一種無鉛環保銅基合金管及其制造方法
【專利摘要】本發明提供了一種無鉛環保銅基合金管及其制造方法，本發明的無鉛環保銅基合金管由以下重量百分數的組分組成：鋅4%～6%，錫4%～6%，鉍0.5%～1.5%，碳化硅1%～3%，余量為銅。本發明的合金管中采用鉍元素替換傳統銅合金中的鉛元素，并添加納米級碳化硅材料，通過鉍的冷漲熱縮性能及納米碳化硅材料的高韌性和高硬度從而生產出完全能夠取代含有鉛元素的錫青銅材料。本發明在不增加成本的情況下，滿足了對該合金的環保性能的要求同時又進一步改善了合金的切削性能和硬度，適合于高溫（400℃）情況的耐磨零部件。
【專利說明】一種無鉛環保銅基合金管及其制造方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及合金管生產領域，尤其涉及一種無鉛環保銅基合金管，以及這種合金管的制造方法。
【背景技術】
[0002]現有的錫青銅材料為了實現其易切屑性能往往會添加鉛元素，含鉛的錫青銅具有較高的耐磨性和良好的可加工性，纖焊和焊接性能好，主要用于制造航空、汽車及其他工業部門中承受摩擦的零件并進行必要的焊接。但是由于鉛的特性，在進行熱加工時，極易產生熱脆性，因此只能進行冷加工，降低了合金管的可加工性，并且鉛對環境具有很大的危害，隨著環保意識的明顯提高，含鉛元素的青銅合金已經不能滿足國內外高端市場的要求。
【發明內容】
[0003]為解決上述技術問題，本發明的目的是提供一種不含鉛，可加工性強的環保銅基合金管，以及這種合金管的制造方法。
[0004]為實現上述發明目的，本發明所采用的技術方案如下:
[0005]一種無鉛環保銅基合金管，由以下重量百分數的組分組成:鋅4%~6%，錫4%~6%,鉍0.5%~1.5%,碳化硅1%~3%，余量為銅。
[0006]進一步地,所述各組分的重量百分數配比如下:鋅5%,錫5%,秘1%,碳化娃2%,余量為銅。
[0007]進一步地，所述無鉛環保銅基合金新材料的制造方法，包含以下步驟:
[0008]I)將銅、錫、鋅按上述的重量百分配比置于工頻電爐內，加熱至1100°C~1150°C完全溶化后，保溫至1000 C ；
[0009]2)將上述完全熔化的合金液充分攪拌后，在合金液上面覆蓋高純度鱗片狀石墨粉，并保溫；
[0010]3) 1000°C保溫1.2~1.5小時后，從電爐內取出樣品，采用直讀光譜儀對樣品進行三到五次成分檢測，若各組分含量在規定范圍之內，則安置備用；
[0011]4)將鉍、碳化硅按上述的重量百分配比同時放置于坩堝爐中加熱，并用石墨棒進行攪拌，攪拌至碳化硅均勻分布在鉍的溶液當中，保溫20-30分鐘；
[0012]5)將步驟4)的溶液添加到保溫完成的步驟3)的備用合金液中，再次用石墨棒進行攪拌，并加溫至1100-150(TC，取樣化驗各成分含量；
[0013]6)取步驟5)中各成分含量在規定范圍之內的合金液少量，待其冷卻凝固后拋光，在顯微鏡下觀察，若晶粒組織均勻，則進行下一步加工；
[0014]7)將步驟6)中合金液進一步保溫40-60分鐘后，重新升溫至1200°C，并開啟工頻電爐的振動裝置，采用水平連鑄方法鑄制成空心合金管材；
[0015]8)用高精度車床車削合金管表面,至公差為+/-0.1mm表面光潔的產品，并對合金管的兩端去毛刺后包裝入庫。[0016]更進一步地，步驟2)中所述攪拌采用石墨棒。
[0017]更進一步地，步驟2)中所述石墨粉的厚度為6~10cm。
[0018]更進一步地,步驟4)中所述秘的純度大于99.99%,碳化娃的粒徑范圍為I ii m〈粒徑 <10u m。
[0019]更進一步地，步驟4)中所述加熱溫度為350~400°C，加熱時間為30~40分鐘。
[0020]更進一步地，步驟6)中所述顯微鏡為800倍的金相顯微鏡。
[0021]更進一步地，步驟7)中所述工頻電爐的振動裝置的振動頻率為2次/秒。
[0022]更進一步地,步驟7)中所述合金管材的外徑為O 30mm至O 150mm,內徑為OlOmm至 O 130mm,長度為 500mm。
