專利名稱：一種耐磨銅合金材料及制備方法
技術領域：
本發(fā)明屬于金屬材料領域，涉及一種耐磨銅合金材料及其制備方法。
背景技術：
在金屬材料領域中，耐磨銅合金作為低成本耐磨材料一直受到普遍重視。CN200810M3568.0號申請涉及黃銅合金冶煉技術，其制備方法具有以下步驟 a.前期準備烘烤金屬表面；b.金屬熔煉在剛玉坩堝中依次加入錳、鈷和鐵，熔化后向熔 液中投加銅、鋅和鋁，熔煉取樣分析出爐得到高強耐磨黃銅，黃銅中加入有鈷，其中銅的質 量含量58 65 %，鐵的質量含量2 8 %，鋅的質量含量20 沈％，錳的質量含量2 6 %， 鋁的質量含量3 9%，鈷的質量含量為0. 03%，能解決現(xiàn)有的黃銅合金不能滿足作為軸承 部件要求的問題，硬度能到達235HB以上，抗拉強度等與780MPa，屈服強度大于680MPa，延 伸率在12%以上，比國家標準有大幅度的提高，可以大大提高軸承的抗擠壓強度和摩擦性。CN200710158225.X號申請公開一種耐磨性好的銅基多元合金，有銅、鋅、鋁、鎂、 硅、鎳、鉻、鈮和鈰組成，各組份的含量分別為鋅25-30 %，鋁3-5 %，鎂0. 25-0. 5 %，硅 2-3%，鎳0. 5-2%，鉻4-6%，鈮0.08-0. 12%，鈰0.05-0. 15%，其余為銅的含量。其中添加 有稀土元素鈰，使銅基合金的結晶組織變性，解決了以往機器耐磨件耐磨性能差的問題，還 具有硬度高、耐磨性好的特點。以上技術中盡管添加了諸如鈮、鈰、鎳、鈷等特殊元素，但是銅合金耐磨性提高是 有限的。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的就是針對上述技術缺陷，提供一種耐磨銅合金材料，該材料具有良 好的性能。本發(fā)明的另一目的是提供一種耐磨銅合金材料的制備方法，該制備方法工藝簡 單，生產(chǎn)成本低，適于工業(yè)化生產(chǎn)。本發(fā)明的目的是通過以下技術方案實現(xiàn)的一種耐磨銅合金材料，該材料以銅合金為基體，在基體中分布著由銅絲和鐵絲形成的 金屬絲團，所用銅絲和鐵絲直徑均為l_2mm，金屬絲團的直徑為10-15cm，材料中銅絲與鐵 絲的長度相當；銅絲與鐵絲兩者共占材料的體積百分比為5-40% ；銅合金基體的化學成分的重量百分含量A1為10-12%，Sn為3% 5 Si為1. 5% 3%, Mn 為 0. 04-0. 06%, Fe 為 0. 04-0. 06%, Zr 為 0. 5-1%,其余為 Cu ；銅絲的化學成分的重量百分含量A1為5% 8%，Mn為2. 5-5%, Fe為2_4%，Zn為 20-30%,其余為 Cu ；鐵絲的化學成分的重量百分含量為C為0. 05-0. 09%，Si為0. 2% 0. 3%, Mn為 0. 25-0. 35%, P<0. 02%, S <0. 02596，其余為 Fe?；w中還分布有Cr3Si、Cu5&化合物顆粒。
一種耐磨銅合金材料的制備方法，其特征在于它包括以下步驟鍍鉻銅絲及鍍銅鐵絲的準備分別取直徑為l_2mm、成分為Al為5% 8%，Mn為2. 5-5%, Fe為2-4%，Zn為20-30 其余為Cu的銅絲和取直徑為0. 2_2mm、成分為C為0. 05-0. 09%, Si 為 0. 2% 0. 3%, Mn 為 0. 25-0. 35%, Ρ<0· 02%, S <0. 