[发明专利]一种多元多相铜合金的晶粒细化方法

说明书

 技术领域

本发明涉及一种多元多相铜合金的晶粒细化方法。

 背景技术

随着科学技术的发展，各领域对铜合金的组织和性能提出了更高的要求，进一步细化凝固组织成为改进铜合金材料性能的有效方法之一。在多元多相铜合金的铸造过程中，存在铸件晶粒大小不一致，结晶偏析严重，显微缩松较多等缺陷，尤其是采用熔模精密铸造时，由于冷却速度慢，凝固过程中晶粒粗大，严重影响了多元多相铜合金的各方面性能。

目前，常见细化铜合金晶粒的方法以及存在的问题包括：

1、添加晶粒细化剂，即通过增加异质形核核心或者是改变晶体的生长过程来实现晶粒的细化。在铸造生产中向铜合金中添加混合稀土或者B（刘培兴, 刘晓瑭, 刘华鼐 编著. 铜与铜合金加工手册. 北京: 化学工业出版社, 2008: 158）能够起到细化铜合金晶粒的作用。但是如何控制细化剂的添加量以及是否会引起新的污染未曾有研究，并且添加细化剂会提高生产成本以及增加熔铸的复杂性。

2、机械振动，即在合金熔体凝固过程中通过施加不同振幅和频率的振动来促进等轴晶区的形成及等轴晶细化。该方法由于对铸型的要求较高，在实际生产中应用得较少。

3、超声振动。专利CN201832965 U报道了一种利用超声波变幅杆来细化铜合金晶粒的实用新型装置，变幅杆材料由钛合金材料制成。由于变幅杆需要浸入铜合金液内，合金液受到污染，并且变幅杆的使用寿命有限。

4、快速冷却，即是通过增加合金在结晶过程中冷却速度的方法来细化晶粒。该方法对设备的要求高，不能得到大尺寸和复杂形状的铸件，不适用于精密铸造。

5、固态相变。专利CN101307419A报道了一种通过对冶炼完的铝青铜合金进行高压相变处理和热处理的方式来细化晶粒，最终晶粒尺寸可达到15μm~20μm。该方法所需要的高压6GPa对设备的要求高，整个工艺过程复杂，不适合工业化生产。

    发明内容

本发明的目的就是针对上述已有技术存在的不足，提供一种工艺过程简单，成本低，适合于工业化生产的多元多相铜合金的晶粒细化方法。

一种多元多相铜合金的晶粒细化方法，其特征在于其方法包括以下步骤：

（1）将多元多相铜合金熔化，制成过热熔体；

（2）将制成过热熔体浇注到铸型中；对铸型中过热熔体进行电磁搅拌至合金凝固。

本发明的一种多元多相铜合金的晶粒细化方法，其特征在于所述的步骤（1）其过热熔体的温度比合金熔点高100℃以上。

本发明的一种多元多相铜合金的晶粒细化方法，其特征在于所述的对铸型中过热熔体进行电磁搅拌过程采用电磁搅拌器，其铸型置于电磁搅拌器工作中央位置处。

本发明的一种多元多相铜合金的晶粒细化方法，其特征在于熔体浇注到铸型后，测量合金熔体温度，当熔体温度落在液相线之上30℃~70℃时开启搅拌器。

本发明的一种多元多相铜合金的晶粒细化方法，其特征在于所述的多元多相铜合金的合金元素的质量分数为：37%~76%Cu，15%~30%Ni，5%~25%Fe，4%~8%Al。

本发明的一种多元多相铜合金的晶粒细化方法，其特征在于所述的电磁搅拌器的搅拌电流为100 A -400A，频率为1 Hz ~50Hz。

本发明的一种多元多相铜合金的晶粒细化方法，其特征在于所述的、电磁搅拌器搅拌方式包括单向旋转搅拌和双向交替旋转搅拌。

本发明的一种交替多元多相铜合金的晶粒细化方法，其特征在于所述的双向交替旋转搅拌的间隔时间为1s-30s。

本发明的一种交替多元多相铜合金的晶粒细化方法，其特征在于所述的铸型为非磁性材料，为陶瓷、石墨或不锈钢。

本发明的一种交替多元多相铜合金的晶粒细化方法，所获得的铜合金材料外观光洁，内部几乎无缩孔与缩松，晶粒尺寸相比未加电磁场搅拌细化5倍以上，材料密度沿横向波动小于0.4%，极大的提高了材料的均匀性和一致性。本发明工艺过程简单，易于操作控制，不污染合金熔体，不需要昂贵的设备，适宜于工业化生产。

附图说明

图1为实施例1采用本发明的方法得到合金的金相图；

图2为实施例1未采用本发明的方法得到合金的金相图；

图3为实施例2采用本发明的方法得到合金的金相图；

图4为实施例2未采用本发明的方法得到合金的金相图；

图5为实施例2施加电磁搅拌与未施加电磁搅拌零件的密度和密度分布图。具体实施方式