[发明专利]兼具高强度、高延性的铝青铜连续铸造管材及其生产方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种铝青铜连续铸造管材及其生产方法.

背景技术

铝青铜由于具有很高的强度、硬度，良好的耐磨性能，合金的组织致密，适用于制造重型机械以及要求强度较高的耐压，耐磨零件，如轴套、轴承、法兰、衬套、阀体、泵体、导向套管等。

青铜管的连续铸造难度要比黄铜大得多，尤其是大规格的水平连续铸造管材，其加工艺更加难以掌握。一直以来该项制造工艺与技术被国外垄断，国内只有为数很少几家企业按照传统砂型或离心浇铸的生产工艺从事生产。

近年来，为了满足各种行业对耐磨铝青铜的不同要求，相继开发了多种新型铝青铜，其强化的方式多是采用增加铝含量，或添加多元合金化元素。

根据铜铝合金相图，随着铝含量的增加，合金的基体中的β相增加，由于β相硬脆的特性，材料的塑性较差。而具有较高铝含量的材料在低温下会形成硬脆的γ相，恶化合金的综合性能。

德国专利CN1400326公开了一种应用于汽车同步器齿环领域，具有高耐磨性和高摩擦系数的锻造铝青铜，该合金为添加铁镍硅的铝青铜，以锻造方式加工成形，须经淬火时效等热处理工艺后才能达到相应的机械性能要求；专利CN1936049公开了一种应用在电梯上的高强耐磨铝青铜，采用砂型铸造方式生产，该铸件的强度较高，但铝含量处于塑性较差的β相区域，材料的塑性值较低。专利CN1629350A公开了一种模具材料用铝青铜，由于添加的合金元素总量较大，其塑性值较低；专利CN1061441A提供了一种多元合金元素锰铁镍钛铝青铜合金铸件，同样是采用砂型或金属型铸造，虽强度和塑性值较高，但由于合金化程度高而具有熔铸工艺操作复杂及合金成本很高的不足。

发明内容

本发明的目的在于提供一种兼具高强度、高延性的铝青铜连续铸造管材及其生产方法。

本发明的技术解决方案是：

一种兼具高强度、高延性的铝青铜连续铸造管材，其特征是：由以下重量百分比的组分组成：10～11.5%的铝，3～5%的铁，≤1.5%镍，≤0.5%的锰，余量为铜。

铝为10～10.8%，铁为4～5%。

一种兼具高强度、高延性的铝青铜连续铸造管材的生产方法，其特征是：包括下列步骤：按照铝10～11.5%、铁3～5%、余量为铜的配料方案；总的铜用量的2/3的铜、总的铝用量的1/3的铝、铁于炉内，按投料量的0.1%冰晶石覆盖，铜熔化后将炉温提升至1300℃，全部熔化后加总的铜用量1/3的铜和加总的铝用量2/3的铝，再次熔化后加冰晶石清渣，升温至1100～1200℃拉铸。

所述拉铸拉铸温度1100～1200℃，牵引长度8～15mm，拉铸频率6～15次/分钟，停歇时间3～8秒。冷却采用一次冷却和二次冷却相结合的方式，一次冷却水压0.03～0.06MPa,二次冷却水采用冷却水管供水，冷却强度为一次冷却强度的40%。

拉铸时采用石墨模内腔，石墨模内腔为正锥形，锥度1：75，模芯为倒锥形，锥度为1～2°。

拉铸过程中每隔一小时按总的投料重量的0.5%补加铝。

本发明依据以下原理确定管材成分及加工工艺：

（1）一种高强度高延性的铝青铜管材，通过限定Cu-Al合金中铝的含量，并综合添加适量的铁、镍、锰等合金元素，最终提高合金的综合力学性能、耐磨性能，同时保证其还具有良好的塑性。

铝是决定铝青铜合金强度的主要元素，根据铜铝合金相图，含铝量在10%以上的铝青铜，随着铝含量的增加，合金中的β相增加，α相减少，为两相（α+β）合金。随着β相的增多，合金的强度提高，塑性值下降，此时，合金的性能主要取决于合金中α与β的相对量。通过增加合金中的铝含量，继而增加合金中β相的相对量，是一种非常有效的提高合金强度的途径，但β相过度的增多，进入全β相区，会导至材料的塑性值迅速下降。因此寻求一种恰当的铝含量，获得高强度的同时，保有相对较高的塑性值是本发明的研究课题。

通过大量的生产实践，发明人确定铝含量在10～10.8%之间时，材料的强度值最高达700～900MPa，并能保持12%以上的延性值。

已经公布的研究表明，通过合理的热处理可以提高合金中的β相的含量，以达到强化合金的目的，但热处理工序是高耗能工艺，本发明旨在通过限定成分获得足够的强度并保证材料的塑性。