025%,其余為 Fe 的鐵絲，所用銅絲 與鐵絲的總體長度相當；控制鐵絲占材料的體積百分比為5-40% ；按清潔球生產(chǎn)的常規(guī)方法將上述鍍鉻銅絲及鍍銅鐵絲各取一根絲形成球狀的混合雙 絲金屬絲團，金屬絲團直徑為10-15cm，將若干金屬絲團放入鑄型下型型腔中，金屬絲團的 松緊程度由銅絲和鐵絲占材料的體積百分比決定，保證金屬絲團正好放滿鑄型；布置完畢 后，將鑄型的上型蓋于下型上，合箱完畢后等待鐵水澆注；銅合金材料基體的準備按重量百分含量Al為10-12%，Sn為3% 5 Si為1. 5% 3%, Mn為0. 04-0. 06%, Fe為0. 04-0. 06%, Zr為0. 5-1%,其余為Cu進行配料；銅合金原 料在感應電爐中熔化，熔化溫度為1250-1280°C ；將上述銅合金鐵水澆入裝有金屬絲團的干砂鑄型，液態(tài)鐵水將鍍鉻銅絲及鍍銅鐵絲包 圍，然后冷卻凝固，得到以銅合金為基的其中分布有金屬絲團的耐磨銅合金材料。本發(fā)明相比現(xiàn)有技術的有益效果如下1、本發(fā)明材料中銅絲及鐵絲自身具有相當?shù)膹姸群洼^高的韌性。銅絲和銅合金的基體 都是銅，鐵絲外鍍較厚的銅，因此金屬絲和銅合金很容易結合起來，形成很好的冶金結合。 這樣，鐵絲分布在銅合金中，對材料具有很好的增強增韌作用，同時具有耐磨作用。銅絲的 成分不同于基體，具有很好的減摩作用，分布在銅合金中大大提高了材料的減摩耐磨性能。2、銅合金鐵水進入鑄型型腔與鍍鉻銅絲和鍍銅鐵絲接觸后，絲表面的Cr熔于銅 水，銅水中的Si和銅絲表面的Cr反應形成少量硬度高的Cr3Si的特殊化合物。所形成的 這種特殊化合物進一步提高了材料的耐磨性。3,Zr對銅合金的組織具有顯著細化的作用，對于銅合金的增韌有重要的作用。另 外Cu和rLx也會形成化合物CuMr，分布于基體中也有助于材料耐磨性的提高。4、本發(fā)明的合金材料不用貴重稀土元素，材料成本低，制備工藝簡便，生產(chǎn)成本 低，生產(chǎn)的合金材料性能好，而且非常便于工業(yè)化生產(chǎn)。本發(fā)明的合金性能見表1。


圖1為本發(fā)明實施例一制得的耐磨銅合金材料的金相組織。圖1可以看到在銅合金基體上分布有細小的化合物和金屬絲。
具體實施例方式以下各實施例僅用作對本發(fā)明的解釋說明，其中的重量百分比均可換成重量g、kg 或其它重量單位。以下所用銅絲及鐵絲均為市購，鍍層自制。實施例一鍍鉻銅絲及鍍銅鐵絲的準備分別取直徑為1mm、成分重量百分含量為A1為5%，Mn為2. 5%, Fe為2\ Zn為20%， 其余為Cu的銅絲；4取直徑為1mm、成分重量百分含量為C為0. 05%, Si為0. 2%, Mn為0. 25%, P<0. 02%, S <0. 025%,其余為！^的鐵絲，所用銅絲與鐵絲的總長度相當；兩種金屬絲共占材料的體積百 分比為5%。按清潔球生產(chǎn)的常規(guī)方法將上述鍍鉻銅絲及鍍銅鐵絲各取一根絲形成球狀的混 合雙絲金屬絲團(兩種金屬絲各取一根絲同時成形，形成雙絲金屬絲團，成型可按洗碗用的 清潔球或稱鋼絲球的方法制作)，金屬絲團直徑為15cm，將若干金屬絲團放入鑄型下型型腔 中，金屬絲團的松緊程度由銅絲和鐵絲占材料的體積百分比決定，保證金屬絲團正好放滿 鑄型；布置完畢后，將鑄型的上型蓋于下型上，合箱完畢后等待鐵水澆注；銅合金材料基體的準備按重量百分含量A1為10%，Sn為3 Si為1. 5%, Mn為0. 04%, Fe為0. 04%, Zr為0. 