[0023]采用以上技術方案，本發明的合金管中采用鉍元素替換傳統銅合金中的鉛元素，并添加納米級碳化硅材料，按照一定的成分配比，適當的溫度，通過鉍的冷漲熱縮性能及納米碳化硅材料的高韌性和高硬度從而生產出完全能夠取代含有鉛元素的錫青銅材料。本發明在不增加成本的情況下，滿足了對該合金的環保性能的要求同時又進一步改善了合金的切削性能和硬度，適合于高溫(400°C )情況的耐磨零部件。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0024]圖1是本發明生產工藝流程圖。
【具體實施方式】
[0025]為了使本發明的目的 、技術方案及優點更加清楚明白，下面結合附圖及實施例，對本發明進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅用以解釋本發明，并不用于限定本發明。
[0026]實施例1
[0027]一種無鉛環保銅基合金新材料，由以下重量百分數的組分組成:鋅4%，錫4%，鉍
0.5%，碳化硅1%，余量為銅。其制造工藝流程如圖1所示，依次進行以下步驟:
[0028]將銅、錫、鋅按上述的重量百分配比置于工頻電爐內，加熱至1100°C完全熔化后，保溫至1000°C。將上述完全熔化的合金液用石墨棒充分攪拌后，在合金液上面覆蓋高純度鱗片狀石墨粉，厚度為6cm，并保溫。1000°C保溫1.2小時后，從電爐內取出樣品，采用直讀光譜儀對樣品進行三到五次成分檢測，若各組分含量在規定范圍之內，則安置備用。將純度大于99.99%的鉍、粒徑范圍為I ii m<粒徑〈10 u m的碳化硅按上述的重量百分配比同時放置于坩堝爐中加熱，加熱溫度為350°C，時間為30分鐘，并用石墨棒進行攪拌，攪拌至碳化硅均勻分布在鉍的溶液當中，保溫20分鐘。將上述溶液添加到保溫完成的的備用銅、錫、鋅合金液中，再次用石墨棒進行攪拌，并加溫至1100°C，取樣化驗各成分含量。取上述各成分含量在規定范圍之內的合金液少量，待其冷卻凝固后拋光，在800倍的金相顯微鏡下觀察，若晶粒組織均勻，進一步保溫40分鐘后，重新升溫至1200°C，并開啟工頻電爐的振動裝置，振動頻率為2次/秒，采用水平連鑄方法鑄制成外徑為0 30mm，內徑為OlOmm，長度為500_的空心合金管。用高精度車床車削合金管表面，至公差為+/-0.1mm表面光潔的產品，并對合金管的兩端去毛刺后包裝入庫。
[0029]實施例2[0030]一種無鉛環保銅基合金新材料，由以下重量百分數的組分組成:鋅6%，錫6%，鉍
1.5%，碳化硅3%，余量為銅。其制造工藝流程如圖1所示，依次進行以下步驟:
[0031]將銅、錫、鋅按上述的重量百分配比置于工頻電爐內，加熱至1150°C完全熔化后，保溫至1000°C。將上述完全熔化的合金液用石墨棒充分攪拌后，在合金液上面覆蓋高純度鱗片狀石墨粉，厚度為10cm，并保溫。1000°C保溫1.5小時后，從電爐內取出樣品，采用直讀光譜儀對樣品進行三到五次成分檢測，若各組分含量在規定范圍之內，則安置備用。將純度大于99.99%的鉍、粒徑范圍為I ii m<粒徑〈10 u m的碳化硅按上述的重量百分配比同時放置于坩堝爐中加熱，加熱溫度為400°C，時間為40分鐘，并用石墨棒進行攪拌，攪拌至碳化硅均勻分布在鉍的溶液當中，保溫30分鐘。將上述溶液添加到保溫完成的的備用銅、錫、鋅合金液中，再次用石墨棒進行攪拌，并加溫至1500°C，取樣化驗各成分含量。取上述各成分含量在規定范圍之內的合金液少量，待其冷卻凝固后拋光，在800倍的金相顯微鏡下觀察，若晶粒組織均勻，進一步保溫60分鐘后，重新升溫至1200°C，并開啟工頻電爐的振動裝置，振動頻率為2次/秒，采用水平連鑄方法鑄制成外徑為0150臟，內徑為0130臟，長度為500_的空心合金管。用高精度車床車削合金管表面，至公差為+/-0.1mm表面光潔的產品，并對合金管的兩端去毛刺后包裝入庫。
[0032]實施例3
