專利名稱：一種耐熱銅合金材料及制備方法
技術領域：
本發(fā)明屬于金屬材料領域，涉及一種耐熱銅合金材料及其制備方法。
背景技術：
在金屬材料領域中，耐熱銅合金作為低成本耐熱材料一直受到普遍重視。CN03800532.8號申請?zhí)峁┮环N耐熱銅合金材料，可以是管材、板材、棒材、線材 或?qū)⑸鲜霾牧霞庸こ梢?guī)定形狀的加工材料，其形成以在Co含量[C0]mass%、p含量[P] mass %、Sn 含量[Sn]mass %、Zn 含量[Zn]mass %之間，具有 2. 4 彡([Co] —0.02)/[P] 彡 5. 2 及 0. 20 彡[Co] +0. 5 [P] +0. 9 [Sn] +0. 1 [Zn] ( 0. 54 的關系地含有 0. 15 0. 33mass % Co、0. 041 0. 089mass% Ρ、0· 02 0. 25mass% Sn、0. 01 0. 40mass% Zn，且其余由 Cu 及不可避免的雜質(zhì)構成的合金組成。CN200410100854. 3號申請公開了一種高強高導耐熱銅合金及其制造方法。其化學成 分(重量百分比)為:Cr :0. 3 1. l%,Gd :0. 05 0. 4%,Ag 0. 06 0. 12%,Hf 0. 03 0. 11%, Nb 0. 04 0. 1%，Mg :0. 02 0. 05%, Ce :0. 02 0. 07%, Y :0. 02 0. 05%, Cu 余量。用中頻感應爐以合理的元素加入順序、獨特的保護方法、準確的溫度控制進行熔煉以 及最佳的熱處理工藝參數(shù)進行處理。其中的銅合金在確保具有良好的導熱性與高溫抗磨性 同時，又具有較高的高溫強度與硬度，以及很好的延伸率。將高強高導耐熱銅合金用于鋼鐵 廠連鑄結晶器銅管代替紫銅管可提高使用壽命1 2倍。以上盡管添加了諸如鈮、鈰、鈷、 鉿等特殊元素，但是銅合金耐熱性提高是有限的。CN92115222. 1號申請公開一種高導電耐熱鑄造銅合金，是在基體Cu中加入Cr、 Mg、RE、Al元素。通過多元少量的復雜合金化，經(jīng)快速熔煉，加入所需元素，扒渣出爐澆注出 所需的鑄件，鑄件再經(jīng)保溫、淬火、保溫，最后出爐空冷獲得合格的銅合金。它具有導電率和 強度高，抗氧化性能強、鑄造性能好、耐熱、壽命長等優(yōu)點。是制造礦熱爐導電元件和高爐風 口的理想材料。其性能可達到σ b 300 420MPa ；HB 80 130 ； δ :10 25%;導電率 90 98% IACS。但該銅合金的抗拉強度不夠高。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的就是針對上述技術缺陷，提供一種耐熱銅合金材料，該材料具有良 好的性能。本發(fā)明的另一目的是提供一種耐熱銅合金材料的制備方法，該制備方法工藝簡 單，生產(chǎn)成本低，適于工業(yè)化生產(chǎn)。本發(fā)明的目的是通過以下技術方案實現(xiàn)的一種耐熱銅合金材料，該材料以銅合金為基體，在基體中分布著由銅絲和鐵絲形成的 金屬絲團，所用銅絲和鐵絲直徑為l_2mm，金屬絲團的直徑為10-15cm，兩種金屬絲共占材 料的體積百分比為5-40% ；材料中銅絲與鐵絲的總體長度相當；銅合金基體的化學成分的重量百分含量A1為10-12%，Si為 4%，Mn為0. 4-0.6%, Fe 為 0. 1-0. 3%, Gd 為 0. 5-1. 5%,其余為 Cu ；銅絲的化學成分的重量百分含量Al為6% 9%，Mn為2_4%，F(xiàn)e為1_3%，Zn為 20-30%,其余為 Cu ；鐵絲的化學成分的重量百分含量為C為0. 04-0. 