一种采用电磁搅拌工艺制备高强度、高延伸率铜合金棒材或铸件的方法技术

技术编号:20940216 阅读:37 留言:0更新日期:2019-04-24 00:42
本发明专利技术公开了一种采用电磁搅拌工艺制备高强度、高延伸率铜合金棒材或铸件的方法,先向坩埚底部加入冰晶石和硼砂和小部分原材料,随后将剩余合金原料加入坩埚内,在温度1100‑1250℃条件下进行熔化,并在合金熔化过程中不断加入冰晶石和硼砂,直至合金全部熔化;最后,将炉温升至1250‑1400℃精炼10‑15min后进行搅拌,并静置3‑5min后扒渣,随后将金属液体充入壳型或保温模具内,在电磁搅拌器中进行单向或双向连续电磁搅拌直至合金凝固,制得铜合金棒材或铸件。本发明专利技术采用电磁搅拌工艺制备铜合金,不仅组织更加均匀细小、整体的耐腐蚀性,尤其抗晶间腐蚀性提高,且抗拉强度、耐磨性及延伸率等综合力学性能提高。

A Method for Preparing High Strength and High Elongation Copper Alloy Bars or Castings by Electromagnetic Stirring

The invention discloses a method for preparing copper alloy bars or castings with high strength and high elongation by electromagnetic stirring process. Cryolite and borax are first added to the bottom of crucible and a small amount of raw materials are then added to crucible. The remaining alloy raw materials are melted in crucible at 1100 1250 (?) C, and cryolite and borax are continuously added in the melting process until the alloy is complete. Finally, the furnace temperature is raised to 1250 1400 and refined for 10 15 minutes, then the slag is removed after standing for 3 5 minutes. Then the metal liquid is filled into the shell or insulation mould, and the copper alloy rods or castings are prepared by unidirectional or bidirectional continuous electromagnetic stirring in the electromagnetic stirrer until the alloy solidifies. The copper alloy prepared by the electromagnetic stirring process has not only more uniform and fine structure, overall corrosion resistance, especially intergranular corrosion resistance, but also improved comprehensive mechanical properties such as tensile strength, wear resistance and elongation.

