[發(fā)明專利]一種青銅合金棒材的半固態(tài)擠壓制備方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201310632001.3
• 申請日: 2013-11-29
• 公開（公告）號(hào): CN103740972A
• 公開（公告）日: 2014-04-23
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 吳文淵
• 申請（專利權(quán)）人: 余姚市宏駿銅業(yè)有限公司
• 主分類號(hào): C22C9/02
• 分類號(hào): C22C9/02;C22C1/02;B21C23/08;C22F1/08
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技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及合金的技術(shù)領(lǐng)域，特別是一種青銅合金的制備方法，尤其是一種青銅合金棒材的半固態(tài)擠壓制備方法。

背景技術(shù)

錫青銅合金具有較高的力學(xué)性能、良好的耐磨耐腐蝕性和低溫韌性，易于切削加工，特別是含磷錫青銅，具有很高的硬度、彈性和耐磨性，在大氣、海水中均具有較高的耐腐蝕性，且易于焊接，被廣泛用于服役于各種環(huán)境中的機(jī)械設(shè)備的彈性部件和耐磨部件。

然而錫青銅存在的主要問題在于較高的錫含量會(huì)導(dǎo)致錫青銅合金變得硬而脆，塑性很差，在塑性變形的加工過程中往往產(chǎn)生裂紋、偏析等缺陷。同時(shí)，傳統(tǒng)的錫青銅合金在鑄造的過程中也容易產(chǎn)生縮孔和偏析等鑄造缺陷，并且由于其高熔點(diǎn)和通常施加的鑄造壓力，對于鑄型的破壞也非常嚴(yán)重。

半固態(tài)金屬技術(shù)是20世紀(jì)70年代提出的一種介于液態(tài)、固態(tài)成形的技術(shù)，它由于具有充型平穩(wěn)、制件致密性高、對模具的熱沖擊力小、力學(xué)性能高、成型壓力低等優(yōu)勢，被廣泛用于金屬成型制造。將半固態(tài)金屬技術(shù)用于銅合金的制備無疑能夠解決傳統(tǒng)的鑄造和加工缺陷問題。

而半固態(tài)漿料的質(zhì)量和隨后的加工成型工藝都是決定青銅材料性能的關(guān)鍵。由于青銅合金本身熔體流動(dòng)性差，造成其低溫鑄造性能不佳，如何通過控制青銅合金的成分、半固態(tài)漿料攪拌強(qiáng)度，以及后續(xù)塑性加工工藝等獲得具有優(yōu)異性能的青銅材料，仍然是亟待研究和探索的技術(shù)問題。例如專利文獻(xiàn)CN101384386即提供了一種用于半固態(tài)金屬鑄造的原料磷青銅合金，然而其僅僅局限于提供合金原料，而對于后續(xù)的工藝并不涉及，并且其組成中含有大量的有害合金元素Pb，故而也對半固態(tài)漿料的控制要求較低。專利文獻(xiàn)JP6-234049也提供了一種青銅合金的半固態(tài)鑄造方法，然而其考慮到過高Sn含量帶來的鑄造劣化等問題，嚴(yán)格將Sn的含量限制在9%以下，且并沒有給出合適的半固態(tài)鑄造的溫度，也未涉及到半固態(tài)鑄造的后續(xù)塑性加工處理。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的即在于提供一種青銅合金棒材的半固態(tài)擠出成型制備方法。

本發(fā)明的制備方法具有如下的制備步驟：

一、配料：按合金目標(biāo)重量百分比為10-12Sn、6-6.5Bi、0.20-0.23P、0.1-0.15Zr、0.05-0.09Zn、0.01-0.02Fe、0.01-0.02Ni、余量為Cu和不可避免的雜質(zhì)稱取原料，Zn+Fe+Ni的總含量小于0.1，所述原料為純度為99.99%無氧銅和純度為99.9%的各合金元素的粉末；

二、熔煉：將配好的原料在大氣氣氛下于高頻爐中進(jìn)行熔煉，加熱熔化過程中確保熔體液面被木炭完全覆蓋，當(dāng)溫度升至1400-1450℃后添加鎳粉和鐵粉，保溫2-3分鐘后，繼續(xù)升溫至1580-1650后添加鋯粉，保溫5-10分鐘，隨后降溫至1320-1350℃后添加鉍粉，保溫5-10分鐘，繼續(xù)降溫至1280-1300℃后添加錫粉，保溫15-20分鐘，最后降溫至1200-1250℃添加磷粉，并保溫5-10分鐘，經(jīng)檢驗(yàn)并微調(diào)熔體成分合格后完成熔煉；

三、半固態(tài)漿料的制備：將青銅合金熔體通過由攪拌器和冷卻器組成的弧形通道，以得到半固態(tài)漿料，其中所述攪拌器為帶有齒狀凸起、直徑為180-200毫米的圓周面，而所述冷卻器具有與所述攪拌器的外圓周面同心間隙設(shè)置的冷卻圓弧面，所述圓弧面為1/6圓周，齒狀凸起的高度為3-4毫米、齒間距為4-5毫米，所述間隙的距離為8-9毫米，所述攪拌器的旋轉(zhuǎn)速度為180-200rpm；

四、擠出成型加工：將半固態(tài)漿料注入經(jīng)過預(yù)熱到830-850℃的擠壓模具中，維持半固態(tài)漿料的溫度在850-880℃，以35-40mm/s的擠壓速度、10-15的擠壓比進(jìn)行擠出成型加工，得到青銅合金棒材；

五、退火：將擠出的棒材以20-25℃/s的速度冷卻至420-450℃，保溫2.5-3h后，出爐空冷至室溫，得到青銅合金棒材產(chǎn)品。

作為優(yōu)選的，所述合金目標(biāo)重量百分比為11Sn、6.2Bi、0.21P、0.13Zr、0.07Zn、0.02Fe、0.02Ni、余量為Cu和不可避免的雜質(zhì)稱取原料。

作為優(yōu)選的，所述間隙的距離為9毫米。

作為優(yōu)選的，所述攪拌器的旋轉(zhuǎn)速度為190rpm。

作為優(yōu)選的，擠出成型加工維持半固態(tài)漿料的溫度在860℃。

作為優(yōu)選的，擠出成型加工的擠壓速度為38mm/s，擠壓比為12。