[0033]一種無鉛環保銅基合金新材料，由以下重量百分數的組分組成:鋅5%，錫5%，鉍1%，碳化硅2%，余量為銅。其制造工藝流程如圖1所示，依次進行以下步驟:
[0034]將銅、錫、鋅按上述的重量百分配比置于工頻電爐內，加熱至1125°C完全熔化后，保溫至1000°C。將上述完全熔化的合金液用石墨棒充分攪拌后，在合金液上面覆蓋高純度鱗片狀石墨粉，厚度為8cm，并保溫。1000°C保溫1.3小時后，從電爐內取出樣品，采用直讀光譜儀對樣品進行三到五次成分檢測，若各組分含量在規定范圍之內，則安置備用。將純度大于99.99%的鉍、粒徑范圍·為I ii m<粒徑〈10 u m的碳化硅按上述的重量百分配比同時放置于坩堝爐中加熱，加熱溫度為375°C，時間為35分鐘，并用石墨棒進行攪拌，攪拌至碳化硅均勻分布在鉍的溶液當中，保溫25分鐘。將上述溶液添加到保溫完成的的備用銅、錫、鋅合金液中，再次用石墨棒進行攪拌，并加溫至1300°C，取樣化驗各成分含量。取上述各成分含量在規定范圍之內的合金液少量，待其冷卻凝固后拋光，在800倍的金相顯微鏡下觀察，若晶粒組織均勻，進一步保溫50分鐘后，重新升溫至1200°C，并開啟工頻電爐的振動裝置，振動頻率為2次/秒，采用水平連鑄方法鑄制成外徑為090_，內徑為070_，長度為500_的空心合金管。用高精度車床車削合金管表面，至公差為+/-0.1mm表面光潔的產品，并對合金管的兩端去毛刺后包裝入庫。
[0035]實施例4
[0036]一種無鉛環保銅基合金新材料，由以下重量百分數的組分組成:鋅4%，錫4%，鉍
1.5%，碳化硅3%，余量為銅。其制造工藝流程如圖1所示，依次進行以下步驟:
[0037]將銅、錫、鋅按上述的重量百分配比置于工頻電爐內，加熱至1125°C完全熔化后，保溫至1000°C。將上述完全熔化的合金液用石墨棒充分攪拌后，在合金液上面覆蓋高純度鱗片狀石墨粉，厚度為8cm，并保溫。1000°C保溫1.3小時后，從電爐內取出樣品，采用直讀光譜儀對樣品進行三到五次成分檢測，若各組分含量在規定范圍之內，則安置備用。將純度大于99.99%的鉍、粒徑范圍為I ii m<粒徑〈10 u m的碳化硅按上述的重量百分配比同時放置于坩堝爐中加熱，加熱溫度為375°C，時間為35分鐘，并用石墨棒進行攪拌，攪拌至碳化硅均勻分布在鉍的溶液當中，保溫25分鐘。將上述溶液添加到保溫完成的的備用銅、錫、鋅合金液中，再次用石墨棒進行攪拌，并加溫至1300°C，取樣化驗各成分含量。取上述各成分含量在規定范圍之內的合金液少量，待其冷卻凝固后拋光，在800倍的金相顯微鏡下觀察，若晶粒組織均勻，進一步保溫45分鐘后，重新升溫至1200°C，并開啟工頻電爐的振動裝置，振動頻率為2次/秒，采用水平連鑄方法鑄制成外徑為060mm，內徑為090mm，長度為500_的空心合金管。用高精度車床車削合金管表面，至公差為+/-0.1mm表面光潔的產品，并對合金管的兩端去毛刺后包裝入庫。
[0038]實施例5
[0039]一種無鉛環保銅基合金新材料，由以下重量百分數的組分組成:鋅6%，錫6%，鉍
0.5%，碳化硅1%，余量為銅。其制造工藝流程如圖1所示，依次進行以下步驟:
[0040]將銅、錫、鋅按上述的重量百分配比置于工頻電爐內，加熱至1130°C完全熔化后，保溫至1000°C。將上述完全熔化的合金液用石墨棒充分攪拌后，在合金液上面覆蓋高純度鱗片狀石墨粉，厚度為9cm，并保溫。1000°C保溫1.4小時后，從電爐內取出樣品，采用直讀光譜儀對樣品進行三到五次成分檢測，若各組分含量在規定范圍之內，則安置備用。將純度大于99.99%的鉍、粒徑范圍為I ii m<粒徑〈10 u m的碳化硅按上述的重量百分配比同時放置于坩堝爐中加熱，加熱溫度為380°C，時間為36分鐘，并用石墨棒進行攪拌，攪拌至碳化硅均勻分布在鉍的溶液當中，保溫26分鐘。將上述溶液添加到保溫完成的的備用銅、錫、鋅合金液中，再次用石墨棒進行攪拌，并加溫至1400°C，取樣化驗各成分含量。取上述各成分含量在規定范圍之內的合金液少量，待其冷卻凝固后拋光，在800倍的金相顯微鏡下觀察，若晶粒組織均勻，進一步保溫55分鐘后，重新升溫至1200°C，并開啟工頻電爐的振動裝置，振動頻率為2次/秒，采用水平連鑄方法鑄制成外徑為0 60_，內徑為0 90_，長度為500_的空心合金管。用高精度車床車削合金管表面，至公差為+/-0.1mm表面光潔的產品，并對合金管的兩端去毛刺后包裝入庫。
