本發(fā)明專利技術(shù)公開了一種低溫高強(qiáng)高韌耐磨鋁青銅合金及其制備方法。該鋁青銅合金中各成分的重量百分含量為：鋁6.5-12.0％、鐵2.0-5.5％、鎳2.5-6.0％、錳0.5-3.0％、鈦0.2-0.3％，其余為銅。本發(fā)明專利技術(shù)的鋁青銅合金是由各成分對應(yīng)的金屬原料經(jīng)熔鑄、熱鍛工藝、等通道轉(zhuǎn)角擠壓工藝而制成的。本發(fā)明專利技術(shù)的鋁青銅合金在-196℃低溫下，具有比室溫更加優(yōu)異的沖擊韌性，綜合力學(xué)性能得到顯著提高，非常適用于航空航天等領(lǐng)域低溫環(huán)境用耐磨零部件的制造，對降低生產(chǎn)成本、提高產(chǎn)品質(zhì)量及設(shè)備使用壽命等均有重大的意義。
Low temperature, high strength and toughness abrasion resistant aluminium bronze alloy and preparation method thereof
The invention discloses a low temperature, high strength and high toughness abrasion resistant aluminum bronze alloy and a preparation method thereof. The weight content of each component in the aluminum bronze alloy is aluminum, 6.5-12.0%, iron, 2.0-5.5%, nickel, 2.5-6.0%, manganese, 0.5-3.0%, titanium, 0.2-0.3%, and the rest is copper. The aluminum bronze alloy of the invention is made by the metal raw material corresponding to each component by the casting, hot forging process and equal channel corner extrusion process. The invention of the aluminum bronze alloy -196 under low temperature, the impact toughness is more excellent than the room temperature, the comprehensive properties are significantly improved, is very suitable for aerospace and other fields in low temperature environment for manufacturing wear-resistant parts, can reduce production cost and improve product quality and service life of the equipment and other major significance.
【技術(shù)實現(xiàn)步驟摘要】
一種低溫高強(qiáng)高韌耐磨鋁青銅合金及其制備方法
本專利技術(shù)涉及一種在低溫-196℃溫度下兼具高強(qiáng)度、高沖擊韌性的耐磨鋁青銅合金及其制備方法，屬于金屬材料及其制備
技術(shù)介紹
國內(nèi)外對耐磨銅合金材料的研究由來已久，已有多種合金材料問世，如復(fù)雜黃銅、錫青銅、鋁青銅等合金。這幾種合金相比，鋁青銅合金由于具有更高的強(qiáng)度、硬度和耐磨性，同時具有優(yōu)良的耐腐蝕等性能，可廣泛應(yīng)用于航空航天、軍事、石油化工、交通運輸?shù)阮I(lǐng)域的耐磨零件。如QA110-3-1.5和QA110-4-4合金用于齒輪、軸套、軸承等；QA19-4-4-2合金用于螺旋槳、閥門、葉輪等；Cu14A1-X高鋁復(fù)雜青銅用于模具材料等，均取得了不俗的效果。隨著現(xiàn)代航空航天技術(shù)的飛速發(fā)展，一些極端環(huán)境用耐磨零件對鋁青銅合金在液氮溫度下的力學(xué)性能提出了比室溫更高的要求。眾所周知，目前室溫常用耐磨鋁青銅合金一般為熱處理后的鑄件或擠制棒材。然而，這些鋁青銅合金液氮溫度(-196℃)時的力學(xué)性能、尤其是低溫沖擊韌性較低，導(dǎo)致零件在低溫環(huán)境的服役壽命降低，或不能滿足使用要求。