專利名稱：微米晶錳青銅合金的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種微米晶錳青銅合金的制備方法，采用軋制與等通道轉(zhuǎn)角擠壓相結(jié)合的方法制備微米晶硅青銅合金塊材，提高錳青銅合金的塑性、強(qiáng)度、硬度等機(jī)械性能及其摩擦學(xué)性能，進(jìn)而提高該合金的實(shí)際工程應(yīng)用價(jià)值。屬于金屬材料及冶金類技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
工業(yè)用錳青銅具有良好的機(jī)械性能，可熱態(tài)、冷態(tài)壓力加工，耐磨，耐蝕，耐熱，適用于制作在高溫下工作的零件，如蒸汽管、蒸汽閥、火花塞等。隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，對(duì)該合金的性能提出了更高的要求，需要進(jìn)一步提高該合金的機(jī)械性能，但使用常規(guī)方法與工藝提高該合金性能的效果不顯著。
因此，如何采用新工藝與常規(guī)工藝相結(jié)合進(jìn)一步提高錳青銅材料的性能是首要解決的問(wèn)題。研究表明細(xì)化晶粒是改善材料內(nèi)部結(jié)構(gòu)、提高合金機(jī)械性能的一種有效方法。當(dāng)晶粒細(xì)化到1μm后，材料將表現(xiàn)出一系列不尋常的物理、化學(xué)、機(jī)械及摩擦學(xué)性能，因而對(duì)合金進(jìn)行組織細(xì)化是目前高性能材料的研究發(fā)展趨勢(shì)。傳統(tǒng)的合金晶粒細(xì)化工藝一般采用塑性變形法，諸如鍛造法、軋制法等。傳統(tǒng)的塑性變形技術(shù)雖可以細(xì)化錳青銅合金晶粒，但當(dāng)晶粒細(xì)化到微米量級(jí)甚至納米量級(jí)時(shí)要求很大的塑性變形，傳統(tǒng)的塑性加工技術(shù)難以達(dá)到要求。等通道轉(zhuǎn)角擠壓法是近年來(lái)新興起的一種大塑性變形工藝，它是以純剪切的方式實(shí)現(xiàn)材料劇烈塑性變形。該方法能夠在材料內(nèi)部獲得大角度晶界的超細(xì)晶粒結(jié)構(gòu)，使所獲得的材料在性質(zhì)上發(fā)生變化；該方法可以在整個(gè)試樣中得到均勻分布的細(xì)化晶粒，使得擠壓后材料獲得的性能穩(wěn)定，材料經(jīng)多次擠壓后經(jīng)逐步細(xì)化可以得到微米級(jí)晶粒。如公開(kāi)號(hào)為CN1528930的中國(guó)發(fā)明專利介紹了一種微米細(xì)晶鈦鎳-鈮形狀記憶合金塊材制備方法，利用等通道轉(zhuǎn)角擠壓技術(shù)對(duì)鑄態(tài)鈦鎳-鈮形狀記憶合金進(jìn)行擠壓，與鍛造、軋制等其它塑性變形方法相比具有兩個(gè)獨(dú)特優(yōu)勢(shì)坯料在塑性變形過(guò)程中產(chǎn)生強(qiáng)烈的塑性應(yīng)變；坯料的橫截面尺寸在變形過(guò)程中保持不變。通過(guò)此工藝能制備出比較大的塊狀細(xì)晶材料。但是等通道轉(zhuǎn)角擠壓工藝原理及方法對(duì)具有良好塑性的鎂、銅基合金的晶粒細(xì)化比較有效，但對(duì)塑性差的金屬合金的晶粒細(xì)化卻受到很多因素的制約，操作不當(dāng)容易導(dǎo)致坯料表面出現(xiàn)裂紋甚至斷裂。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種微米晶錳青銅合金的制備方法，工藝簡(jiǎn)單，成本低廉，能顯著提高錳青銅合金的強(qiáng)度、硬度等機(jī)械性能，獲得性能優(yōu)良的錳青銅合金材料。
