一种铝青铜合金及其制备方法技术

本申请适用于合金材料技术领域，提供了一种铝青铜合金及其制备方法，所述铝青铜合金包括以下重量百分比的元素：铝12.5

【技术实现步骤摘要】
一种铝青铜合金及其制备方法


[0001]本申请属于合金材料
，尤其涉及一种铝青铜合金及其制备方法。

技术介绍

[0002]铜和铝的二元合金及其中再加入Fe、Mn、或Ni的多元合金都称作为铝青铜，铝青铜是以铝作为主加强化元素，20世纪初才开始研究起来的合金，力学性能比黄铜、锡青铜高，它具有极高的耐蚀性能和可与钢相媲关的强度和韧性，因此应用十分广泛。含铝量在5％
‑
7％的Cu
‑
Al二元合金一般可以冷作加工，铝含量＞7％的铝青铜需要热加工，对于拉深模具和一些耐磨场合的应用，铝含量可以＞14％。常用的铝青铜含铝量在5％
‑
12％之间，应用于齿轮、轴套、螺旋桨、泵、阀体、蜗轮等高抗磨及耐蚀性的零件。
[0003]铝青铜主要应用的性能是良好的机械性能和耐磨性，作为一种和钢材配合不发生粘结的耐磨材料，机械强度，高的硬度及耐磨性，良好的导热性都是高性能铝青铜需要拥有的特点，高硬度代表高的耐磨性，但硬度提高会导致伸长率下降，材料脆性增加，进而发生材料脆性断裂的情况。硬度降低虽然能保证不发生断裂，但抗拉强度和屈服强度也会降低，合金材料容易变形，而且无法保证足够的机械强度和耐磨性。另外考虑到应用环境的腐蚀，腐蚀开裂也是材料失效的一种方式，对于高硬度材料来说，其魏氏组织和马氏体β相或其它硬脆相更容易受到介质的腐蚀，因此拥有良好的抗氧化性和耐蚀性也是优秀合金必要的特性。
[0004]如何设计一款高性能铜合金在保证材料硬度、耐磨性前提下，如何保持高的材料强度不发生断裂失效、不发生氧化腐蚀时效是铜合金设计的难点，通常市场上的铝青铜合金铸造后强度在600Mpa以下，硬度低于150HB，作为机械零部件使用或者耐磨滑块使用，特殊高强度应用，需要额外锻造与热处理工序的参与。一部分高硬度的铝青铜用于拉深模具市场，具有高的硬度和耐磨性，硬度范围250HB
‑
400HB，但机械性能很差，抗拉强度低于500Mpa，断后伸长率为0％，加工过程中容易发生断裂和使用过程中腐蚀严重。

