專利名稱：一種高強(qiáng)耐磨黃銅管材的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及有色金屬加工技術(shù)領(lǐng)域，特別是一種高強(qiáng)耐磨黃銅管材的制備方法。
背景技術(shù)：
黃銅是銅合金中最重要的合金品種，以其成本低，性能好而被廣泛用于國民經(jīng)濟(jì)的各個(gè)領(lǐng)域。
目前，在汽車的同步變速齒環(huán)及齒環(huán)管材料的選用是以α相和α+β相為基的單相或雙相黃銅合金，其生產(chǎn)方法采用離心鑄造或水平連鑄或鍛造為主，其生產(chǎn)出的黃銅合金管材，用于制造汽車的同步變速齒環(huán)時(shí)，其最高換檔壽命不超過7～8萬次；究其原因采用離心鑄造或水平連鑄或鍛造為主的鑄造產(chǎn)品，由于鑄造中凝固結(jié)晶過程產(chǎn)生的不均勻性造成鑄造組織中各耐磨相的分布不均勻，因而導(dǎo)致材料的不均勻性磨損，從而降低了該材料制造的產(chǎn)品的耐磨性差，直接影響到汽車的同步變速齒環(huán)的使用壽命。
目前，我們國內(nèi)汽車產(chǎn)銷規(guī)模早已突破400萬輛大關(guān)，汽車同步器齒環(huán)管材的總體市場規(guī)模在萬噸以上，高強(qiáng)耐磨黃銅作為汽車同步變速齒環(huán)專用合金，目前尚無其它經(jīng)濟(jì)新材料可以替代。
申請(qǐng)?zhí)枮?2119486的《多組元耐磨黃銅合金及其管材成形方法》是一種采用立式連續(xù)鑄造的方法拉鑄，其仍然是采用鑄造方法，沒有克服由于鑄造中凝固結(jié)晶過程產(chǎn)生的不均勻性造成鑄造組織中各耐磨相的分布不均勻的問題。

發(fā)明內(nèi)容
為了克服由于鑄造中凝固結(jié)晶過程產(chǎn)生的不均勻性造成鑄造組織中各耐磨相的分布不均勻的問題，本發(fā)明的目的是提供一種高強(qiáng)耐磨黃銅管材的制備方法，特別是應(yīng)用于重載、高速液壓轉(zhuǎn)子、滑履、自潤滑軸承、精密鍛件，例如汽車的同步變速齒環(huán)及齒環(huán)管的黃銅合金材料，以適應(yīng)快速發(fā)展的汽車工業(yè)需要，提高產(chǎn)品質(zhì)量。
本發(fā)明采用如下技術(shù)方案，實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的所述的高強(qiáng)耐磨黃銅管材的制備方法，基于一種以β相為基的單相高強(qiáng)耐磨黃銅管材的基體材料，以Cu-Zn合金為基，通過能形成耐磨相的合金元素如Fe0.5-1.3、Ni2.5-4.0、Mn0.5-0.8、Co1.5-2.0、Si0.5-1.5、AI3.5-4.5、Cr0.1～0.25、Zn27-32，余量為Cu的多元少量合金元素，構(gòu)成復(fù)雜的5～9元合金體系；再以熱加工為主的熱擠制變形工藝，變形程度最大可達(dá)95％以上的熱擠制加工，生產(chǎn)高強(qiáng)耐磨黃銅管材。