為實(shí)現(xiàn)這一目的，本發(fā)明的技術(shù)方案中，采用了軋制與等通道轉(zhuǎn)角擠壓相結(jié)合的方法，首先將原料配備好，在真空條件下進(jìn)行熔煉，制成錳青銅合金鑄坯，然后將鑄態(tài)錳青銅合金加熱后在軋機(jī)上進(jìn)行熱軋，制成軋態(tài)板材，再將板材切割成塊狀坯料，對(duì)坯料進(jìn)行表面處理并涂敷石墨潤(rùn)滑劑后，采用擠壓通道角度為90～120°的等通道轉(zhuǎn)角擠壓模具進(jìn)行等通道轉(zhuǎn)角擠壓，最終獲得強(qiáng)度、塑性等性能良好的錳青銅合金塊材。
本發(fā)明的微米晶錳青銅合金制備方法具體為將原料按質(zhì)量百分比銅為94.5～98.8％，錳為1.2～5.5％配備好，在真空條件下進(jìn)行熔煉，制成錳青銅合金鑄坯，將錳青銅鑄坯進(jìn)行拋丸、探傷、修磨處理，以提高鑄坯表面質(zhì)量保證熱軋質(zhì)量。然后放在加熱爐中加熱到500～650℃，達(dá)到溫度后在軋機(jī)上進(jìn)行熱軋?zhí)幚?，制成軋態(tài)錳青銅合金板材，將軋態(tài)錳青銅合金切割成塊狀坯料，并對(duì)坯料表面進(jìn)行處理使其光滑平整。用丙酮對(duì)坯料表面進(jìn)行清洗后，將坯料置于干凈的不銹鋼托盤上，在70～120℃的溫度下預(yù)熱10～20分鐘，然后采用涂刷的方法在坯料表面均勻涂敷石墨潤(rùn)滑劑，放在60～100℃的溫度下烘干8～15分鐘，若出現(xiàn)落涂、劃痕、剝落等缺陷，應(yīng)進(jìn)行補(bǔ)涂或洗去重涂。
本發(fā)明采用等通道轉(zhuǎn)角擠壓模具的擠壓通道角度為90～120°。用丙酮對(duì)模具進(jìn)行表面和型腔清洗，在150℃的溫度下預(yù)熱30～50分鐘，然后涂敷石墨潤(rùn)滑劑，涂層厚度要均勻。
由于該合金具有較好的塑性，因而其等通道轉(zhuǎn)角擠壓可在500℃以下進(jìn)行，此溫度下坯料與模具可以共同加熱。將涂好石墨潤(rùn)滑劑的錳青銅合金放在模具中，坯料與模具在400℃～500℃的加熱爐中共同加熱，達(dá)到溫度后保溫1～1.5小時(shí)。將加熱好的坯料和模具同時(shí)取出，立即在液壓萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)上對(duì)坯料進(jìn)行擠壓。對(duì)擠壓出的坯料進(jìn)行表面處理，并對(duì)模具型腔和坯料涂敷石墨潤(rùn)滑劑，再進(jìn)行第2次擠壓，即可獲得微米晶錳青銅合金塊材，其微觀晶粒平均尺寸為0.2～0.6μm。
本發(fā)明采用軋制與等通道轉(zhuǎn)角擠壓相結(jié)合的制備工藝，對(duì)鑄態(tài)錳青銅合金先進(jìn)行軋制處理，再進(jìn)行等通道轉(zhuǎn)角擠壓，此工藝顯著提高了錳青銅合金的性能，并減少了擠壓次數(shù)，一般2次擠壓后即可獲得高性能的微米晶錳青銅合金。合金經(jīng)過(guò)軋制后，材料內(nèi)部缺陷消失，有利于等通道轉(zhuǎn)角擠壓的進(jìn)行。試樣在擠壓前后尺寸不變，處理簡(jiǎn)單，成材率高，并可實(shí)現(xiàn)大工件加工。擠壓前對(duì)模具型腔及待擠壓的坯料分別進(jìn)行潤(rùn)滑處理，既可以有效的阻止坯料的急劇溫降，同時(shí)可顯著的降低坯料和模具工作表面間的滑動(dòng)摩擦阻力，從而有效地提高合金材料的流動(dòng)均勻性，保證擠壓過(guò)程的順利進(jìn)行；潤(rùn)滑處理工藝方法簡(jiǎn)單，成本低，經(jīng)實(shí)際操作后，坯料與模具自行脫落，沒(méi)有相互粘結(jié)在一起，工藝性好。坯料、模具加熱時(shí)間和保溫時(shí)間的確定以及將加熱好的坯料和模具同時(shí)從加熱爐中取出進(jìn)行等通道轉(zhuǎn)角擠壓，可防止晶粒長(zhǎng)大，有利于形成細(xì)小的錳青銅微米晶，最終獲得強(qiáng)度、塑性等性能良好的錳青銅合金塊材。
