專利名稱：微米晶錳青銅合金的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種微米晶錳青銅合金的制備方法，采用軋制與等通道轉(zhuǎn)角擠壓相結(jié)合的方法制備微米晶硅青銅合金塊材，提高錳青銅合金的塑性、強度、硬度等機械性能及其摩擦學(xué)性能，進而提高該合金的實際工程應(yīng)用價值。屬于金屬材料及冶金類技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
工業(yè)用錳青銅具有良好的機械性能，可熱態(tài)、冷態(tài)壓力加工，耐磨，耐蝕，耐熱，適用于制作在高溫下工作的零件，如蒸汽管、蒸汽閥、火花塞等。隨著科學(xué)技術(shù)的進一步發(fā)展，對該合金的性能提出了更高的要求，需要進一步提高該合金的機械性能，但使用常規(guī)方法與工藝提高該合金性能的效果不顯著。
因此，如何采用新工藝與常規(guī)工藝相結(jié)合進一步提高錳青銅材料的性能是首要解決的問題。研究表明細化晶粒是改善材料內(nèi)部結(jié)構(gòu)、提高合金機械性能的一種有效方法。當晶粒細化到1μm后，材料將表現(xiàn)出一系列不尋常的物理、化學(xué)、機械及摩擦學(xué)性能，因而對合金進行組織細化是目前高性能材料的研究發(fā)展趨勢。傳統(tǒng)的合金晶粒細化工藝一般采用塑性變形法，諸如鍛造法、軋制法等。傳統(tǒng)的塑性變形技術(shù)雖可以細化錳青銅合金晶粒，但當晶粒細化到微米量級甚至納米量級時要求很大的塑性變形，傳統(tǒng)的塑性加工技術(shù)難以達到要求。等通道轉(zhuǎn)角擠壓法是近年來新興起的一種大塑性變形工藝，它是以純剪切的方式實現(xiàn)材料劇烈塑性變形。該方法能夠在材料內(nèi)部獲得大角度晶界的超細晶粒結(jié)構(gòu)，使所獲得的材料在性質(zhì)上發(fā)生變化；該方法可以在整個試樣中得到均勻分布的細化晶粒，使得擠壓后材料獲得的性能穩(wěn)定，材料經(jīng)多次擠壓后經(jīng)逐步細化可以得到微米級晶粒。如公開號為CN1528930的中國發(fā)明專利介紹了一種微米細晶鈦鎳-鈮形狀記憶合金塊材制備方法，利用等通道轉(zhuǎn)角擠壓技術(shù)對鑄態(tài)鈦鎳-鈮形狀記憶合金進行擠壓，與鍛造、軋制等其它塑性變形方法相比具有兩個獨特優(yōu)勢坯料在塑性變形過程中產(chǎn)生強烈的塑性應(yīng)變；坯料的橫截面尺寸在變形過程中保持不變。通過此工藝能制備出比較大的塊狀細晶材料。但是等通道轉(zhuǎn)角擠壓工藝原理及方法對具有良好塑性的鎂、銅基合金的晶粒細化比較有效，但對塑性差的金屬合金的晶粒細化卻受到很多因素的制約，操作不當容易導(dǎo)致坯料表面出現(xiàn)裂紋甚至斷裂。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種微米晶錳青銅合金的制備方法，工藝簡單，成本低廉，能顯著提高錳青銅合金的強度、硬度等機械性能，獲得性能優(yōu)良的錳青銅合金材料。
為實現(xiàn)這一目的，本發(fā)明的技術(shù)方案中，采用了軋制與等通道轉(zhuǎn)角擠壓相結(jié)合的方法，首先將原料配備好，在真空條件下進行熔煉，制成錳青銅合金鑄坯，然后將鑄態(tài)錳青銅合金加熱后在軋機上進行熱軋，制成軋態(tài)板材，再將板材切割成塊狀坯料，對坯料進行表面處理并涂敷石墨潤滑劑后，采用擠壓通道角度為90～120°的等通道轉(zhuǎn)角擠壓模具進行等通道轉(zhuǎn)角擠壓，最終獲得強度、塑性等性能良好的錳青銅合金塊材。
本發(fā)明的微米晶錳青銅合金制備方法具體為將原料按質(zhì)量百分比銅為94.5～98.8％，錳為1.2～5.5％配備好，在真空條件下進行熔煉，制成錳青銅合金鑄坯，將錳青銅鑄坯進行拋丸、探傷、修磨處理，以提高鑄坯表面質(zhì)量保證熱軋質(zhì)量。然后放在加熱爐中加熱到500～650℃，達到溫度后在軋機上進行熱軋?zhí)幚?，制成軋態(tài)錳青銅合金板材，將軋態(tài)錳青銅合金切割成塊狀坯料，并對坯料表面進行處理使其光滑平整。用丙酮對坯料表面進行清洗后，將坯料置于干凈的不銹鋼托盤上，在70～120℃的溫度下預(yù)熱10～20分鐘，然后采用涂刷的方法在坯料表面均勻涂敷石墨潤滑劑，放在60～100℃的溫度下烘干8～15分鐘，若出現(xiàn)落涂、劃痕、剝落等缺陷，應(yīng)進行補涂或洗去重涂。
