一种耐磨黄铜合金棒材及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种耐磨黄铜合金棒材，其特征在于：该黄铜合金的质量百分比组成为Cu：65wt％～69wt％，Si：1.7wt％～2.7wt％，Mn：6.2wt％～8.2wt％，Pb：0.4wt％～0.7wt％，Fe：1.0wt％～1.4wt％，Al：4.5wt％～5.0wt％，余量为Zn和不可避免的杂质。通过在黄铜中添加Si、Mn、Pb、Fe、Al并控制各自的添加量，形成“软基体+硬质点耐磨相”的相组成，最终实现平均晶粒度细小、耐磨相细小均布在软基体上。该耐磨黄铜合金棒材的硬度在220HV5以上，抗拉强度在650MPa以上，延伸率在10％以上，切削性能达到HPb63

【技术实现步骤摘要】
一种耐磨黄铜合金棒材及其制备方法


[0001]本专利技术属于铜合金
，具体涉及一种耐磨黄铜合金棒材及其制备方法。

技术介绍

[0002]耐磨黄铜主要是黄铜基体中加入Sn、Al、Mn、Pb、Si等元素，可以在保持材料本身的力学性能或工艺性能基本不变的条件下，形成耐磨性相，其形成主要是通过合金元素的固溶强化以及耐磨硬质相的弥散分布，进而提高材料的承载性以及高耐磨性能，同时这类合金具备很好的锻压加工各种精密部件的优势，广泛用于轴承、精密齿轮，齿轮(蜗轮)、轴瓦、轴套等耐磨损件。
[0003]目前铝青铜材料在汽车轴套高速、重载的恶劣工况下，能有效地抵抗载荷的冲击及剧烈的磨损，但性能仍需优化。目前使用的铝青铜QAl9
‑
4材料的摩擦系数较高，在400N的作用下为0.18，磨损量较大，在400N的作用下为340
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‑3mm3，耐磨复杂黄铜不但对合金基体的强度、韧性有较高的要求，而且要求在基体上必须均匀、稳定地分布有硬度极高的耐磨相，从而获得良好的高强、耐磨特性，同时也有利于在摩擦时建立稳定的润滑层，使得在高速、重载的恶劣工况下应用效果佳。