【技术实现步骤摘要】
一种采用电磁搅拌工艺制备高强度、高延伸率铜合金棒材或铸件的方法
本专利技术属于铜合金制备领域,尤其涉及一种采用电磁搅拌工艺制备高强度、高延伸率铜合金棒材或铸件的方法。
技术介绍
铜合金因具有耐蚀、耐磨及传导性能在工程领域被广泛用于铸造泵阀体、螺旋桨、轴套轴瓦、接线金具等零部件,随着工程设备设计优化和综合性能的提升,制造业对铜合金铸件的性能要求也随之提高,如提高泵阀体的耐压指标、螺旋桨的断裂强度、轴套轴瓦的耐磨性和接线金具的传导性等,而传统铜合金铸件本体性能指标仅有单铸合金试样性能的40-60%水平,也就是传统的熔铸工艺并没有充分发挥铜合金材料的性能优势,从而造成大量铜合金零部件在工程服役环境下提前失效,严重影响了工程设备的安全运行。因此,现亟需一种能制备高强度、高延伸率铜合金棒材或铸件的有效方法
技术实现思路
专利技术目的:本专利技术的目的是提供一种采用电磁搅拌工艺制备高强度、高延伸率的铜合金棒材或铸件的方法。技术方案:本专利技术采用电磁搅拌工艺制备高强度、高延伸率铜合金棒材或铸件的方法,包括如下步骤:(1)按铜合金组分含量配制原材料;(2)向坩埚底部先加入部分覆盖剂以及尺寸不大于40mm×40mm×10mm的小部分原材料,该小部分原材料占原材料总量的3-8%,随后加入剩余的原材料,在温度1100-1250℃条件下进行熔化,并在合金熔化过程中不断加入覆盖剂,直至合金全部熔化;其中,覆盖剂总加入量为原材料重量的3-5%;(3)将炉温升至1250-1400℃精炼10-15min后进行搅拌,再静置3-5min进行扒渣,随后将金属液体充入壳型或保温模具内,在电磁搅拌器中以频率5-50Hz、电流100-500A进行单向或双向连续电磁搅拌直至合金凝固,制得铜合金棒材或铸件。本专利技术通过采用电磁搅拌工艺制备铜合金,电磁搅拌能够在铜合金降温凝固过程中施加电磁场进行搅拌以制备半固态浆料,同时由于洛伦兹力促使铜合金金属熔液运动,以减少柱状晶增加等轴晶率,使其铸态组织得到改善,进而获得综合力学性能优越,耐蚀性、耐磨性佳的铜合金棒材或铸件。进一步说,本专利技术的铜合金可为铜锰合金、铜铝合金或铜镍合金。其中,铜锰合金的组分包括:Al7.0-8.5%、Mn11.5-14.0%、Fe2.5-4.0%、Ni1.8-2.5%、Zn0.1-0.3%、Cr0.08-0.2%及余量铜和不可避免的杂质。铜铝合金的组分包括:Al8.5-9.5%、Mn1.5-3.0%、Fe3.5-4.5%、Ni4.0-5.0%、Zn0.1-0.3%、Cr0.08-0.2%及余量铜和不可避免的杂质。铜镍合金的组分包括:Ni14-16%、Sn8.0-10%、Mn0.5-1.5%、B0.03-0.15%及余量铜和不可避免的杂质。本专利技术通过对铜锰合金、铜铝合金或铜镍合金采用电磁搅拌工艺制备,进而制得的铜锰合金、铜铝合金或铜镍合金不仅抗拉强度、延伸率等综合力学性能提高,且耐腐蚀性能及耐磨性能提高。其中,对于在铜锰合金而言,原料中通过添加Zn和Cr,添加Zn能对铜熔体进行脱氧处理,同时Zn降低液体金属的粘性有利于电磁搅拌,而原料中通过加入Cr能够提高合金的强度和耐蚀性,同时Cr为磁场敏感元素,能够提升磁场搅拌的效率;对于在铜铝合金而言,原料中通过添加Zn和Cr,添加Zn能对铜熔体进行脱氧处理,同时Zn降低液体金属的粘性有利于电磁搅拌;原料中通过加入Cr能够提高合金的强度和耐蚀性,同时Cr为磁场敏感元素,提升磁场搅拌的效率;对于铜镍合金,原料中通过添加Mn和B,添加Mn能缓解合金中Sn偏析,同时Mn增加液态金属的流动性有利于电磁搅拌的进行;原料中通过加入B能缓解合金中Sn偏析和细化晶粒,同时B在金属熔体中形成的高熔点陶瓷相形核,提升磁场搅拌的效果。再进一步说,覆盖剂由质量比为2-6:4-8的冰晶石和硼砂组成,其中,向坩埚底部先加入部分覆盖剂,其质量与小部分原材料的质量比为0.2-0.4:1。随后不断加入覆盖剂时,每次加入的量与原材料的质量比为0.02-0.04:1。更进一步说,本专利技术制备铜锰合金时,先向坩埚底部先加入部分覆盖剂以及尺寸不大于40mm×40mm×10mm的小部分原材料,该小部分原材料占原材料总量的3-8%,随后加入剩余的原材料,在温度1100-1200℃条件下进行熔化,并在合金熔化过程中不断加入覆盖剂,直至合金全部熔化;其中,覆盖剂总加入量为原材料重量的3-5%;将炉温升至1250-1300℃精炼10-15min后进行搅拌,再静置3-5min进行扒渣,随后将金属液体充入壳型或保温模具内,在电磁搅拌器中以频率5-50Hz、电流100-300A进行单向或双向连续电磁搅拌直至合金凝固,制得铜合金棒材或铸件。本专利技术制备铜铝合金时,先向坩埚底部先加入部分覆盖剂以及尺寸不大于40mm×40mm×10mm的小部分原材料,该小部分原材料占原材料总量的3-8%,随后加入剩余的原材料,在温度1100-1200℃条件下进行熔化,并在合金熔化过程中不断加入覆盖剂,直至合金全部熔化;其中,覆盖剂总加入量为原材料重量的3-5%;将炉温升至1300-1400℃精炼10-15min后进行搅拌,再静置3-5min进行扒渣,随后将金属液体充入壳型或保温模具内,在电磁搅拌器中以频率5-50Hz、电流150-400A进行单向或双向连续电磁搅拌直至合金凝固,制得铜合金棒材或铸件。本专利技术制备铜镍合金时,先向坩埚底部先加入部分覆盖剂以及尺寸不大于40mm×40mm×10mm的小部分原材料,该小部分原材料占原材料总量的3-8%,随后加入剩余的原材料,在温度1100-1250℃条件下进行熔化,并在合金熔化过程中不断加入覆盖剂,直至合金全部熔化;其中,覆盖剂总加入量为原材料重量的3-5%;将炉温升至1250-1350℃精炼10-15min后进行搅拌,再静置3-5min进行扒渣,随后将金属液体充入壳型或保温模具内,在电磁搅拌器中以频率5-50Hz、电流250-500A进行单向或双向连续电磁搅拌直至合金凝固,制得铜合金棒材或铸件。有益效果:与现有技术相比,本专利技术的显著优点为:通过采用电磁搅拌工艺制备铜合金,不仅组织更加均匀细小、整体的耐腐蚀性,尤其抗晶间腐蚀性提高,且抗拉强度、耐磨性及延伸率等综合力学性能提高,能够满足现在工业应用对铜合金的需求。附图说明图1为采用现有的冶炼方法熔炼的铜锰合金的金相图;图2为本专利技术制备的铜锰合金的金相图;图3为采用现有的冶炼方法熔炼的铜铝合金的金相图;图4为本专利技术制备的铜铝合金的金相图;图5为采用现有的冶炼方法熔炼的铜镍合金的金相图;图6为本专利技术制备的铜镍合金的金相图。具体实施方式下面结合实施例对本专利技术的技术方案做进一步详细说明。实施例1铜锰合金本专利技术采用电磁搅拌工艺制备高强度、高延伸率铜锰合金的方法,包括如下步骤:(1)按照铜锰合金组分配制原材料;(2)向坩埚底部加入部分覆盖剂(质量比为2:3的冰晶石和硼砂混合物)和尺寸不大于40mm×40mm×10mm的小部分原材料,随后加入剩余的原材料,在温度1200℃条件下进行熔化,并在合金熔化过程中不断加入覆盖剂,直至合金全部熔化;其中,先加入的部分覆盖剂与小部分原材料的质量比为0.2:1,小部分原材料占原材料总量的5%,覆盖剂总加入量为原材料重量的5%本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种采用电磁搅拌工艺制备高强度、高延伸率铜合金棒材或铸件的方法,其特征在于包括如下步骤:(1)按铜合金组分含量配制原材料;(2)向坩埚底部先加入部分覆盖剂以及尺寸不大于40mm×40mm×10mm的小部分原材料,该小部分原材料占原材料总量的3‑8%,随后加入剩余的原材料,在温度1100‑1250℃条件下进行熔化,并在合金熔化过程中不断加入覆盖剂,直至合金全部熔化;其中,覆盖剂总加入量为原材料重量的3‑5%;(3)将炉温升至1250‑1400℃精炼10‑15min后进行搅拌,再静置3‑5min进行扒渣,随后将金属液体充入壳型或保温模具内,在电磁搅拌器中以频率5‑50Hz、电流100‑500A进行单向或双向连续电磁搅拌直至合金凝固,制得铜合金棒材或铸件。