5%,其余為Cu進行配料；銅合金原料在感應電爐中熔化，熔化溫度為 1265-1270°C ；將上述銅合金鐵水澆入裝有金屬絲團的干砂鑄型，液態(tài)鐵水將鍍鉻銅絲及鍍銅鐵絲包 圍，然后冷卻凝固，得到以銅合金為基的其中分布有金屬絲團的耐磨銅合金材料。實施例二銅合金材料基體成分重量百分比A1為12%，Sn為5 Si為3%，Mn為0. 06%, Fe為 0. 06%, Zr 為 1%,其余為 Cu。銅絲的化學成分的重量百分含量A1為8%，Mn為5%，F(xiàn)e為4%，Zn為3096，其余 為Cu。銅絲直徑為2mm。鐵絲的成分為C 為 0. 05%, Si 為 0. 2%, Mn 為 0. 25%, Ρ<0· 02%, S <0. 025%,其余 為狗。鐵絲直徑為2mm。銅絲與鐵絲的總長度相當；控制兩種金屬絲占材料的體積百分比 為 40% ο按常規(guī)方法在其表面分別在銅絲表面鍍鉻及鐵絲表面鍍銅，形成鍍鉻銅絲及鍍銅 鐵絲，鍍鉻層的厚度為200微米；鍍銅層的厚度為500微米。按清潔球生產(chǎn)的常規(guī)方法制作 帶鍍層的兩種金屬絲混合的雙絲金屬絲團，金屬絲團直徑為10cm。制備過程同實施例一。實施例三銅合金材料基體成分重量百分比A1為11%，Sn為4%，Si為Mn為0. 05%, Fe為 0. 05%, Zr 為 0. 7%,其余為 Cu。銅絲的化學成分的重量百分含量A1為6%，Mn為4%，F(xiàn)e為3%，Zn為25%’其余 為Cu。銅絲直徑為1. 5mm。鐵絲的成分為C 為 0. 07%, Si 為 0. 25%, Mn 為 0. 3%, Ρ<0· 02%, S <0. 025%,其余 為狗。鐵絲直徑為1.5mm。所用銅絲與鐵絲的總長度相當；控制兩種金屬絲占材料的體積 百分比為30%。按常規(guī)方法在其表面分別在銅絲表面鍍鉻及鐵絲表面鍍銅，形成鍍鉻銅絲及鍍銅 鐵絲，鍍鉻層的厚度為150微米；鍍銅層的厚度為300微米。按清潔球生產(chǎn)的常規(guī)方法制作 帶鍍層的兩種金屬絲混合的雙絲金屬絲團，金屬絲團直徑為15cm。制備過程同實施例一。對比實施例四原料配比不在本發(fā)明范圍內(nèi)的實例銅合金材料基體成分重量百分比A1為8%，Sn為Si為1%，Mn為0. 03%, Fe為0. 02%, Zr 為 0. 3%,其余為 Cu。銅絲的化學成分的重量百分含量A1為3%，Mn為2\ Fe為1%，Zn為1596，其余 為Cu。銅絲直徑為0. 8mm。鐵絲的成分為C 為 0. 04%, Si 為 0. 1%, Mn 為 0. 2%, Ρ<0· 02%, S <0. 025%,其余為 狗。鐵絲直徑為0. 8mm。銅絲與鐵絲的總長度相當；兩種金屬絲占材料的體積百分比為4%。銅絲不鍍鉻。鐵絲不鍍銅。按清潔球生產(chǎn)的常規(guī)方法制作兩種金屬絲混合的雙絲 金屬絲團，金屬絲團直徑為15cm。制備過程同實施例一。對比實施例五原料配比不在本發(fā)明范圍內(nèi)的實例銅合金材料基體成分重量百分比A1為13%，Sn為6 Si為4%，Mn為0. 07%, Fe為 0. 07%, Zr 為 2%,其余為 Cu。銅絲Al為9%，Mn為6 Fe為5 Zn為:35 其余為Cu。銅絲直徑為3mm。鐵絲成分的重量百分含量C為0. 1%，Si為0. 4%, Mn為0. 4%, P<0. 02%, S <0. 025%,其余為狗。鐵絲直徑為3mm。兩種金屬絲占材料的體積百分比為45%。按常規(guī)方法在其表面分別在銅絲表面鍍鉻及鐵絲表面鍍銅，形成鍍鉻銅絲及鍍銅 鐵絲，鍍鉻層的厚度為30微米；鍍銅層的厚度為600微米；按清潔球生產(chǎn)的常規(guī)方法制作 帶鍍層的兩種金屬絲混合的雙絲金屬絲團，金屬絲團直徑為10cm。制備過程同實施例一。表 權利要求