所述的高強(qiáng)耐磨黃銅管材的制備方法，首先按配比稱重合金材料，分別先后投入具有熔體攪拌功能強(qiáng)、功率因數(shù)高的工頻有芯感應(yīng)電爐進(jìn)行熔煉；鑄造采用1300～1400℃的非直接水冷的紅錠鑄造；引錠方式采用有利于結(jié)晶器內(nèi)液體凝殼的拉3秒停4秒的工藝步驟；并采用烤紅煙灰作為潤滑劑；鑄造速度1.5～4.5m/h，水壓0.02～0.1MPa，結(jié)晶器規(guī)格為Φ245×300～450mm采用利于鑄錠快速升溫的電阻加熱爐加熱；采用油壓機(jī)及配套合理的穿孔針對(duì)加熱的鑄錠進(jìn)行管材擠制，穿孔針的預(yù)熱溫度200-350℃，合金擠制溫度500～800℃，合金的相變溫度550～700℃，擠制流變速度0.5～2.2m/s，擠制后的冷卻制度可根據(jù)合金相變溫度的高低來決定采用強(qiáng)冷卻水環(huán)，增加冷卻強(qiáng)度可以減少合金冷卻時(shí)在相變溫度以下的停留時(shí)間，達(dá)到提高合金性能的保障；其中強(qiáng)冷卻水環(huán)的冷卻水壓控制在0.02～0.06MPa，達(dá)到亞淬火狀態(tài)的冷卻速度；矯直是采用擠制后趁熱立即對(duì)擠制的管材進(jìn)行熱矯直；采用退火爐對(duì)矯直的管材進(jìn)行回火處理，回火溫度300～350℃，回火時(shí)間1-2小時(shí)，消除內(nèi)應(yīng)力，改善合金α相分布狀態(tài)及形狀；采用帶鋸或慢速鋸按尺寸要求對(duì)管材進(jìn)行頭尾鋸切。
所述的高強(qiáng)耐磨黃銅管的制備方法，擠制后的冷卻工藝可根據(jù)合金相變溫度的高低來決定采用風(fēng)冷方式，風(fēng)冷采用吹風(fēng)對(duì)擠制管材進(jìn)行強(qiáng)冷卻。
本發(fā)明由于采用如上技術(shù)方案，其具有如下優(yōu)越性該高強(qiáng)耐磨黃銅管材的制備方法，是以Cu-Zn合金為基，通過能形成耐磨相的多元少量合金元素，構(gòu)成復(fù)雜的5～9元合金體系。根據(jù)這些具有強(qiáng)烈化合作用的合金元素，在高溫下幾乎不與基體合金元素Cu、Zn起反應(yīng)，但它們之間卻存在強(qiáng)烈的化合傾向，可以分別形成FeAI3、Mn5Si3、Ni2Si、Co2Si、Cr-Si、Fe3Si、Ni-Ti高硬度金屬化合物特點(diǎn)，能在基體上形成成分復(fù)雜、硬度極高的耐磨相。在所有變形方法中熱擠制的變形程度最大，可達(dá)95％以上，大加工率可以改善合金組織中耐磨相分布。采用熱擠制加工工藝方法來達(dá)到提高汽車同步變速齒環(huán)的耐磨性能。
該高強(qiáng)耐磨黃銅管材的制備方法，工藝流程短、附加值高、幾何形狀及表面質(zhì)量好的熱擠制加工。高強(qiáng)耐磨黃銅不但對(duì)合金基體的強(qiáng)度、韌性有較高的要求，而且要求在基體上必須均勻、穩(wěn)定地分布有硬度極高的耐磨相；在硬度極高的耐磨相和硬度相對(duì)較低的基體間形成良好的耐磨機(jī)制，同時(shí)也有利于在摩擦?xí)r建立穩(wěn)定的潤滑層，使材料在高速、重載的惡劣條件下能有效抵抗載荷的沖擊和劇烈的磨損作用，具有良好的高強(qiáng)、耐磨性能。例如主要用于汽車同步變速齒環(huán)的高強(qiáng)耐磨黃銅管材經(jīng)過擠制加工，可大大超過標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的10萬次的換檔壽命。
該高強(qiáng)耐磨黃銅管材的制備方法，能夠使汽車同步變速齒環(huán)的管材性能達(dá)到Rp0.2≥470MPa、A≥4～12％、Rm≥539～635、導(dǎo)熱率W/Kcm 20～100℃ 0.484～0.84、偏心率≤7％、彎曲度＜5mm/M、管材內(nèi)外徑尺寸偏差為標(biāo)稱直徑的±0.5％。