【技术特征摘要】
1.一种采用电磁搅拌工艺制备高强度、高延伸率铜合金棒材或铸件的方法,其特征在于包括如下步骤:(1)按铜合金组分含量配制原材料;(2)向坩埚底部先加入部分覆盖剂以及尺寸不大于40mm×40mm×10mm的小部分原材料,该小部分原材料占原材料总量的3-8%,随后加入剩余的原材料,在温度1100-1250℃条件下进行熔化,并在合金熔化过程中不断加入覆盖剂,直至合金全部熔化;其中,覆盖剂总加入量为原材料重量的3-5%;(3)将炉温升至1250-1400℃精炼10-15min后进行搅拌,再静置3-5min进行扒渣,随后将金属液体充入壳型或保温模具内,在电磁搅拌器中以频率5-50Hz、电流100-500A进行单向或双向连续电磁搅拌直至合金凝固,制得铜合金棒材或铸件。2.根据权利要求1所述采用电磁搅拌工艺制备高强度、高延伸率铜合金棒材或铸件的方法,其特征在于:所述铜合金为铜锰合金、铜铝合金或铜镍合金。3.根据权利要求2所述采用电磁搅拌工艺制备高强度、高延伸率铜合金棒材或铸件的方法,其特征在于:所述铜锰合金的组分包括:Al7.0-8.5%、Mn11.5-14.0%、Fe2.5-4.0%、Ni1.8-2.5%、Zn0.1-0.3%、Cr0.08-0.2%及余量铜和不可避免的杂质。4.根据权利要求2所述采用电磁搅拌工艺制备高强度、高延伸率铜合金棒材或铸件的方法,其特征在于:所述铜铝合金的组分包括:Al8.5-9.5%、Mn1.5-3.0%、Fe3.5-4.5%、Ni4.0-5.0%、Zn0.1-0.3%、Cr0.08-0.2%及余量铜和不可避免的杂质。5.根据权利要求2所述的采用电磁搅拌工艺制备高强度、高延伸率铜合金棒材或铸件的方法,其特征在于:所述铜镍合金的组分包括:Ni14-16%、Sn8.0-10%、Mn0.5-1.5%、B0.03-0.15%及余量铜和不可避免的杂质。6.根据权利要求1所述的采用电磁搅拌工艺制备高强度、高延伸率铜合金棒材或铸件的方法,其特征在于:所述覆盖剂由质量比为2-6:4-8的冰晶石和硼砂组成,其中,向坩埚底部先加入部分覆盖剂,其质量与小部分原材料的质量比为0.2-0.4:1。7.根据权利要求1所述的采用电磁搅拌工艺制备高强度、高延伸率铜合金棒材或铸件的方法,其特征在于:所述不断加入覆盖剂时,每次加入的量与原材料的质...

【专利技术属性】
技术研发人员:徐玉松魏赛张娟李红利顾沈艺
申请(专利权)人:江苏科技大学
类型:发明
国别省市:江苏,32

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