其原因為，常用耐磨鋁青銅合金在成型制備過程中，于567℃時發(fā)生共析轉(zhuǎn)變：β＝α+γ2，其生成的共析體α+γ2屬于片層結(jié)構(gòu)的脆性相，于常溫下使用時可提高材料的耐磨性能，但在低溫下使用時卻增加了鋁青銅合金的脆性，降低了合金的沖擊韌性。我們實驗研究證明，耐磨鋁青銅合金在室溫下的沖擊功Akv值在50J左右，而在-196℃時Akv值降低到不足25J，與室溫相比大幅降低。近年來，一些通過嚴(yán)重塑性變形獲得的亞微米或納米結(jié)構(gòu)合金由于同時具備高強(qiáng)度和高塑性，獲得了廣泛關(guān)注。據(jù)報道，A1-Si合金經(jīng)32道次等通道擠壓變形后，其晶粒得到細(xì)化，脆性Si顆粒被破碎，沖擊功升高為原來的10倍。另外，當(dāng)溫度從室溫降低時，粗晶金屬鈦的沖擊功不斷降低；而經(jīng)過等通道擠壓和冷軋變形后，納米結(jié)構(gòu)金屬鈦隨著溫度降低，其沖擊功不但沒有降低，反而顯著提高。
技術(shù)實現(xiàn)思路
本專利技術(shù)的目的在于提供一種低溫高強(qiáng)高韌耐磨鋁青銅合金，該合金在-196℃溫度下具有優(yōu)異力學(xué)性能，尤其是具有高的低溫沖擊功，強(qiáng)度高，耐磨性好。本專利技術(shù)的另一目的在于提供一種所述低溫高強(qiáng)高韌耐磨鋁青銅合金的制備方法。為實現(xiàn)上述目的，本專利技術(shù)采用以下技術(shù)方案：一種低溫高強(qiáng)高韌耐磨鋁青銅合金，該鋁青銅合金中各成分的重量百分含量為：鋁6.5-12.0％、鐵2.0-5.5％、鎳2.5-6.0％、錳0.5-3.0％、鈦0.2-0.3％，其余為銅。該鋁青銅合金是由各成分對應(yīng)的金屬原料經(jīng)熔鑄、熱鍛工藝、等通道轉(zhuǎn)角擠壓工藝而制成的。優(yōu)選地，所述鋁青銅合金中各成分的重量百分含量為：鋁7.0-11.0％、鐵2.0-4.5％、鎳2.5-4.5％、錳0.5-2.0％、鈦0.2-0.25％，其余為銅。一種所述低溫高強(qiáng)高韌耐磨鋁青銅合金的制備方法，包括以下步驟：(1)熔鑄：按照合金成分配料，在中頻感應(yīng)熔煉爐中進(jìn)行熔煉，熔煉溫度為1100-1200℃，熔煉時，加入溶劑使熔化的合金得到覆蓋和精煉，靜置、扒渣后澆注成Φ200mm的鑄錠；(2)熱鍛工藝：將鑄錠車皮定尺后，在750-900℃溫度下進(jìn)行3-4道次鍛造變形，每次鍛造后將鑄錠沿同一方向翻轉(zhuǎn)90°，總壓下量為60-90％，最后空冷至室溫，制成銅合金鍛件；(3)等通道轉(zhuǎn)角擠壓工藝：將銅合金鍛件切割成圓棒狀坯料，采用內(nèi)角為90°、外角為35-40°的等通道轉(zhuǎn)角擠壓模具進(jìn)行3-5道次等通道轉(zhuǎn)角擠壓，擠壓溫度為650-800℃，每次等通道擠壓變形后將坯料沿同一方向旋轉(zhuǎn)90°，即可獲得低溫高強(qiáng)高韌耐磨鋁青銅合金。在所述步驟(1)中，在熔煉前，先將銅、鋁、鐵、鎳、錳、鈦制成合金料；熔煉時，一次性加入該合金料。在所述步驟(2)中，每道次壓下量為20-30％。在所述步驟(3)中，每次等通道擠壓方式為：將坯料和模具用純機(jī)油或丙酮清洗干凈，表面均勻涂覆一層石墨潤滑劑；然后將坯料放入模具中隨爐升溫至650-800℃，保溫10-15分鐘后，進(jìn)行一次等通道擠壓變形。本專利技術(shù)的優(yōu)點在于：1)本專利技術(shù)采用熱鍛工藝和等通道轉(zhuǎn)角擠壓工藝相結(jié)合的方法，鑄錠經(jīng)熱鍛變形后，脆性相被初步破碎，晶粒得到初步細(xì)化，合金韌性得到初步提高；保證在之后的加溫等通道轉(zhuǎn)角擠壓過程中，合金在具有良好塑性變形能力的同時，綜合力學(xué)性能得到顯著提高。2)本專利技術(shù)的鋁青銅合金在-196℃低溫下，具有比室溫更加優(yōu)異的沖擊韌性，綜合力學(xué)性能得到顯著提高，非常適用于航空航天等領(lǐng)域低溫環(huán)境用耐磨零部件的制造，對降低生產(chǎn)成本、提高產(chǎn)品質(zhì)量及設(shè)備使用壽命等均有重大的意義。具體實施方式下面結(jié)合實施例對本專利技術(shù)作進(jìn)一步說明，但是本專利技術(shù)的保護(hù)范圍不限于下列實施例。實施例1其生產(chǎn)工藝流程為：配料-熔鑄-熱鍛-等通道轉(zhuǎn)角擠壓-成品具體過程為：將質(zhì)量百分比為84.3％的銅、9.0％的鋁、2.5％的鐵、3.5％的鎳、0.5％的錳、0.2％的鈦制成合金料，采用中頻感應(yīng)熔煉爐熔煉，熔煉溫度為1100-1200℃。一次性加入該合金料并加入溶劑(玻璃、冰晶石)使熔化的合金得到覆蓋和精煉。靜置、扒渣后澆注成Φ200mm的鑄錠。