圖面說明

圖1高強(qiáng)耐磨黃銅管的制備工藝流程圖。
具體實(shí)施例方式
一以制作LW6801同步變速齒環(huán)管材Φ68×8.5mm為例外徑偏差±0.5mm，內(nèi)徑偏差±0.4mm，偏心度＜7％。
按材料成分配比分別稱重Fe0.5、Ni3.0、Mn0.6、Co1.5、Si0.8、AI3.5、Zn27，余量為Cu的多元少量合金元素，將金屬先后投入工頻有芯感應(yīng)電爐進(jìn)行熔煉，鑄造采用1300℃的非直接水冷的紅錠鑄造，引錠方式采用有利于結(jié)晶器內(nèi)液體凝殼的拉3秒停4秒的工藝步驟，并采用烤紅煙灰作為潤滑劑，鑄造速度1.5m/h，水壓0.02MPa，結(jié)晶器規(guī)格為Φ245×300mm。鑄錠加熱采用利于鑄錠快速升溫的電阻加熱爐加熱。擠制采用油壓機(jī)及配套合理的穿孔針對(duì)加熱的鑄錠進(jìn)行管材擠制，穿孔針的預(yù)熱溫度200℃，合金熱擠制溫度500℃，合金的相變溫度550℃，擠制流變速度0.5m/s，擠制后的冷卻制度根據(jù)其合金相變溫度低的特性采用風(fēng)冷進(jìn)行；矯直矯直是采用擠制后趁熱對(duì)擠制的管材立即進(jìn)行熱矯直；回火采用退火爐對(duì)矯直的管材進(jìn)行回火處理，回火溫度300℃，回火時(shí)間1小時(shí)，消除內(nèi)應(yīng)力，改善合金α相分布狀態(tài)及形狀；鋸切采用帶鋸按尺寸要求對(duì)管材進(jìn)行頭尾鋸切。經(jīng)檢測材料性能達(dá)到Rp0.2≥470MPa、Rm≥635MPa、A≥4％、導(dǎo)熱率W/Kcm(20～100℃)0.84、HB2.5/62.5≥197，外徑及內(nèi)徑偏差和偏心率均達(dá)到合同要求。
具體實(shí)施例方式二以制作LW6701同步變速齒環(huán)管材Φ73.5×8.75mm，外徑偏差±0.5mm，內(nèi)徑偏差±0.4mm，偏心度＜7％。
首先按材料成分分別稱重Cu 60、Mn 2.5、AI 2.0、Si 0.8、Cr 0.2、Ni0.3，余量為Zn，將金屬先后投入工頻有芯感應(yīng)電爐進(jìn)行熔煉，鑄造采用1400℃的非直接水冷的紅錠鑄造，引錠方式采用有利于結(jié)晶器內(nèi)液體凝殼的拉3(秒)停4(秒)的工藝制度，并采用烤紅煙灰作為潤滑劑，鑄造速度4.5m/h，水壓0.1MPa，結(jié)晶器規(guī)格為Φ245×450mm。鑄錠加熱采用利于鑄錠快速升溫的電阻加熱爐加熱。擠制采用油壓機(jī)及配套合理的穿孔針對(duì)加熱的鑄錠進(jìn)行管材擠制，穿孔針的預(yù)熱溫度，350℃，合金熱擠制溫度800℃，合金的相變溫度700℃，擠制流變速度2.2m/s，擠制管材后根據(jù)其合金相變溫度高的特性采用前強(qiáng)冷卻水環(huán)進(jìn)行，其中冷卻水壓為0.1MPa，達(dá)到亞淬火狀態(tài)的冷卻速度；矯直矯直采用擠制后趁熱立即對(duì)擠制的管材進(jìn)行熱矯直；回火采用退火爐對(duì)矯直的管材進(jìn)行回火處理，回火溫度350℃，回火時(shí)間2小時(shí)，消除內(nèi)應(yīng)力，改善合金α相分布狀態(tài)及形狀；鋸切采用慢速鋸按尺寸要求對(duì)管材進(jìn)行頭尾鋸切。經(jīng)檢測材料性能達(dá)到Rp0.2≥470MPa、Rm≥537MPa、A≥12％、導(dǎo)熱率W/Kcm(20～100℃)0.484、RHB≥85，外徑及內(nèi)徑偏差和偏心率均達(dá)到合同要求。