06%，Si為0. 2 0. 3%, Mn為 0. 25-0. 35%, P<0. 02%, S <0.025%,其余為 Fe。2.根據(jù)權利要求1所述的耐熱銅合金材料，其特征在于所述基體中還分布有 Ni3Si及Cu6Gd化合物顆粒。一種耐熱銅合金材料的制備方法，其特征在于它包括以下步驟鍍鎳銅絲及鍍銅鐵絲的準備分別取直徑為l_2mm、成分為Al為6% 9%，Mn為2_4%， Fe為1-3%，Zn為20-30 其余為Cu的銅絲及取直徑為0. 2_2mm、成分為C為0. 04-0. 06%, Si 為 0. 2 0. 3%, Mn 為 0. 25-0. 35%, Ρ<0· 02%, S <0. 025%,其余為 Fe 的鐵絲，所用銅絲 與鐵絲的總體長度相當，控制銅絲與鐵絲二者共占材料的體積百分比為5-40% ；按常規(guī)方法分別在銅絲表面鍍鎳及鐵絲表面鍍銅；分別形成鍍鎳銅絲及鍍銅鐵絲，鍍 鎳層的厚度為50-200微米；鍍銅層的厚度為200-500微米；按清潔球生產(chǎn)的常規(guī)方法將上述鍍鎳銅絲及鍍銅鐵絲各取一根絲形成球狀的混合雙 絲金屬絲團，金屬絲團直徑為10-15cm，將若干金屬絲團放入鑄型下型型腔中，金屬絲團的 松緊程度由銅絲和鐵絲占材料的體積百分比決定，保證金屬絲團正好放滿鑄型；布置完畢 后，將鑄型的上型蓋于下型上，合箱完畢后等待鐵水澆注；銅合金材料基體的準備按重量百分含量Al為10-1 ，Si*^) 4%，Mn為0. 4-0. 6%, Fe為0. 1-0. 3%, Gd為0. 5-1. 5%,其余為Cu進行配料；銅合金原料在感應電爐中熔化， 熔化溫度為U60-1290°C ；將上述銅合金鐵水澆入裝有金屬絲團的干砂鑄型，液態(tài)銅合金鐵水將鍍鎳銅絲及鍍銅 鐵絲包圍，然后冷卻凝固，得到以銅合金為基的其中分布有金屬絲團的耐熱銅合金材料。本發(fā)明相比現(xiàn)有技術的有益效果如下1、本發(fā)明材料中的銅絲及鐵絲自身具有相當?shù)膹姸群洼^高的韌性。銅絲和銅合金的 基體都是銅，鐵絲外鍍較厚的銅，因此金屬絲和銅合金很容易結合起來，形成很好的冶金結 合。這樣，鐵絲分布在銅合金中，對材料具有很好的增強增韌作用，同時具有耐熱作用。銅 絲的成分不同于基體，具有很好的減摩作用，分布在銅合金中大大提高了材料的減摩耐熱 性能。2、銅合金鐵水進入鑄型型腔與鍍鎳銅鐵絲表面的鎳接觸后，絲表面的M熔于銅 水，銅水中的Si和鐵絲表面的M反應形成少量硬度高的Ni3Si的特殊化合物。所形成的 這種特殊化合物進一步提高了材料的耐熱性。3、Gd對銅合金的組織具有顯著細化的作用，對于銅合金的增韌有重要的作用。另 外Cu和Gd也會形成化合物Cu6Gd，分布于基體中也有助于材料耐熱性的提高。4、本發(fā)明合金材料不用貴重稀土元素，材料成本低，制備工藝簡便，生產(chǎn)成本低， 生產(chǎn)的合金材料性能好，而且非常便于工業(yè)化生產(chǎn)。本發(fā)明的材料性能見表1。


圖1為本發(fā)明實施例一制得的耐熱銅合金材料的金相組織。圖1可以看到在銅合金與金屬絲結合良好。
具體實施例方式以下各實施例僅用作對本發(fā)明的解釋說明，其中的重量百分比均可換成重量g、kg 或其它重量單位。以下所用銅絲及鐵絲均為市購。鍍層自制。實施例一鍍鎳銅絲及鍍銅鐵絲的準備分別取成分為Al為6%，Mn為2\ Fe為1%，Zn為20%’其余為Cu的銅絲；直徑為1mm。取成分重量百分含量C 為 0.04%，Si 為 0.2%, Mn 為 0. 25%, P<0. 02%, S <0.025%,其余為Fe的鐵絲，直徑為1mm。所用銅絲與鐵絲總體長度相當；控制兩種金屬絲占材料的 體積百分比為5%。