將鑄錠車皮定尺后，在850℃溫度下進(jìn)行鍛造變形，首先沿一個方向進(jìn)行鍛造，道次壓下量為25-30％；然后將坯料翻轉(zhuǎn)90°，再進(jìn)行一次與前次相同的鍛造；按此方法一共進(jìn)行3次鍛造，總壓下量80％，最后空冷至室溫，制成銅合金鍛件。將銅合金鍛件線切割成直徑10mm、長度80mm的圓棒坯料，用丙酮清洗后，坯料表面涂覆一層石墨潤滑劑。將模具表面進(jìn)行清洗并涂覆石墨潤滑劑后，把坯料放入模具中隨爐升溫至800℃，保溫15分鐘后，進(jìn)行第一次等通道擠壓變形。然后將一次擠壓棒和模具表面再次涂覆石墨潤滑劑，將擠壓棒沿著擠壓軸按同一方向旋轉(zhuǎn)90°后，再次升溫至800℃，保溫15分鐘后進(jìn)行第二次等通道擠壓變形。如此循環(huán)，一共進(jìn)行4道次等通道轉(zhuǎn)角擠壓變形，即可獲得低溫高強(qiáng)高韌耐磨鋁青銅合金成品。所制備成品在-196℃低溫下的力學(xué)性能如表1所示。實施例2其生產(chǎn)工藝流程為：配料-熔鑄-熱鍛-等通道轉(zhuǎn)角擠壓-成品具體過程為：將質(zhì)量百分比為82.8％的銅、11.0％的鋁、3.0％的鐵、2.5％的鎳、0.5％的錳、0.2％的鈦制成合金料，采用中頻感應(yīng)熔煉爐熔煉，熔煉溫度為1100-1200℃。一次性加入該合金料并加入溶劑(玻璃、冰晶石)使熔化的合金得到覆蓋和精煉。靜置、扒渣后澆注成Φ200mm的鑄錠。將鑄錠車皮定尺后，在800℃溫度下進(jìn)行鍛造變形，首先沿一個方向進(jìn)行鍛造，道次壓下量為20-25％；然后將坯料翻轉(zhuǎn)90°，再進(jìn)行一次與前次相同的鍛造；按此方法一共進(jìn)行4次鍛造，總壓下量85％，最后空冷至室溫，制成銅合金鍛件。將銅合金鍛件線切割成直徑10mm、長度80mm的圓棒坯料，用丙酮清洗后，坯料表面涂覆一層石墨潤滑劑。將模具表面進(jìn)行清洗并涂覆石墨潤滑劑后，把坯料放入模具中隨爐升溫至700℃，保溫15分鐘后，進(jìn)行第一次等通道擠壓變形。然后將一次擠壓棒和模具表面再次涂覆石墨潤滑劑，將擠壓棒沿著擠壓軸按同一方向旋轉(zhuǎn)90°后，再次升溫至700℃，保溫15分鐘后進(jìn)行第二次等通道擠壓變形。如此循環(huán)，一共進(jìn)行4道次等通道轉(zhuǎn)角擠壓變形，即可獲得低溫高強(qiáng)高韌耐磨鋁青銅合金成品。所制備成品在-196℃低溫下本文檔來自技高網(wǎng)...
【技術(shù)保護(hù)點】
一種低溫高強(qiáng)高韌耐磨鋁青銅合金，其特征在于，該鋁青銅合金中各成分的重量百分含量為：鋁6.5?12.0％、鐵2.0?5.5％、鎳2.5?6.0％、錳0.5?3.0％、鈦0.2?0.3％，其余為銅。
【技術(shù)特征摘要】
1.一種低溫高強(qiáng)高韌耐磨鋁青銅合金，其特征在于，該鋁青銅合金中各成分的重量百分含量為：鋁6.5-12.0％、鐵2.0-5.5％、鎳2.5-6.0％、錳0.5-3.0％、鈦0.2-0.3％，其余為銅。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的低溫高強(qiáng)高韌耐磨鋁青銅合金，其特征在于，所述鋁青銅合金是由各成分對應(yīng)的金屬原料經(jīng)熔鑄、熱鍛工藝、等通道轉(zhuǎn)角擠壓工藝而制成的。3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的低溫高強(qiáng)高韌耐磨鋁青銅合金，其特征在于，所述鋁青銅合金中各成分的重量百分含量為：鋁7.0-11.0％、鐵2.0-4.5％、鎳2.5-4.5％、錳0.5-2.0％、鈦0.2-0.25％，其余為銅。4.一種權(quán)利要求1-3中任一項所述低溫高強(qiáng)高韌耐磨鋁青銅合金的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：(1)熔鑄：按照合金成分配料，在中頻感應(yīng)熔煉爐中進(jìn)行熔煉，熔煉溫度為1100-1200℃，熔煉時，加入溶劑使熔化的合金得到覆蓋和精煉，靜置、扒渣后澆注成Φ200mm的鑄錠；(2)熱鍛工藝：將鑄錠車皮定尺后，在750-900℃溫度下進(jìn)行3-4道次鍛造變形，每次鍛...
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：劉冬梅，王強(qiáng)松，解國良，
申請(專利權(quán))人：北京有色金屬研究總院，
類型：發(fā)明
國別省市：北京,11
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