本發(fā)明采用軋制與等通道轉(zhuǎn)角擠壓相結(jié)合的制備方法，合金在擠壓前經(jīng)過(guò)軋制處理，減少了坯料內(nèi)部缺陷，有利于擠壓的進(jìn)行，提高了制備的成功率；擠壓在500℃下進(jìn)行操作，模具與坯料可采用同一種潤(rùn)滑劑并共同加熱，提高了工作效率。
具體實(shí)施例方式
以下通過(guò)具體的實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案作進(jìn)一步的描述。
實(shí)施例1
將原料按質(zhì)量百分比銅為98.8％，錳為1.2％配備好，在真空條件下進(jìn)行熔煉，制成錳青銅合金鑄坯，將錳青銅鑄坯進(jìn)行拋丸、探傷、修磨處理后放在加熱爐中加熱到500℃，達(dá)到溫度后在軋機(jī)上進(jìn)行熱軋?zhí)幚?，制成軋態(tài)錳青銅合金板材，將軋態(tài)錳青銅合金線切割成橫截面為9.3×9.3mm，長(zhǎng)度為100mm的塊狀坯料，對(duì)坯料進(jìn)行表面處理，使表面光滑平整。用丙酮對(duì)坯料表面進(jìn)行表面清洗，將坯料置于干凈的不銹鋼托盤上，在120℃的溫度下預(yù)熱15分鐘，然后采用涂刷的方法在坯料表面均勻涂敷石墨潤(rùn)滑劑，涂敷后坯料在100℃的溫度下烘干10分鐘，若出現(xiàn)落涂、劃痕、剝落等缺陷，則進(jìn)行補(bǔ)涂或洗去重涂。用丙酮對(duì)擠壓角度為120度模具進(jìn)行表面和型腔清洗，在150℃的溫度下預(yù)熱40分鐘，然后均勻涂敷石墨潤(rùn)滑劑。
將涂好石墨潤(rùn)滑劑的錳青銅合金放在模具中，坯料和模具在400℃的加熱爐中共同加熱，達(dá)到溫度后保溫1小時(shí)；將加熱好的坯料和模具同時(shí)取出，然后迅速在液壓萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行擠壓，將擠壓出來(lái)的坯料再進(jìn)行表面處理后進(jìn)行第2次擠壓，即可獲得微米晶錳青銅合金塊材。
實(shí)施例2將原料按質(zhì)量百分比銅為98.45％，錳為1.55％配備好，在真空條件下進(jìn)行熔煉，制成錳青銅合金鑄坯，將錳青銅鑄坯進(jìn)行拋丸、探傷、修磨處理后放在加熱爐中加熱到550℃，達(dá)到溫度后在軋機(jī)上進(jìn)行熱軋?zhí)幚?，制成軋態(tài)錳青銅合金板材，將軋態(tài)錳青銅合金線切割成橫截面為9.3×9.3mm，長(zhǎng)度為100mm的塊狀坯料，對(duì)坯料進(jìn)行表面處理，使表面光滑平整。用丙酮對(duì)坯料表面進(jìn)行表面清洗，將坯料置于干凈的不銹鋼托盤上，在120℃的溫度下預(yù)熱15分鐘，然后采用涂刷的方法在坯料表面均勻涂敷石墨潤(rùn)滑劑，涂敷后的坯料在100℃的溫度下烘干10分鐘。用丙酮對(duì)擠壓角度為90度模具進(jìn)行表面和型腔清洗，在150℃的溫度下預(yù)熱40分鐘，然后涂敷石墨潤(rùn)滑劑，涂層要均勻。
將涂好石墨潤(rùn)滑劑的錳青銅合金放在模具中，坯料和模具在450℃的加熱爐中共同加熱，達(dá)到溫度后保溫1小時(shí)；將加熱好的坯料和模具同時(shí)取出，然后迅速在液壓萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行擠壓，將擠壓出來(lái)的坯料再進(jìn)行表面處理后進(jìn)行第2次擠壓，即可獲得微米晶錳青銅合金塊材。