技术实现思路

[0004]本专利技术所要解决的第一个技术问题是提供一种具有优良的强度、韧性、切削性能且耐磨性能优异的耐磨黄铜合金棒材。
[0005]本专利技术解决第一个技术问题所采用的技术方案为：一种耐磨黄铜合金棒材，其特征在于：该黄铜合金的质量百分比组成为Cu：65wt％～69wt％，Si：1.7wt％～2.7wt％，Mn：6.2wt％～8.2wt％，Pb：0.4wt％～0.7wt％，Fe：1.0wt％～1.4wt％，Al：4.5wt％～5.0wt％，余量为Zn和不可避免的杂质。
[0006]作为优选，该黄铜合金的相组织中含有α相、β相以及耐磨相，其中，β相的面积占比为80％以上，耐磨相的面积占比为2～10％。呈现出β相为主体的基体相，在硅，锰，铁，铝的作用下，β相的面积占比为80％以上，基体相以β相为主体，耐磨相包括Mn5Si3相、FeAl3相、Fe相、Fe3Si相，总的质量百分占比在2％～10％以内，少量的α相可以兼顾硬度和塑性。
[0007]作为优选，该黄铜合金的平均晶粒度在60μm以下，耐磨相的平均尺寸在2～10μm。
[0008]本专利技术所要解决的第二个技术问题是提供一种耐磨黄铜合金棒材的制备方法。
[0009]本专利技术解决第二个技术问题所采用的技术方案为：一种耐磨黄铜合金棒材的制备方法，其特征在于：包括以下制备步骤：
[0010]1)熔炼：熔炼温度为1050℃～1100℃；
[0011]2)铸造：铸造温度为1050℃～1070℃，铸锭速度为60～120mm/min，一次冷却水进水温度为20℃～25℃，一次冷却水压0.2MPa～0.4MPa；二次冷却水距离结晶器出口处310～350mm，二次冷却水进水温度为20℃～25℃，二次冷却水压0.2MPa～0.4MPa；
[0012]3)挤压：将棒坯进行热挤压得到挤压坯料，挤压温度为650℃～720℃；
[0013]4)拉伸：将挤压坯料进行拉伸得到棒材，加工率为10％～15％；
[0014]5)退火：对棒材进行退火，退化温度：400℃～500℃，退火时间：1～5h。
[0015]与现有技术相比，本专利技术的优点在于：通过在黄铜中添加Si、Mn、Pb、Fe、Al并控制各自的添加量，形成“软基体+硬质点耐磨相”的相组成，软基体以β相为主体，耐磨相包括Mn5Si3相、FeAl3相、Fe相、Fe3Si相，最终实现平均晶粒度细小、耐磨相细小均布在软基体上。该耐磨黄铜合金棒材的硬度在220HV5以上，抗拉强度在650MPa以上，延伸率在10％以上，切削性能达到HPb63
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3的70％以上；在400N的作用下，摩擦系数为0.14以下，磨损量为280
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‑3mm3以下，取得了优异的综合性能。
附图说明
[0016]图1为本专利技术实施例1的金相组织照片。
[0017]图2为本专利技术实施例1的切削屑。
[0018]图3为本专利技术实施例2的金相组织照片。
[0019]图4为本专利技术实施例2的切削屑。
具体实施方式
[0020]以下结合附图实施例对本专利技术作进一步详细描述。
[0021]本专利技术提供5个实施例和1个对比例，具体成分见表1。
[0022]实施例1的耐磨黄铜合金棒材，规格φ17mm制备步骤以下：
[0023]1)熔炼：熔炼温度为1050℃～1100℃；
[0024]2)铸造：铸造温度为1050℃～1070℃，铸锭速度为100mm/min，一次冷却水进水温度为20℃～25℃，一次冷却水压0.2MPa～0.4MPa；二次冷却水距离结晶器出口处320mm，二次冷却水进水温度为20℃～25℃，二次冷却水压0.2MPa～0.4MPa；距离铜水100mm出设置电磁搅拌，频率为20HZ；铸锭规格φ145mm，
[0025]3)挤压：将棒坯进行热挤压得到挤压坯料，挤压温度为700℃，挤压规格φ18.5
±
0.2mm。
[0026]4)拉伸：将挤压坯料进行拉伸得到棒材，φ18.7mm
→
φ18.3mm；
[0027]5)剥皮：将棒材进行剥皮，φ18.3mm
→
φ18mm。
[0028]6)拉伸：将棒材拉伸，φ18.0mm
→
φ18.5mm
→
17.0mm
[0029]7)退火：对棒材进行退火，退化温度：480℃，退火时间：3h。
[0030]由图1可得，耐磨黄铜以β相为基体，其中存在少量的α相，耐磨相(Mn5Si3相)为相对比较规则的六边形，而且耐磨相中间还出现空洞，主要是硬质强化相颗粒的脱落导致。
[0031]实施例2的耐磨黄铜合金棒材，规格φ25mm制备步骤以下：
[0032]1)熔炼：熔炼温度为1050℃～1100℃；
[0033]2)铸造：铸造温度为1050℃～1070℃，铸锭速度为80mm/min，一次冷却水进水温度为20℃～25℃，一次冷却水压0.2MPa～0.4MPa；二次冷却水距离结晶器出口处320mm，二次冷却水进水温度为20℃～25℃，二次冷却水压0.2MPa～0.4MPa；距离铜水200mm出设置电磁搅拌，频率为30HZ；铸锭规格φ145mm，
[0034]3)挤压：将棒坯进行热挤压得到挤压坯料，挤压温度为700℃，挤压规格φ26.5
±
0.2mm。
[0035]4)拉伸：将挤压坯料进行拉伸得到棒材，φ26.6mm
→
φ26.3mm；
[0036]5)剥皮：将棒材进行剥皮，φ26.3mm
→
φ26mm。
[0037]6)拉伸：将棒材拉伸，φ26.0mm
→...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种耐磨黄铜合金棒材，其特征在于：该黄铜合金的质量百分比组成为Cu：65wt％～69wt％，Si：1.7wt％～2.7wt％，Mn：6.2wt％～8.2wt％，Pb：0.4wt％～0.7wt％，Fe：1.0wt％～1.4wt％，Al：4.5wt％～5.0wt％，余量为Zn和不可避免的杂质。2.根据权利要求1所述的耐磨黄铜合金棒材，其特征在于：该黄铜合金的相组织中含有α相、β相以及耐磨相，其中，β相的面积占比为80％以上，耐磨相的面积占比为2～10％。3.根据权利要求1所述的耐磨黄铜合金棒材，其特征在于：该黄铜合金的平均晶粒度在60μm以下，耐磨相的平均尺寸在2～10μm。4.权利要求1至3任一权利要求所述的耐磨黄铜合金棒材，其特征在于：该黄铜的硬度在220HV5以上，抗拉...

【专利技术属性】
技术研发人员：欧阳好，王东，沈波，舒孟洋，项燕龙，华称文，
申请(专利权)人：宁波金田铜业集团股份有限公司，
类型：发明
国别省市：