一種高機(jī)械性能螺旋槳制造材料及其加工工藝方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明設(shè)計船舶制造和新材料技術(shù)領(lǐng)域，特別是用于船用螺旋槳制造的一種高機(jī)械性能螺旋槳制造材料及其加工工藝方法。
【背景技術(shù)】
[0002]在相同主機(jī)功率、螺旋槳轉(zhuǎn)速的情況下，槳強(qiáng)度越高，槳的重量可以設(shè)計的越輕，主機(jī)的能源消耗越少。在相同主機(jī)功率、螺旋槳轉(zhuǎn)速的情況下，槳強(qiáng)度越低，槳的重量設(shè)計的就越重，主機(jī)的能源消耗的越多，同時主軸的共振越強(qiáng)，振動的越厲害，對主機(jī)和船體的沖擊越大，損害也越大。
[0003]目前的船用螺旋槳材料主要為鋁青銅，鋁青銅又可分為鎳鋁青銅CU3、錳鋁青銅CU4，眾所周知的成分和含量如下:
鎳鋁青銅 CU3:Cu77-82%，Al 7-11%, Mn 0.5-4.0%, Zn 彡 l%，F(xiàn)e 2-6%, Ni 3_6%，余量為雜質(zhì)元素。利用鎳鋁青銅制造的螺旋槳性能參數(shù)為:屈服點(diǎn)彡245 N/mm2，抗拉強(qiáng)度彡590N/mm2，延伸率多16%ο
[0004]錳鋁青銅CU3:Cu70-80%, Al 6.5-9.0%，Mn8_20%，Zn ( 6%，F(xiàn)e 2-5%, Ni 1.5-3%,余量為雜質(zhì)元素。
[0005]利用錳鋁青銅制造的螺旋槳性能參數(shù)為:屈服點(diǎn)彡275 N/mm2，抗拉強(qiáng)度彡630 N/mm2，延伸率多18%ο
[0006]從上述數(shù)據(jù)可以看出，錳鋁青銅⑶4的機(jī)械性能高于鎳鋁青銅⑶3，因此，在復(fù)雜工況情況運(yùn)作的船，多采用錳鋁青銅CU4。但由于錳鋁青銅與鎳鋁青銅比耐腐蝕疲勞強(qiáng)度低，鑄造性能差，易發(fā)生斷裂事故，因此如果能提高鎳鋁青銅的機(jī)械性能，同時兼顧鎳鋁青銅耐腐蝕疲勞強(qiáng)度高的特性，對船舶的安全、環(huán)保和高效運(yùn)行意義非常巨大。
[0007]螺旋槳材料與船的推進(jìn)設(shè)計相關(guān)性如下:
目前螺旋槳材料存在如下的問題:
1.雖然鎳鋁青銅CU3鑄造性能較錳鋁青銅好，銅水較錳鋁青銅穩(wěn)定，形成二次氧化夾渣的傾向小，但現(xiàn)有鎳鋁青銅材料性能偏低，已不能滿足許多復(fù)雜工狀下，船對螺旋槳高性能的要求。
[0008]2.錳鋁青銅鑄造性能較差，因錳元素較鎳元素活躍，鑄造過程中極易氧化，形成二次氧化夾渣，從而使錳鋁青銅的槳產(chǎn)生許多缺陷，不易作為螺旋槳，特別是大中型船只的螺旋槳制造材料。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0009]本發(fā)明針對上述現(xiàn)有螺旋槳制造材料存在的問題，充分利用鎳鋁青銅鑄造性能好，耐腐蝕疲勞強(qiáng)度高和可加工性好等特點(diǎn)，研制一種高機(jī)械性能的鎳鋁青銅螺旋槳材料替代錳鋁青銅材料制作螺旋槳。以適應(yīng)船舶大型化和輕量化的要求。
[0010]具體的技術(shù)方案如下: 一種高機(jī)械性能螺旋槳制造材料，其特征在于所述材料包含的化學(xué)成分及含量如下: Al 鋁 8.8-9.5%
Mn 猛 0.75-1.3%
Zn # 0.001-0.05%
Fe 鐵 4.0-4.5%
Ni 镲 4.5-5.0%
Sn 錫 0-0.05%
Pb 鉛 0-0.002%
P 憐 0.001-0.029%
SI 娃 0.001-0.14%
CR 絡(luò) 0.001-0.01%
