一种性能优异的铸造铜合金的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种性能优异的铸造铜合金的制备方法，包括：S1按比例称取原料；S2将称取的Al放入熔炼炉坩埚内，称取的其余原料放入二次加料室，开始对熔炼炉内抽真空，充入氩气，开始真空熔炼；S3开始真空熔炼时，先熔化全部的Al，再加入称取的其余原料，调整熔炼炉功率使熔炼炉阶梯式升温，使熔炼炉内原料全部熔化，得到熔融金属液；S4将得到的熔融金属液静置降温后，开始浇铸，浇铸完成后，进行热处理。本发明专利技术通过采用气氛保护熔炼，熔炼过程不与空气接触，能获得气体含量极少的合金，能有效地消除非金属夹杂，获得组织致密、成分均匀、气孔、夹杂较少的铸造铜合金。杂较少的铸造铜合金。杂较少的铸造铜合金。

【技术实现步骤摘要】
一种性能优异的铸造铜合金的制备方法


[0001]本专利技术涉及铜合金制造
，具体是涉及一种性能优异的铸造铜合金的制备方法。

技术介绍

[0002]随着轨道交通业的快速发展，隧道掘进机等相关设备需求日趋增长，铜合金被广泛应用于航空航天、海洋工程、机械工程等高应力条件工作下的结构零件、耐磨件及耐腐蚀件等，是现代工业中不可或缺的一种重要的合金材料。
[0003]Cu
‑
Al合金是一种固溶强化、形变强化和析出强化相结合的合金，可通过控制变形及热处理工艺来控制析出相的相貌、大小和分布，以获得强度与塑性的综合平衡。国内外开展了大量复杂Cu
‑
Al合金的相关研究工作，国外对铸造Cu
‑
Al合金的耐腐蚀、耐摩擦等性能研究较深入，国内的研究仅集中在耐腐蚀性能方面，针对铸态Cu
‑
Al合金的工艺、组织和性能的研究很少。
[0004]本专利技术采用气氛保护熔炼+中间合金+微合金化的方法，配合适当的热处理工艺，制备出高强度、高塑性、耐磨、耐腐蚀的Cu
‑
Al合金材料。