權(quán)利要求
1.一種高強(qiáng)耐磨黃銅管材的制備方法，基于一種以β相為基的單相新型高強(qiáng)耐磨黃銅基體材料，其特征在于所述的黃銅管材的制備方法，以Cu-Zn合金為基，通過能形成耐磨相的合金元素Fe、Ni、Mn、Co、Si、AI、Cr、Zn，余量為Cu的多元少量合金元素，構(gòu)成復(fù)雜的5～9元合金體系；采用以熱加工為主的熱擠制變形工藝，變形程度最大可達(dá)95％以上的熱擠制加工，生產(chǎn)黃銅管材。
2.如權(quán)利要求1所述的高強(qiáng)耐磨黃銅管材的制備方法，其特征在于所述的黃銅管的制備方法，首先按配比稱重合金材料，分別先后投入具有熔體攪拌功能強(qiáng)、功率因數(shù)高的工頻有芯感應(yīng)電爐進(jìn)行熔煉；鑄造采用1300～1400℃的非直接水冷的紅錠鑄造；引錠方式采用有利于結(jié)晶器內(nèi)液體凝殼的拉3秒停4秒的工藝步驟；并采用烤紅煙灰作為潤滑劑；鑄造速度1.5～4.5m/h，水壓0.02～0.1MPa，結(jié)晶器規(guī)格為Φ245×300～450mm；采用利于鑄錠快速升溫的電阻加熱爐加熱；采用油壓機(jī)及配套合理的穿孔針對(duì)加熱的鑄錠進(jìn)行管材擠制，穿孔針預(yù)熱溫度200-350℃；合金擠制溫度500～800℃，合金的相變溫度550～700℃，擠制流變速度0.5～2.2m/s，擠制后的冷卻制度可根據(jù)合金相變溫度的高低來決定采用強(qiáng)冷卻水環(huán)；其中強(qiáng)冷卻水環(huán)的冷卻水壓控制在0.02～0.06MPa，達(dá)到亞淬火狀態(tài)的冷卻速度；矯直是采用擠制后趁熱立即對(duì)擠制的管材進(jìn)行熱矯直；采用退火爐對(duì)矯直的管材進(jìn)行回火處理，回火溫度300～350℃，回火時(shí)間1-2小時(shí)，消除內(nèi)應(yīng)力，改善合金α相分布狀態(tài)及形狀；采用帶鋸或慢速鋸按尺寸要求對(duì)管材進(jìn)行頭尾鋸切。
3.如權(quán)利要求1所述的高強(qiáng)耐磨黃銅管材的制備方法，其特征在于所述的黃銅管材的制備方法，擠制后的冷卻制度可根據(jù)合金相變溫度的高低來決定采用風(fēng)冷方式，風(fēng)冷采用吹風(fēng)對(duì)擠制管材進(jìn)行強(qiáng)冷卻。
4.如權(quán)利要求1所述的高強(qiáng)耐磨黃銅管材的制備方法，其特征在于所述的黃銅管的制備方法，以制作LW6801同步變速齒環(huán)管材68×8.5mm，外徑偏差±0.5mm，內(nèi)徑偏差±0.4mm，偏心度＜7％，按材料成分配比分別稱重Cu、AI、Ni、Fe、Si、Co、Zn金屬先后投入工頻有芯感應(yīng)電爐進(jìn)行熔煉，鑄造采用1300℃的非直接水冷的紅錠鑄造，引錠方式采用有利于結(jié)晶器內(nèi)液體凝殼的拉3秒停4秒的工藝步驟，并采用烤紅煙灰作為潤滑劑，鑄造速度1.5m/h，水壓0.02MPa，結(jié)晶器規(guī)格為Φ245×300mm。