本發(fā)明采用等通道轉(zhuǎn)角擠壓模具的擠壓通道角度為90～120°。用丙酮對模具進行表面和型腔清洗，在150℃的溫度下預(yù)熱30～50分鐘，然后涂敷石墨潤滑劑，涂層厚度要均勻。
由于該合金具有較好的塑性，因而其等通道轉(zhuǎn)角擠壓可在500℃以下進行，此溫度下坯料與模具可以共同加熱。將涂好石墨潤滑劑的錳青銅合金放在模具中，坯料與模具在400℃～500℃的加熱爐中共同加熱，達到溫度后保溫1～1.5小時。將加熱好的坯料和模具同時取出，立即在液壓萬能試驗機上對坯料進行擠壓。對擠壓出的坯料進行表面處理，并對模具型腔和坯料涂敷石墨潤滑劑，再進行第2次擠壓，即可獲得微米晶錳青銅合金塊材，其微觀晶粒平均尺寸為0.2～0.6μm。
本發(fā)明采用軋制與等通道轉(zhuǎn)角擠壓相結(jié)合的制備工藝，對鑄態(tài)錳青銅合金先進行軋制處理，再進行等通道轉(zhuǎn)角擠壓，此工藝顯著提高了錳青銅合金的性能，并減少了擠壓次數(shù)，一般2次擠壓后即可獲得高性能的微米晶錳青銅合金。合金經(jīng)過軋制后，材料內(nèi)部缺陷消失，有利于等通道轉(zhuǎn)角擠壓的進行。試樣在擠壓前后尺寸不變，處理簡單，成材率高，并可實現(xiàn)大工件加工。擠壓前對模具型腔及待擠壓的坯料分別進行潤滑處理，既可以有效的阻止坯料的急劇溫降，同時可顯著的降低坯料和模具工作表面間的滑動摩擦阻力，從而有效地提高合金材料的流動均勻性，保證擠壓過程的順利進行；潤滑處理工藝方法簡單，成本低，經(jīng)實際操作后，坯料與模具自行脫落，沒有相互粘結(jié)在一起，工藝性好。坯料、模具加熱時間和保溫時間的確定以及將加熱好的坯料和模具同時從加熱爐中取出進行等通道轉(zhuǎn)角擠壓，可防止晶粒長大，有利于形成細小的錳青銅微米晶，最終獲得強度、塑性等性能良好的錳青銅合金塊材。
本發(fā)明采用軋制與等通道轉(zhuǎn)角擠壓相結(jié)合的制備方法，合金在擠壓前經(jīng)過軋制處理，減少了坯料內(nèi)部缺陷，有利于擠壓的進行，提高了制備的成功率；擠壓在500℃下進行操作，模具與坯料可采用同一種潤滑劑并共同加熱，提高了工作效率。
具體實施例方式
以下通過具體的實施例對本發(fā)明的技術(shù)方案作進一步的描述。
實施例1
將原料按質(zhì)量百分比銅為98.8％，錳為1.2％配備好，在真空條件下進行熔煉，制成錳青銅合金鑄坯，將錳青銅鑄坯進行拋丸、探傷、修磨處理后放在加熱爐中加熱到500℃，達到溫度后在軋機上進行熱軋?zhí)幚?，制成軋態(tài)錳青銅合金板材，將軋態(tài)錳青銅合金線切割成橫截面為9.3×9.3mm，長度為100mm的塊狀坯料，對坯料進行表面處理，使表面光滑平整。用丙酮對坯料表面進行表面清洗，將坯料置于干凈的不銹鋼托盤上，在120℃的溫度下預(yù)熱15分鐘，然后采用涂刷的方法在坯料表面均勻涂敷石墨潤滑劑，涂敷后坯料在100℃的溫度下烘干10分鐘，若出現(xiàn)落涂、劃痕、剝落等缺陷，則進行補涂或洗去重涂。用丙酮對擠壓角度為120度模具進行表面和型腔清洗，在150℃的溫度下預(yù)熱40分鐘，然后均勻涂敷石墨潤滑劑。
將涂好石墨潤滑劑的錳青銅合金放在模具中，坯料和模具在400℃的加熱爐中共同加熱，達到溫度后保溫1小時；將加熱好的坯料和模具同時取出，然后迅速在液壓萬能試驗機上進行擠壓，將擠壓出來的坯料再進行表面處理后進行第2次擠壓，即可獲得微米晶錳青銅合金塊材。
實施例2將原料按質(zhì)量百分比銅為98.45％，錳為1.55％配備好，在真空條件下進行熔煉，制成錳青銅合金鑄坯，將錳青銅鑄坯進行拋丸、探傷、修磨處理后放在加熱爐中加熱到550℃，達到溫度后在軋機上進行熱軋?zhí)幚?，制成軋態(tài)錳青銅合金板材，將軋態(tài)錳青銅合金線切割成橫截面為9.3×9.3mm，長度為100mm的塊狀坯料，對坯料進行表面處理，使表面光滑平整。用丙酮對坯料表面進行表面清洗，將坯料置于干凈的不銹鋼托盤上，在120℃的溫度下預(yù)熱15分鐘，然后采用涂刷的方法在坯料表面均勻涂敷石墨潤滑劑，涂敷后的坯料在100℃的溫度下烘干10分鐘。用丙酮對擠壓角度為90度模具進行表面和型腔清洗，在150℃的溫度下預(yù)熱40分鐘，然后涂敷石墨潤滑劑，涂層要均勻。