余量為Cu銅。
[0011 ] 一種加工上述螺旋槳制造材料的工藝方法，其特征在于所述方法包括如下步驟:
(1)金屬熔煉步驟，將權(quán)利要求1所述制造材料所需金屬材料按照先加入熔點(diǎn)高的合金，后加入熔點(diǎn)低的合金的原則進(jìn)行金屬材料的熔煉；
(2)添加劑步驟，在金屬熔煉步驟(I)執(zhí)行過程中加入清渣覆蓋熔劑和精煉劑；
(3)除氣步驟，在金屬熔煉步驟(I)執(zhí)行過程中去除因熔煉產(chǎn)生的氣體；
(4)爐前扒渣步驟，在金屬熔煉步驟(I)執(zhí)行過程中采用扒渣工具進(jìn)行扒渣操作；
(5)檢測步驟，采用光譜檢測設(shè)備對步驟(I)中熔煉的合金化學(xué)元素進(jìn)行檢測；如果檢測結(jié)果符合權(quán)利要求1中對制造材料的元素含量要求，則結(jié)束工藝流程；如果檢測結(jié)果不符合利要求I中對制造材料的元素含量要求，則重復(fù)以上步驟，直至獲得符合要求的熔煉合金材料。
[0012]在上述加工工藝中，步驟(I)中金屬材料的熔煉加入采用分批分次加入，且熔點(diǎn)低和具有較高揮發(fā)性的金屬材料分開添加熔煉。其中，特別需要注意的是，金屬材料鋁應(yīng)當(dāng)分批次加入熔煉，且不能作為最后一道加入工序的添加材料。
[0013]在上述加工工藝中，步驟(3)中采用的除氣方法包括熔劑精煉除氣、真空精煉除氣、真空吹氬除氣、吹惰性氣體除氣。
[0014]有益效果:
1.克服了現(xiàn)有鎳鋁青銅材料鑄造性好，但性能不足的確定，提出了一種新的鎳鋁青銅制造材料，能夠同時兼顧鑄造性和機(jī)械性能，并大大超過了現(xiàn)有制造材料的性能水平。
[0015]2.現(xiàn)有鎳鋁青銅的制造成本主要為鎳金屬材料的采購成本，而本發(fā)明提出的螺旋槳制造材料在相同機(jī)械性能的對比條件下，鎳金屬材料需求量較低，能夠大大節(jié)省制造成本。
[0016]3.采用本制造材料制造的螺旋槳等部件能夠提高部件的強(qiáng)度，降低部件重量，從而進(jìn)一步減少主機(jī)的能源消耗，同時減輕主軸的共振，減輕對主機(jī)和船體的損害，延長主機(jī)的使用壽命和可保養(yǎng)時間。
【具體實(shí)施方式】
[0017]為使本發(fā)明的技術(shù)方案更加的清晰明確，下面結(jié)合具體的實(shí)施案例對本發(fā)明做進(jìn)一步闡述。
[0018]實(shí)施例一:
一種高機(jī)械性能螺旋槳制造材料，包含的金屬材料成分和重量比例如下:
Al 鋁 9.5%
Mn 猛 1.3%
Zn 鋅 0.05%
Fe 鐵 4.5%
Ni 镲 5.0%
Sn 錫 0.05%
Pb 鉛 0.002%
P 磷 0.029%
SI 硅 0.14%
CR 絡(luò) 0.01%
Cu 銅 79.428%。
[0019]在確認(rèn)上述材料比例分量后按照以下步驟進(jìn)行加工制造:
(I)金屬熔煉步驟，將上述制造材料所需金屬材料按照先加入熔點(diǎn)高的合金，后加入熔點(diǎn)低的合金的原則進(jìn)行金屬材料的熔煉，并且在加工過程中分批次加入，以避免驟然降低銅水溫度，縮短熔化時間。熔化后再分別加入熔點(diǎn)較低或具有較高揮發(fā)性的合金，溶解能產(chǎn)生大量熱效應(yīng)的金屬鋁AL時，不宜一次加入或作最后一批爐料加入，以防銅水過熱太高和損傷爐體。熔化時盡可能做到快速熔化，以防止和盡可能的減少合金的氧化和吸氣。
[0020](2)添加劑步驟，在金屬熔煉步驟(I)執(zhí)行過程中加入清渣覆蓋熔劑和精煉劑；鋁青銅中鋁含量較多，鋁與氧的親和力大，易氧化生成懸浮性的氧化渣，為防止合金液過多的氧化和吸氣，清渣覆蓋熔劑是熔煉時所需要的。同時為了精煉細(xì)化晶粒，鋁青銅熔煉時通常