[0041]本發明提供的無鉛環保銅基合金管制造方法將傳統鉛元素替換為鉍元素，并添加納米級碳化硅材料，按照一定的成分配比，適當的溫度，通過鉍的冷脹熱縮性及納米碳化硅材料的高韌性和高硬度從而生產出完全能夠取代含有鉛元素的錫青銅。
[0042]經檢測本實施例得到的無鉛環保銅基合金管的切削性能、硬度都優于錫青銅。
[0043]綜上，實施例1-5提供的無鉛環保銅基合金管通過將傳統鉛元素替換為秘元素，并添加納米級碳化硅材料，由此來增加合金新材料的切削性能和硬度。其具體性能詳見下表:
[0044]表1無鉛環保銅基合金管性能表
【權利要求】
1.一種無鉛環保銅基合金管，其特征在于，由以下重量百分數的組分組成:鋅4%~6%，錫4%~6%，鉍0.5%~1.5%,碳化硅1%~3%，余量為銅。
2.根據權利要求1所述的無鉛環保銅基合金管，其特征在于，各組分的重量百分數配比如下:鋅5%，錫5%，鉍1%，碳化硅2%，余量為銅。
3.一種無鉛環保銅基合金新材料的制造方法，其特征在于，包含以下步驟: 1)按照權利要求1所述的配比將銅、錫、鋅置于工頻電爐內，加熱至1100°C~1150°C完全熔化后，保溫至1000°C ； 2)將上述完全熔化的合金液充分攪拌后，在合金液上面覆蓋高純度鱗片狀石墨粉，并保溫； 3)1000°C保溫1.2~1.5小時后，從電爐內取出樣品，采用直讀光譜儀對樣品進行三到五次成分檢測，若各組分含量在規定范圍之內，則安置備用； 4)按照權利要求1所述的配比將鉍、碳化硅同時放置于坩堝爐中加熱，并用石墨棒進行攪拌，攪拌至碳化硅均勻分布在鉍的溶液當中，保溫20-30分鐘； 5)將步驟4)的溶液添加到保溫完成的步驟3)的備用合金液中，再次用石墨棒進行攪拌，并加溫至1100-150(TC，取樣化驗各成分含量； 6)取步驟5)中各成分含量在規定范圍之內的合金液少量，待其冷卻凝固后拋光，在顯微鏡下觀察，若晶粒組織均勻，則進行下一步加工； 7)將步驟6)中合金液進一步保溫40-60分鐘后，重新升溫至1200°C，并開啟工頻電爐的振動裝置，采用水平連鑄方法鑄制成空心合金管材； 8)用高精度車床車削合金管表面，`至公差為+/-0.1mm表面光潔的產品，并對合金管的兩端去毛刺后包裝入庫。
4.根據權利要求3所述的無鉛環保銅基合金新材料的制造方法，其特征在于，步驟2)中所述攪拌采用石墨棒。
5.根據權利要求3所述的無鉛環保銅基合金新材料的制造方法，其特征在于，步驟2)中所述石墨粉的厚度為6~10cm。
6.根據權利要求3所述的無鉛環保銅基合金新材料的制造方法，其特征在于，步驟4)中所述鉍的純度大于99.99%，碳化硅的粒徑范圍為I U m<粒徑〈10 ii m。
7.根據權利要求3所述的無鉛環保銅基合金新材料的制造方法，其特征在于，步驟4)中所述加熱溫度為350~400°C，加熱時間為30~40分鐘。
8.根據權利要求3所述的無鉛環保銅基合金新材料的制造方法，其特征在于，步驟6)中所述顯微鏡為800倍的金相顯微鏡。
9.根據權利要求3所述的無鉛環保銅基合金新材料的制造方法，其特征在于，步驟7)中所述工頻電爐的振動裝置的振動頻率為2次/秒。
10.根據權利要求3所述的無鉛環保銅基合金管的制造方法，其特征在于，步驟7)中所述合金管材的外徑為①30mm至C1ISOmm,內徑為①IOmm至C1ISOmm,長度為500mm。
【文檔編號】C22C1/02GK103589901SQ201310552510
【公開日】2014年2月19日 申請日期:2013年11月8日 優先權日:2013年11月8日
【發明者】陸海榮, 孫飛, 趙勇 申請人:蘇州天兼金屬新材料有限公司