將涂好石墨潤滑劑的錳青銅合金放在模具中，坯料和模具在450℃的加熱爐中共同加熱，達到溫度后保溫1小時；將加熱好的坯料和模具同時取出，然后迅速在液壓萬能試驗機上進行擠壓，將擠壓出來的坯料再進行表面處理后進行第2次擠壓，即可獲得微米晶錳青銅合金塊材。
實施例3將原料按質(zhì)量百分比銅為95.0％，錳為5.0％配備好，在真空條件下進行熔煉，制成錳青銅合金鑄坯，將錳青銅鑄坯進行拋丸、探傷、修磨處理后放在加熱爐中加熱到650℃，達到溫度后在軋機上進行熱軋?zhí)幚?，制成軋態(tài)錳青銅合金板材，將軋態(tài)錳青銅合金線切割成橫截面為9.3×9.3mm，長度為100mm的塊狀坯料，對坯料進行表面處理，使表面光滑平整。用丙酮對坯料表面進行表面清洗，將坯料置于干凈的不銹鋼托盤上，在120℃的溫度下預(yù)熱15分鐘，然后采用涂刷的方法在坯料表面均勻涂敷石墨潤滑劑，涂敷后的坯料在100℃的溫度下烘干10分鐘。用丙酮對擠壓角度為90度模具進行表面和型腔清洗，在150℃的溫度下預(yù)熱40分鐘，然后再均勻涂敷石墨潤滑劑。
將涂好石墨潤滑劑的錳青銅合金放在模具中，坯料和模具在500℃的加熱爐中共同加熱，達到溫度后保溫1小時；將加熱好的坯料和模具同時取出，然后迅速在液壓萬能試驗機上進行擠壓，將擠壓出來的坯料再進行表面處理后進行第2次擠壓，即可獲得微米晶錳青銅合金塊材。
權(quán)利要求
1.一種微米晶錳青銅合金的制備方法，其特征在于采用軋制與等通道轉(zhuǎn)角擠壓相結(jié)合的方法，將原料按質(zhì)量百分比銅為94.5～98.8％，錳為1.2～5.5％配備好，在真空條件下進行熔煉，制成錳青銅合金鑄坯，將鑄態(tài)錳青銅合金進行修磨處理，再加熱到500～650℃進行熱軋，制成軋態(tài)錳青銅合金板材，將軋態(tài)錳青銅合金板材切割成塊狀坯料，并對坯料表面進行處理使其光滑平整，用丙酮對坯料進行表面清洗，在70～120℃的溫度下預(yù)熱10～20分鐘，然后在坯料表面均勻涂敷石墨潤滑劑，放在60～100℃的溫度下烘干8～15分鐘；采用擠壓通道角度為90～120°的等通道轉(zhuǎn)角擠壓模具，用丙酮對模具進行表面和型腔清洗，在150℃的溫度下預(yù)熱30～50分鐘后均勻涂敷石墨潤滑劑，然后將坯料放在模具中共同在400℃～500℃的加熱爐中加熱并保溫1～1.5小時，然后將加熱好的坯料和模具同時取出，在液壓萬能試驗機上對坯料進行擠壓；對擠壓出的坯料進行表面處理并對模具型腔和坯料涂敷石墨潤滑劑，再進行第2次擠壓，即可獲得微米晶錳青銅合金塊材，其微觀晶粒平均尺寸為0.2～0.6μm。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種微米晶錳青銅合金的制備方法，將原料按質(zhì)量百分比銅為94.5～98.8％，錳為1.2～5.5％配備好，在真空條件下進行熔煉，制成錳青銅合金鑄坯，將錳青銅鑄坯進行修磨處理后再加熱到500～650℃進行熱軋，制成軋態(tài)錳青銅合金板材，再將板材切割成塊狀坯料，進行表面處理，并涂敷石墨潤滑劑，采用擠壓通道角度為90～120°的等通道轉(zhuǎn)角擠壓模具，模具型腔表面涂敷石墨潤滑劑，將坯料放入模具中共同加熱保溫，并同時從加熱爐中取出進行等通道轉(zhuǎn)角擠壓，最終獲得強度、塑性等性能良好的錳青銅合金塊材。本發(fā)明可以顯著提高錳青銅合金的機械性能及摩擦學(xué)性能，拓展該合金的應(yīng)用范圍，更好的滿足實際生產(chǎn)需要。
文檔編號C21D11/00GK1789452SQ200510111810
公開日2006年6月21日 申請日期2005年12月22日 優(yōu)先權(quán)日2005年12月22日
發(fā)明者程先華, 李振華, 高雷雷 申請人:上海交通大學(xué)