果，從而得到細小的等軸晶，特別是減少柱狀晶，能有效地克服鑄造過程中出現(xiàn)的一些鑄造缺陷。利用中頻無芯感應電爐進行熔煉時，在出爐前進行扒渣，進一步減少鑄錠中的雜質(zhì)含量，且在鑄造過程中利用電磁攪拌和氮氣保護，進一步減小偏析和細化晶粒，同時防止在鑄造過程中吸氣。為了降低生產(chǎn)成本，節(jié)約能耗，減少鑄錠中的金屬及非金屬夾雜，減小錫元素的偏析，因而采用中頻無芯感應熔煉爐進行熔煉，在熔煉時利用氮氣進行保護，在鑄造時利用電磁鑄造減小錫兀素的偏析，達到細化晶粒而生廣尚品質(zhì)的C72900錫白銅。
[0016]本發(fā)明利用中頻無芯感應電爐熔煉鑄造的Cu-15N1-8SnC72900合金，生產(chǎn)成本低、開發(fā)產(chǎn)品質(zhì)量高。開發(fā)產(chǎn)品可以應用于國防軍工、海洋工程、高端制備制造業(yè)，解決國家國防軍工、海洋工程、高端裝備制造業(yè)對高性能銅合金材料日益迫切的需求。今年對C72900錫白銅最強勁的需求為軍工領(lǐng)域，市場前景好，產(chǎn)品利潤空間大，因而采用該法生產(chǎn)C72900是銅及銅合金加工企業(yè)最有前景的生產(chǎn)方法。
【具體實施方式】
[0017]實施例1
向30公斤中頻無芯感應電爐中投入19.25公斤電解銅、3.75公斤純鎳原料后，開爐升溫，然后通入氮氣保護氣體，氮氣的保護氣壓為I個大氣壓，當爐料基本熔化后，然后加入烘烤好的木炭進行覆蓋熔體，木炭覆蓋厚度為35毫米厚，將熔體完全覆蓋，防止熔體在熔煉過程中吸氣。繼續(xù)升溫使熔煉溫度為1300°C時，保溫65分鐘后在130(TC加入2公斤工業(yè)純錫原料，但由于錫熔點低、易揮發(fā)，實際加料時為上述錫計算質(zhì)量的125%。熔化5分鐘后，加入125g的精煉劑，其中精煉劑的質(zhì)量配制比例為:60%硼砂+40%玻璃，加入125g的磷銅脫氧劑，再加入50g晶粒細化劑和125g變質(zhì)劑Ti和變質(zhì)劑Zr，熔化20分鐘后進行拔渣，然后進行爐前成分化驗，如果化學成分合格，進入電磁鑄造，如果化學成分不合格，加料進行補償，直至化學成分合格后進行澆鑄。電磁鑄造時先對鑄造鐵模進行烘烤，烘烤溫度4500C，烘烤時間6小時。電磁鑄造時在鑄模上方通入1.0個大氣壓的氮氣，保護熔體以免吸氧，同時在模內(nèi)加入熔劑炭黑覆蓋，以免熔體吸氣造成氧含量過高及氧與錫發(fā)生氧化反應造成錫元素燒損致使錫含量降低。對鑄造后的鑄錠進行去頭去尾和扒皮，然后取樣進行鑄錠化學成分、金相和力學性能檢測、導電率檢測、含氧量測量。
[0018]實施例2
向30公斤中頻無芯感應電爐中投入19.25公斤電解銅、加入3.75公斤鎳原料后，開爐升溫，然后通入氮氣保護氣體，氮氣的保護氣壓為I個大氣壓，當爐料基本熔化后，然后加入烘烤好的木炭進行覆蓋熔體，木炭覆蓋厚度約為20毫米厚，將熔體完全覆蓋，防止熔體在熔煉過程中吸氣。繼續(xù)升溫使熔煉溫度為1350 0C時，保溫30分鐘后在1250 °C加入入2公斤工業(yè)純錫原料，但由于錫熔點低、易揮發(fā)，實際加料時為上述錫計算質(zhì)量的125%。熔化10分鐘后，加入375g的精煉劑，其中精煉劑的質(zhì)量配制比例為:33%螢石+42%碳酸鈣+25%冰晶石，加入250g的磷銅脫氧劑，再加入晶粒細化劑125g，加入375g變質(zhì)劑Ti和變質(zhì)劑Zr，熔化5分鐘后進行拔渣，然后進行爐前成分化驗，如果化學成分合格，進入電磁鑄造，如果化學成分不合格，加料進行補償，直至化學成分合格后進行澆鑄。電磁鑄造時先對鑄造鐵模進行烘烤，烘烤溫度400°C，烘烤時間8小時。電磁鑄造時在鑄模上方通入1.0個大氣壓左右的氮氣，保護熔體以免吸氧，同時在模內(nèi)加入熔劑炭黑覆蓋，以免熔體吸氣造成氧含量過高及氧與錫發(fā)生氧化反應造成錫元素燒損致使錫含量降低。對鑄造后的鑄錠進行去頭去尾和扒皮，然后取樣進行鑄錠化學成分、金相和力學性能檢測、導電率檢測、含氧量測量。
【主權(quán)項】