1.一種耐磨銅合金材料，該材料以銅合金為基體，在基體中分布著由銅絲和鐵絲形成 的金屬絲團，所用銅絲和鐵絲直徑均為l-2mm，金屬絲團的直徑為10-15cm，材料中銅絲與 鐵絲的長度相當；銅絲與鐵絲兩者共占材料的體積百分比為5-40% ；銅合金基體的化學成分的重量百分含量A1為10-12%，Sn為3% 5 Si為1. 5% 3%, Mn 為 0. 04-0. 06%, Fe 為 0. 04-0. 06%, Zr 為 0. 5-1%,其余為 Cu ；銅絲的化學成分的重量百分含量A1為5% 8%，Mn為2. 5-5%, Fe為2_4%，Zn為 20-30%,其余為 Cu ；鐵絲的化學成分的重量百分含量為C為0. 05-0. 09%，Si為0. 2% 0. 3%, Mn為 0. 25-0. 35%, P<0. 02%, S <0. 02596，其余為 Fe。
2.根據(jù)權利要求1所述的耐磨銅合金材料，其特征在于所述基體中還分布有Cr3Si、 Cu5Zr化合物顆粒。
3.一種耐磨銅合金材料的制備方法，其特征在于它包括以下步驟鍍鉻銅絲及鍍銅鐵絲的準備分別取直徑為l_2mm、成分為Al為5% 8%，Mn為2. 5-5%, Fe為2-4%，Zn為20-30 其余為Cu的銅絲和取直徑為0. 2_2mm、成分為C為0. 05-0. 09%, Si 為 0. 2% 0. 3%，Mn 為 0. 25-0. 35%, P<0. 02%, S <0. 025%,其余為！^ 的鐵絲，所用銅絲 與鐵絲的總體長度相當；控制鐵絲占材料的體積百分比為5-40% ；按清潔球生產(chǎn)的常規(guī)方法將上述鍍鉻銅絲及鍍銅鐵絲各取一根絲形成球狀的混合雙 絲金屬絲團，金屬絲團直徑為10-15cm，將若干金屬絲團放入鑄型下型型腔中，金屬絲團的 松緊程度由銅絲和鐵絲占材料的體積百分比決定，保證金屬絲團正好放滿鑄型；布置完畢 后，將鑄型的上型蓋于下型上，合箱完畢后等待鐵水澆注；銅合金材料基體的準備按重量百分含量Al為10-12%，Sn為3% 5 Si為1. 5% 3%, Mn為0. 04-0. 06%, Fe為0. 04-0. 06%, Zr為0. 5-1%,其余為Cu進行配料；銅合金原 料在感應電爐中熔化，熔化溫度為1250-1280°C ；將上述銅合金鐵水澆入裝有金屬絲團的干砂鑄型，液態(tài)鐵水將鍍鉻銅絲及鍍銅鐵絲包 圍，然后冷卻凝固，得到以銅合金為基的其中分布有金屬絲團的耐磨銅合金材料。
全文摘要
本發(fā)明提供一種耐磨銅合金材料及其制備方法，該材料具有良好的性能。該制備方法工藝簡單，生產(chǎn)成本低，適于工業(yè)化生產(chǎn)。該材料以銅合金為基體，在基體中分布著由銅絲和鐵絲形成的金屬絲團，所用銅絲和鐵絲直徑均為1-2mm，金屬絲團的直徑為10-15cm，銅絲與鐵絲的長度相當；銅絲與鐵絲兩者占材料的體積百分比為5-40%。
文檔編號C22C47/02GK102051553SQ201110007468
公開日2011年5月11日 申請日期2011年1月14日 優(yōu)先權日2011年1月14日
發(fā)明者王玲, 謝超, 趙浩峰 申請人:南京信息工程大學