按常規(guī)方法分別上述銅絲表面鍍鎳及鐵絲表面鍍銅；分別形成鍍鎳銅絲及鍍銅鐵 絲，鍍鎳層的厚度為50微米；鍍銅層的厚度為200微米。按清潔球生產(chǎn)的常規(guī)方法將上述鍍鎳銅絲及鍍銅鐵絲各取一根絲形成球狀的混 合雙絲金屬絲團(兩種金屬絲各取一根絲同時成形，形成雙絲金屬絲團，成型可按洗碗用的 清潔球或稱鋼絲球的方法制作)，金屬絲團直徑為15cm，將若干金屬絲團放入鑄型下型型腔 中，金屬絲團的松緊程度由銅絲和鐵絲占材料的體積百分比決定，保證金屬絲團正好放滿 鑄型；布置完畢后，將鑄型的上型蓋于下型上，合箱完畢后等待鐵水澆注；銅合金材料基體的準備按重量百分含量Al為10%，SiS^i)，Mn為0. 4%, Fe 為0.1%，Gd為0.596，其余為Cu進行配料；銅合金原料在感應電爐中熔化，熔化溫度為 1275-1280°C ；將上述銅合金鐵水澆入裝有金屬絲團的干砂鑄型，液態(tài)銅合金鐵水將鍍鎳銅絲及鍍銅 鐵絲包圍，然后冷卻凝固，得到以銅合金為基的其中分布有金屬絲團的耐熱銅合金材料。實施例二 銅合金材料基體成分按重量百分比A1為12%，Si為4%，6%, ！^為0. 3%， Gd為1. 5%,其余為Cu進行配料。銅絲成分的重量百分含量A1為9%，Mn為4%，F(xiàn)e為3%，Zn為3096，其余為Cu。 銅絲直徑為2mm。鐵絲成分的重量百分含量C為0. 06%，Si為0. 3 Mn為0. :35 P<0. 02%, S <0. 025%,其余為狗。鐵絲直徑為2mm。所用銅絲與鐵絲的總體長度相當，兩種金屬絲占材 料的體積百分比為40%。按常規(guī)方法分別上述銅絲表面鍍鎳及鐵絲表面鍍銅；分別形成鍍鎳銅絲及鍍銅鐵 絲，鍍鎳層的厚度為200微米；鍍銅層的厚度為500微米。按清潔球生產(chǎn)的常規(guī)方法制作帶 鍍層的兩種金屬絲混合的雙絲金屬絲團，金屬絲團直徑為10cm。制備過程同實施例一。實施例三銅合金材料基體成分按重量百分比A1為11%，Si為3%，5%, ！^為0. 2%，Gd為0. 9%,其余為Cu進行配料。銅絲成分的重量百分含量A1為7%，Mn為3%，F(xiàn)e為Zn為25%’其余為Cu。 銅絲直徑為1. 5mm。鐵絲成分的重量百分含量C為0. 05%，Si為0. 25 Mn為0.四禮P<0. 02%, S <0. 025%,其余為狗。鐵絲直徑為1.5mm。所用銅絲與鐵絲的總體長度相當；兩種金屬絲占 材料的體積百分比為30%。按常規(guī)方法分別上述銅絲表面鍍鎳及鐵絲表面鍍銅；分別形成鍍鎳銅絲及鍍銅鐵 絲，鍍鎳層的厚度為150微米；鍍銅層的厚度為300微米。按清潔球生產(chǎn)的常規(guī)方法制作帶 鍍層的兩種金屬絲混合的雙絲金屬絲團，金屬絲團直徑為15cm。制備過程同實施例一。對比實施例四原料配比不在本發(fā)明范圍內(nèi)的實例銅合金材料基體成分按重量百分比A1為8%，Si為1%，Mn為0. 2%, Fe為0. 09%, Gd 為0. 4%,其余為Cu進行配料。銅絲成分的重量百分含量A1為5%，Mn為1%，F(xiàn)e為0. 5%, Zn為1096，其余為Cu。 鐵絲直徑為0. 8mm。鐵絲成分的重量百分含量C為0. 03%, Si為0. 1%, Mn為0. 2%, P<0. 02%, S <0. 025%,其余為狗。鐵絲直徑為0.8mm。材料中銅絲與鐵絲的總體長度相當；金屬絲占材 料的體積百分比為4%。銅絲不鍍鎳。鐵絲不鍍銅。按清潔球生產(chǎn)的常規(guī)方法制作兩種金屬絲混合的雙絲 金屬絲團，金屬絲團直徑為15cm。制備過程同實施例一。對比實施例五原料配比不在本發(fā)明范圍內(nèi)的實例銅合金材料基體成分按重量百分比A1為13%，Si為5%，7%, ！