技术实现思路

[0005]为解决上述技术问题，本专利技术提供了一种性能优异的铸造铜合金的制备方法。
[0006]本专利技术的技术方案是：一种性能优异的铸造铜合金的制备方法，包括以下步骤：
[0007]S1、配料
[0008]按照质量百分比称取原料：Al 8％
‑
13％、Fe 2％
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5％、Ni 4％
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8％、Mn 0.2％
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2％、Si 0.1％
‑
0.5％、B 0.1％
‑
0.5％，余量为Cu；
[0009]S2、装炉及抽真空
[0010]将称取的Al放入熔炼炉的坩埚内，其余所述原料放入二次加料室，开始对熔炼炉内抽真空，待熔炼炉内真空压力至р≤0.08MPa时，继续抽真空，待熔炼炉内真空度≤20Pa时，向熔炼炉内充入氩气，开始真空熔炼；
[0011]S3、熔炼
[0012]开始真空熔炼时，先升温熔化全部的Al，随后通过所述二次加料室将其余所述原料加入，调整熔炼炉的加热功率至70
‑
90kW，保持8
‑
10min，然后提升加热功率至150
‑
170kW，保持8
‑
10min，再提升加热功率至190
‑
210kW，使熔炼炉内原料全部熔化，在加热功率190
‑
210kW下精炼25
‑
30min，得到熔融金属液；
[0013]S4、浇铸
[0014]将步骤S3所得熔融金属液静置降温后，开始浇铸，浇铸完成后，停止加热并在熔炼炉内冷却40min出炉，得到铸锭，随后将铸锭放入热处理炉进行热处理。采用上述方法制作出的Cu
‑
Al合金，由于采用了气氛保护熔炼，熔炼过程不与空气接触，能获得气体含量极少的合金，且有效地消除了非金属夹杂，获得的合金组织致密、成分均匀、气孔、夹杂较少，并
且添通过添加Fe、Ni、Mn、Si、B合金元素改善合金性能，微量的Mn、Si、B元素，可对铜液进行微合金化处理，提升了合金强度及塑性。
[0015]进一步地，所述Fe、Mn元素以中间合金CuFe50、CuMn37的形式加入，使用中间合金可以降低熔炼温度，减少合金元素烧损。
[0016]进一步地，所述中间合金CuFe50、CuMn37的制备方法为：
[0017]1)按照质量百分比秤取CuFe50中间合金原料：Cu 50％、Fe 50％；按照质量百分比秤取CuMn37中间合金原料：Cu 63％、Mn 37％，
[0018]2)将CuFe50中间合金原料或CuMn37中间合金原料装入熔炼炉的坩埚内，开始对熔炼炉内抽真空，
[0019]3)当熔炼炉内真空度达到р≤10Pa时，开始真空熔炼，调整熔炼炉的加热功率至20
±
2kW，保持8min，提升加热功率至40
±
2kW，保持10min，再提升加热功率至50
±
2kW，保持10min，然后提升加热功率至65kW保持，直至坩埚内中间合金原料全部熔化后，降低加热功率至20kW，打开氩气阀门，向熔炼炉内充入氩气，
[0020]4)调整熔炼炉的加热功率至60kW，精炼5min，然后使用石墨坩埚开始快速浇铸，浇铸时间≤30S，浇铸完成冷却20min后出炉，使用上述方法制得的CuFe50、CuMn37中间合金元素分布均匀，不易产生偏析，且由于制备过程中不与空气接触，金属不易发生氧化。
[0021]进一步地，步骤S2以及步骤3中所述充入氩气的方法为：直至熔炼炉内真空压力达到
‑
0.08MPa时，停止充入氩气，充入氩气可保证熔炼炉内压力，避免熔炼炉内原料高温氧化。
[0022]进一步地，步骤S3在放入Al之后的具体操作为：使熔炼炉内温度保持在680
‑
720℃，直至Al全部熔化后加入精炼剂，静置15
‑
20min，加入精炼剂之后可有效去除氧化铝杂质，且能减少铝和铜的烧损。
[0023]进一步地，所述精炼剂按质量份数计包括：KCl：40
‑
43份、NaCl：34
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37份、Na2TiF6：8
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10份、Na3AlF6：5
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8份、C2Cl6：2
‑
4份、稀土：0.5
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1份，上述组份中KCl和NaCl对Al2O3、夹杂物和氧化膜有很强的浸润能力，Na3AlF6可溶解Al2O3，Na2TiF6中的Ti元素可以作为变质剂改善铜合金的性能，且能提高Al2O3溶解度，C2Cl6可提高精炼效果，细化晶粒，稀土可吸附熔体中的杂质氢，达到除气体的同时减少氧化物，且可使Al2O3夹杂尺寸变小，细化铸锭晶粒。
[0024]进一步地，步骤S4开始浇铸前，先调整设备功率至100kW，然后再采用专用钢模进行浇铸，调整功率可保证合适的浇铸温度，提高铜液的流动性，使铜液更好的成型，选用专用钢模可避免浇铸过程中产生偏析和缩孔。
[0025]进一步地，步骤S4浇铸时浇铸速度为先慢、再适当加快，最后再减慢，整个浇铸时间为1min，浇注过程先慢，后快的过程可保证铜液凝固过程有效补缩，形成致密组织。
[0026]作为本专利技术的一种可选技术方案，步骤S4所述热处理方法为：将铸锭在550
‑
650℃温度下，保温4h，随炉冷却，上述热处理方法可调整铸锭组织，细化晶粒。
[0027]作为本专利技术的另一种可选技术方案，步骤S4所述热处理方法为：
[0028]1)在550
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650℃温度下，保温4h，
[0029]2)向铸锭表面喷洒
‑
20℃的低温氮气，使铸锭本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种性能优异的铸造铜合金的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、配料按照质量百分比称取原料：Al 8％
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13％、Fe 2％
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5％、Ni 4％
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8％、Mn 0.2％
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2％、Si 0.1％
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0.5％、B 0.1％
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0.5％，余量为Cu；S2、装炉及抽真空将称取的Al放入熔炼炉的坩埚内，其余所述原料放入二次加料室，开始对熔炼炉内抽真空，待熔炼炉内真空压力至р≤0.08MPa时，继续抽真空，待熔炼炉内真空度≤20Pa时，向熔炼炉内充入氩气，开始真空熔炼；S3、熔炼开始真空熔炼时，先升温熔化全部的Al，随后通过所述二次加料室将其余所述原料加入，调整熔炼炉的加热功率至70
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90kW，保持8
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10min，然后提升加热功率至150
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170kW，保持8
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10min，再提升加热功率至190
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210kW，使熔炼炉内原料全部熔化，在加热功率190
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210kW下精炼25
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30min，得到熔融金属液；S4、浇铸将步骤S3所得熔融金属液静置降温后，开始浇铸，浇铸完成后，停止加热并在熔炼炉内冷却40min出炉，得到铸锭，随后将铸锭放入热处理炉进行热处理。2.根据权利要求1所述的一种性能优异的铸造铜合金的制备方法，其特征在于，所述Fe、Mn元素以中间合金CuFe50、CuMn37的形式加入。3.根据权利要求2所述的一种性能优异的铸造铜合金的制备方法，其特征在于，所述中间合金CuFe50、CuMn37的制备方法为：1)按照质量百分比秤取CuFe50中间合金原料：Cu 50％、Fe 50％；按照质量百分比秤取CuMn37中间合金原料：Cu 63％、Mn 37％，2)将CuFe50中间合金原料或CuMn37中间合金原料装入熔炼炉的坩埚内，开始对熔炼炉内抽真空，3)当熔炼炉内真空度达到р≤10Pa时，开始真空熔炼，调整熔炼炉的加热功率至20
±
2kW，保持8min，提升加热功率至40
±

【专利技术属性】
技术研发人员：孙君鹏，刘向东，张青队，梁建斌，周斌，王群，梁相博，
申请(专利权)人：陕西斯瑞扶风先进铜合金有限公司，
类型：发明
国别省市：