實(shí)施例3將原料按質(zhì)量百分比銅為95.0％，錳為5.0％配備好，在真空條件下進(jìn)行熔煉，制成錳青銅合金鑄坯，將錳青銅鑄坯進(jìn)行拋丸、探傷、修磨處理后放在加熱爐中加熱到650℃，達(dá)到溫度后在軋機(jī)上進(jìn)行熱軋?zhí)幚?，制成軋態(tài)錳青銅合金板材，將軋態(tài)錳青銅合金線切割成橫截面為9.3×9.3mm，長(zhǎng)度為100mm的塊狀坯料，對(duì)坯料進(jìn)行表面處理，使表面光滑平整。用丙酮對(duì)坯料表面進(jìn)行表面清洗，將坯料置于干凈的不銹鋼托盤上，在120℃的溫度下預(yù)熱15分鐘，然后采用涂刷的方法在坯料表面均勻涂敷石墨潤(rùn)滑劑，涂敷后的坯料在100℃的溫度下烘干10分鐘。用丙酮對(duì)擠壓角度為90度模具進(jìn)行表面和型腔清洗，在150℃的溫度下預(yù)熱40分鐘，然后再均勻涂敷石墨潤(rùn)滑劑。
將涂好石墨潤(rùn)滑劑的錳青銅合金放在模具中，坯料和模具在500℃的加熱爐中共同加熱，達(dá)到溫度后保溫1小時(shí)；將加熱好的坯料和模具同時(shí)取出，然后迅速在液壓萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行擠壓，將擠壓出來(lái)的坯料再進(jìn)行表面處理后進(jìn)行第2次擠壓，即可獲得微米晶錳青銅合金塊材。
權(quán)利要求
1.一種微米晶錳青銅合金的制備方法，其特征在于采用軋制與等通道轉(zhuǎn)角擠壓相結(jié)合的方法，將原料按質(zhì)量百分比銅為94.5～98.8％，錳為1.2～5.5％配備好，在真空條件下進(jìn)行熔煉，制成錳青銅合金鑄坯，將鑄態(tài)錳青銅合金進(jìn)行修磨處理，再加熱到500～650℃進(jìn)行熱軋，制成軋態(tài)錳青銅合金板材，將軋態(tài)錳青銅合金板材切割成塊狀坯料，并對(duì)坯料表面進(jìn)行處理使其光滑平整，用丙酮對(duì)坯料進(jìn)行表面清洗，在70～120℃的溫度下預(yù)熱10～20分鐘，然后在坯料表面均勻涂敷石墨潤(rùn)滑劑，放在60～100℃的溫度下烘干8～15分鐘；采用擠壓通道角度為90～120°的等通道轉(zhuǎn)角擠壓模具，用丙酮對(duì)模具進(jìn)行表面和型腔清洗，在150℃的溫度下預(yù)熱30～50分鐘后均勻涂敷石墨潤(rùn)滑劑，然后將坯料放在模具中共同在400℃～500℃的加熱爐中加熱并保溫1～1.5小時(shí)，然后將加熱好的坯料和模具同時(shí)取出，在液壓萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)上對(duì)坯料進(jìn)行擠壓；對(duì)擠壓出的坯料進(jìn)行表面處理并對(duì)模具型腔和坯料涂敷石墨潤(rùn)滑劑，再進(jìn)行第2次擠壓，即可獲得微米晶錳青銅合金塊材，其微觀晶粒平均尺寸為0.2～0.6μm。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種微米晶錳青銅合金的制備方法，將原料按質(zhì)量百分比銅為94.5～98.8％，錳為1.2～5.5％配備好，在真空條件下進(jìn)行熔煉，制成錳青銅合金鑄坯，將錳青銅鑄坯進(jìn)行修磨處理后再加熱到500～650℃進(jìn)行熱軋，制成軋態(tài)錳青銅合金板材，再將板材切割成塊狀坯料，進(jìn)行表面處理，并涂敷石墨潤(rùn)滑劑，采用擠壓通道角度為90～120°的等通道轉(zhuǎn)角擠壓模具，模具型腔表面涂敷石墨潤(rùn)滑劑，將坯料放入模具中共同加熱保溫，并同時(shí)從加熱爐中取出進(jìn)行等通道轉(zhuǎn)角擠壓，最終獲得強(qiáng)度、塑性等性能良好的錳青銅合金塊材。本發(fā)明可以顯著提高錳青銅合金的機(jī)械性能及摩擦學(xué)性能，拓展該合金的應(yīng)用范圍，更好的滿足實(shí)際生產(chǎn)需要。
文檔編號(hào)C21D11/00GK1789452SQ200510111810
公開(kāi)日2006年6月21日 申請(qǐng)日期2005年12月22日 優(yōu)先權(quán)日2005年12月22日
發(fā)明者程先華, 李振華, 高雷雷 申請(qǐng)人:上海交通大學(xué)