技术实现思路

[0005]本申请实施例的目的在于提供一种铝青铜合金，旨在提供一个高综合性能的铜合金，具有在铸造状态下保持高强度，不易断裂，优异耐磨性以及耐蚀性。
[0006]本申请实施例是这样实现的，一种铝青铜合金，包括以下重量百分比的元素：
[0007]铝12.5
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13.5％、铁4
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6％、镍4
‑
6％或钴2
‑
3％、锰2.5
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3.5％，其余为铜。
[0008]本申请实施例的另一目的在于一种铝青铜合金的制备方法，包括：
[0009]按照上述铝青铜合金的配方称取铝原料、铁原料、镍/钴原料、锰原料以及铜原料；
[0010]在熔炼设备中依次加入铝原料、铁原料、镍/钴原料、锰原料以及部分铜原料进行熔炼处理后，再加入剩余部分铜原料继续熔炼处理，得熔炼液；
[0011]将采用带有激冷材料的铸造型腔进行所述熔炼液的浇注处理，得到铸件；
[0012]在所述铸件冷却过程中，当铸件冷却到600
‑
700℃时进行开箱冷却处理，即得。
[0013]本申请实施例提供了一种五元铝青铜合金，该五元铝青铜合金的铸态强度高达750Mpa，屈服强度可达500Mpa，布氏硬度HBW可达300HB左右，无润滑摩擦系数低于0.4，该合金材料可成功应用于汽车模具的导向装置中，与模具钢配合进行滑动摩擦，具有不变形、强度高、耐磨性好以及导热性良好的优点。
[0014]另外，本申请实施例提供的五元铝青铜合金的制备方法，在熔炼过程中通过控制熔炼温度和采用中间合金的方式保证材料不吸收气体，铸件不会发生气孔等缺陷；在造型过程中，通过细晶强化技术来改善结晶和凝固后组织的性能；以及在铸件凝固成型的后处理过程中，为了获得马氏体β相，在600
‑
700℃温度范围内开箱雾化冷却，显著强化基体组织。另外，本申请制备工艺是通过铸造而成，并不需要热处理的参与，所得合金材料抗氧化腐蚀性能和抗退火软化性能优秀，通过扫描电镜对基体组织的研究，相组织和金属间化合物分布均匀合理，基体保留大量马氏体β相，极少量的有害相，说明制备工艺阻止了共析转变的发生，极大的降低该合金出现材料失效的概率。
附图说明
[0015]图1是本申请实施例提供的铝青铜合金的相组织分布图；
[0016]图2是本申请实施例提供的铝青铜合金的二次电子像以及背散射电子像图。
具体实施方式
[0017]为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。
[0018]本申请实施例提供了一种新的铝青铜合金，通过确定需要的性能，目标材料铸造后强度600Mpa以上，屈服强度500Mpa左右，断后伸长率＞2％，硬度范围＞250HB。进一步，选择多元合金类别及强化相：为了保证材料能获得综合的机械性能和耐蚀性，选择Cu
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Al
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Fe
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Mn
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Ni(Co)五元合金系列。其中，钴的作用比镍更强，在铜中是Ni的两倍作用效果，该五元材料系列铸造后会出现5种相及组织，分别是α相，马氏体β相，基于铝铁化合物的K相，基于镍铝化合物的K相，及γ2相，对其中的强化相进行研究，选择马氏体β相和γ2相作为强化相，用于保证材料的强度和耐磨性，选择K相作为这款合金的韧性和耐蚀性的保证。进一步，确定元素含量范围：Al作为主加强化元素，在上述硬度及强化相的要求下，铝的当量应＞12％，为了保证不出现过多的γ2相，上限限制在13％，因此铝含量成分范围：12％
‑
13％，锰的含量选择2.5％
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3.5％，保证β相的稳定。铁和镍作为K相的主要形成元素及耐蚀性的保证，成分范围均在4
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6％。如果使用钴代替镍，成分范围在2
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3％。另外，为了保证β相不在550℃发生共析转变生成α+K+γ2的共析体混合物，具体实施过程中采用激冷材料和铸造后快速冷却的方式提高过冷度，减少共析体组织及有害相的生成，获得大比例的马氏体β相。
[0019]在本申请实施例中，所述铝青铜合金包括以下重量百分比的元素：
[0020]铝12.5
‑
13.5％、铁4
‑
6％、镍4
‑
6％或钴2
‑
3％、锰2.5
‑
3.5％，其余为铜。
[0021]其中，所述铝青铜合金的抗拉强度＞650Mpa，屈服强度＞470Mpa，断后伸长率＞2％，布氏硬度＞285HB。
[0022]本申请实施例提供了上述的铝青铜合金的制备方法，其特征在于，包括：
[0023]按照上述铝青铜合金的配方称取铝原料、本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种铝青铜合金，其特征在于，包括以下重量百分比的元素：铝12.5
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13.5％、铁4
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6％、镍4
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6％或钴2
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3％、锰2.5
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3.5％，其余为铜。2.根据权利要求1所述的铝青铜合金，其特征在于，所述铝青铜合金的微观组织由α相、马氏体β相、基于铝铁化合物的K相、基于镍铝化合物的K相以及γ2相组成。3.根据权利要求2所述的铝青铜合金，其特征在于，基于镍铝化合物的K相弥散分布在马氏体β相上面，α相被弥散分布的基于铝铁化合物的K相点缀。4.根据权利要求1所述的铝青铜合金，其特征在于，所述铝青铜合金的抗拉强度＞650Mpa，屈服强度＞470Mpa，断后伸长率＞2％，布氏硬度＞285HB。5.根据权利要求1所述的铝青铜合金，其特征在于，所述铝青铜合金的铸态强度高达750Mpa，屈服强度高达500Mpa，布氏硬度HBW高达300HB，无润滑摩擦系数低于0.4。6.一种铝青铜合金的制备方法，其特征在于，包括：按照权利要求1所述铝青铜合金的配方称取铝原料、铁原料、镍/钴原料、锰原料以及铜原料；在熔炼设备中依次加入铝原料、铁原料、镍/钴原料、锰原料以及部分铜原料进行熔炼处理后，再加入剩余部分...

【专利技术属性】
技术研发人员：李甫，
申请(专利权)人：安博科佛山金属有限公司，
类型：发明
国别省市：