鑄錠加熱采用利于鑄錠快速升溫的電阻加熱爐加熱，擠制；采用油壓機(jī)及配套合理的穿孔針對(duì)加熱的鑄錠進(jìn)行管材擠制，穿孔針預(yù)熱溫度200℃，合金熱擠制溫度500℃，合金的相變溫度550℃，擠制流變速度0.5m/s，擠制后的冷卻制度根據(jù)其合金相變溫度低的特性采用風(fēng)冷進(jìn)行；矯直矯直是采用擠制后趁熱對(duì)擠制的管材立即進(jìn)行熱矯直；回火采用退火爐對(duì)矯直的管材進(jìn)行回火處理，回火溫度300℃，回火時(shí)間1小時(shí)，消除內(nèi)應(yīng)力，改善合金α相分布狀態(tài)及形狀；鋸切采用帶鋸按尺寸要求對(duì)管材進(jìn)行頭尾鋸切。
5.如權(quán)利要求1所述的高強(qiáng)耐磨黃銅管材的制備方法，其特征在于所述的黃銅管的制備方法，以制作LW6701同步變速齒環(huán)管材Φ73.5×8.75mm，外徑偏差±0.5mm，內(nèi)徑偏差±0.4mm，偏心度＜7％，首先按材料成分分別稱重Cu、Mn、AI、Si、Cr、Ni、Zn金屬先后投入工頻有芯感應(yīng)電爐進(jìn)行熔煉，鑄造采用1400℃的非直接水冷的紅錠鑄造，引錠方式采用有利于結(jié)晶器內(nèi)液體凝殼的拉3秒停4秒的工藝制度，并采用烤紅煙灰作為潤滑劑，鑄造速度4.5m/h，水壓0.1MPa，結(jié)晶器規(guī)格為Φ245×450mm。鑄錠加熱采用利于鑄錠快速升溫的電阻加熱爐加熱。擠制采用油壓機(jī)及配套合理的穿孔針對(duì)加熱的鑄錠進(jìn)行管材擠制，穿孔針預(yù)熱溫度350℃，合金熱擠制溫度800，合金的相變溫度700℃，擠制流變速度2.2m/s，擠制管材后根據(jù)其合金相變溫度高的特性采用強(qiáng)冷卻水環(huán)進(jìn)行，其中冷卻水壓為0.1MPa，達(dá)到亞淬火狀態(tài)的冷卻速度；矯直矯直采用擠制后趁熱立即對(duì)擠制的管材進(jìn)行熱矯直；回火采用退火爐對(duì)矯直的管材進(jìn)行回火處理，回火溫度350℃，回火時(shí)間2小時(shí)，消除內(nèi)應(yīng)力，改善合金α相分布狀態(tài)及形狀；鋸切采用慢速鋸按尺寸要求對(duì)管材進(jìn)行頭尾鋸切。
全文摘要
一種高強(qiáng)度耐磨性好的黃銅管的制備方法，基于一種以β相為基的單相新型高強(qiáng)耐磨黃銅基體材料，其采用以熱加工為主的熱擠制變形，變形程度最大可達(dá)95％以上的熱擠制加工；以Cu－Zn合金為基，通過能形成耐磨相的合金元素如Fe、Ni、Mn、Co、Ti、Cr、Si、Al多元少量合金元素，構(gòu)成復(fù)雜的5～9元合金體系；根據(jù)這些具有強(qiáng)烈化合作用的合金元素，在高溫下幾乎不與基體合金元素Cu、Zn起反應(yīng)，但它們之間卻存在強(qiáng)烈的化合傾向，可以分別形成FeAI
文檔編號(hào)C22C9/04GK1710127SQ20051008032
公開日2005年12月21日 申請(qǐng)日期2005年7月4日 優(yōu)先權(quán)日2005年7月4日
發(fā)明者李宏磊, 余曉剛, 黃自欣, 郭素梅, 王濤, 黃亞飛, 苗國偉, 郭慧穩(wěn), 張顏, 黃國興, 溫政, 王慶彥, 薛建生, 孫飛濤, 王進(jìn), 王剛彥 申請(qǐng)人:洛陽銅加工集團(tuán)有限責(zé)任公司