1.一種高強度耐磨合金Cu-15N1-8Sn的制備方法，其特征在于工藝如下: 加電解銅+鎳—中頻無芯感應電爐—加木炭—通入I個大氣壓的氮氣—熔煉—1300?1350°C熔煉30?65分鐘—在1250?1300 °C加入錫熔化—加入精煉劑、脫氧劑—攪拌—加入晶粒細化劑—加入變質(zhì)劑—扒渣—爐前化驗—成分合格—電磁鑄造—切頭切尾—扒皮—爐后成分化驗—組織結(jié)構(gòu)分析—性能檢測。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高強度耐磨合金Cu-15N1-8Sn的制備方法，其特征在于上述工藝的具體步驟為: 向中頻無芯感應電爐中投入電解銅和鎳原料后，開爐升溫，當銅、鎳原料開始熔化，馬上通入氮氣保護氣體確保爐膛上面的空氣被排出，氮氣的氣壓為I個大氣壓，當爐料熔化后，然后加入烘烤好的木炭進行覆蓋熔體，防止熔體在熔煉過程中吸氣，木炭覆蓋厚度為20?35毫米，繼續(xù)升溫使熔煉溫度為1300?1350°C時，保溫30?65分鐘后在1250?1300 °C加入工業(yè)純錫原料，熔化5?10分鐘后，加入精煉劑，加入磷銅中間合金脫氧劑，再加入晶粒細化劑和變質(zhì)劑，熔化5?20分鐘后進行拔渣，然后進行爐前成分化驗，化學成分合格后進入電磁鑄造，電磁鑄造時先對鑄造鐵模進行烘烤，烘烤溫度400?450°C，烘烤時間6?8小時，電磁鑄造時在鑄模上方通入I個大氣壓的氮氣，同時在模內(nèi)加入熔劑炭黑覆蓋，對鑄造后的鑄錠進行去頭去尾和扒皮，然后取樣進行鑄錠化學成分、金相和力學性能檢測、導電率檢測、含氧量測量，得到最終產(chǎn)品。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種高強度耐磨合金Cu-15N1-8Sn的制備方法，其特征在于:所述電解銅與鎳的質(zhì)量比為77:15。4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種高強度耐磨合金Cu-15N1-8Sn的制備方法，其特征在于:所述工業(yè)純錫與純鎳的質(zhì)量比為8:15。5.根據(jù)權(quán)利要求3或4所述的一種高強度耐磨合金Cu-15N1-8Sn的制備方法，其特征在于:所述精煉劑的配制比例為質(zhì)量分數(shù)33%的螢石、質(zhì)量分數(shù)42%的碳酸鈣、質(zhì)量分數(shù)25%的冰晶石，所述加入精煉劑的加入量為原料總質(zhì)量的0.5?1.5%。6.根據(jù)權(quán)利要求3或4所述的一種高強度耐磨合金Cu-15N1-8Sn的制備方法，其特征在于:所述精煉劑的質(zhì)量配制比例為質(zhì)量分數(shù)60%的硼砂+質(zhì)量分數(shù)40%的玻璃，所述加入精煉劑的加入量為原料總質(zhì)量的0.5?1.5%。7.根據(jù)權(quán)利要求3或4所述的一種高強度耐磨合金Cu-15N1-8Sn的制備方法，其特征在于:所述磷銅脫氧劑的加入量為原料總質(zhì)量的0.5?I %。8.根據(jù)權(quán)利要求3或4所述的一種高強度耐磨合金Cu-15N1-8Sn的制備方法，其特征在于:所述晶粒細化劑的加入量為原料總質(zhì)量的0.2?0.5%。9.根據(jù)權(quán)利要求3或4所述的一種高強度耐磨合金Cu-15N1-8Sn的制備方法，其特征在于:所述變質(zhì)劑為Ti和Zr，變質(zhì)劑Ti和Zr的加入量為原料質(zhì)量的0.5?1.5%。10.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種高強度耐磨合金Cu-15N1-8Sn的制備方法，其特征在于:在進行爐前成分化驗時，化學成分不合格，加料進行補償，直至化學成分合格后進行澆鑄。
【文檔編號】B22D27/02GK105886807SQ201610381158
【公開日】2016年8月24日
【申請日】2016年6月1日
【發(fā)明人】陳琴, 樊昱, 凌得魁, 郭廷彪, 趙堂昌, 張海峰, 趙文輝
【申請人】金川集團股份有限公司