^為0. 4%， Gd為296，其余為Cu進行配料。銅絲成分的重量百分含量Al為10%，Mn為5%，！^e為4%，Si為3596，其余為Cu。 銅絲直徑為3mm。鐵絲成分的重量百分含量C為0. 07%, Si為0. 4%, Mn為0. 4%, P<0. 02%, S <0. 025%,其余為狗。鐵絲直徑為3mm。材料中銅絲與鐵絲的總體長度相當；兩種金屬絲占材料的體積百分比為45%。按常規(guī)方法分別上述銅絲表面鍍鎳及鐵絲表面鍍銅；分別形成鍍鎳銅絲及鍍銅鐵 絲，鍍鎳層的厚度為300微米；鍍銅層的厚度為600微米。按清潔球生產(chǎn)的常規(guī)方法制作帶 鍍層的兩種金屬絲混合的雙絲金屬絲團，金屬絲團直徑為10cm。制備過程同實施例一。表 權利要求
1.一種耐熱銅合金材料，該材料以銅合金為基體，在基體中分布著由銅絲和鐵絲形成 的金屬絲團，所用銅絲和鐵絲直徑為l-2mm，金屬絲團的直徑為10-15cm，材料中銅絲與鐵 絲的總體長度相當；兩種金屬絲共占材料的體積百分比為5-40% ；銅合金基體的化學成分的重量百分含量A1為10-1 ，Si為m 4%，Mn為0. 4-0. 6%, Fe 為 0. 1-0. 3%, Gd 為 0. 5-1. 5%,其余為 Cu ；銅絲的化學成分的重量百分含量Al為6% 9%，Mn為2_4%，F(xiàn)e為1_3%，Zn為 20-30%,其余為 Cu ；鐵絲的化學成分的重量百分含量為C為0. 04-0. 06%，Si為0.2 0.3%，Mn為 0. 25-0. 35%, P<0. 02%, S <0. 02596，其余為 Fe。
2.根據(jù)權利要求1所述的耐熱銅合金材料，其特征在于所述基體中還分布有Ni3Si 及Cu6Gd化合物顆粒。
3.一種耐熱銅合金材料的制備方法，其特征在于它包括以下步驟鍍鎳銅絲及鍍銅鐵絲的準備分別取直徑為l_2mm、成分為Al為6% 9%，Mn為2_4%， Fe為1-3%，Zn為20-30 其余為Cu的銅絲及取直徑為0. 2_2mm、成分為C為0. 04-0. 06%, Si 為 0. 2 0. 3%, Mn 為 0. 25-0. 35%, Ρ<0· 02%, S <0. 025%,其余為 Fe 的鐵絲，所用銅絲 與鐵絲的總體長度相當，控制銅絲與鐵絲二者共占材料的體積百分比為5-40% ；按常規(guī)方法分別在銅絲表面鍍鎳及鐵絲表面鍍銅；分別形成鍍鎳銅絲及鍍銅鐵絲，鍍 鎳層的厚度為50-200微米；鍍銅層的厚度為200-500微米；按清潔球生產(chǎn)的常規(guī)方法將上述鍍鎳銅絲及鍍銅鐵絲各取一根絲形成球狀的混合雙 絲金屬絲團，金屬絲團直徑為10-15cm，將若干金屬絲團放入鑄型下型型腔中，金屬絲團的 松緊程度由銅絲和鐵絲占材料的體積百分比決定，保證金屬絲團正好放滿鑄型；布置完畢 后，將鑄型的上型蓋于下型上，合箱完畢后等待鐵水澆注；銅合金材料基體的準備按重量百分含量Al為10-1 ，Si為m 4%，Mn為0. 4-0. 6%, Fe為0. 1-0. 3%, Gd為0. 5-1. 5%,其余為Cu進行配料；銅合金原料在感應電爐中熔化， 熔化溫度為U60-1290°C ；將上述銅合金鐵水澆入裝有金屬絲團的干砂鑄型，液態(tài)銅合金鐵水將鍍鎳銅絲及鍍銅 鐵絲包圍，然后冷卻凝固，得到以銅合金為基的其中分布有金屬絲團的耐熱銅合金材料。
全文摘要
本發(fā)明提供一種耐熱銅合金材料及其制備方法，該材料具有良好的性能。該制備方法工藝簡單，生產(chǎn)成本低，適于工業(yè)化生產(chǎn)。該材料以以銅合金為基體，在基體中分布著由銅絲和鐵絲形成的金屬絲團，所用銅絲和鐵絲直徑為1-2mm，金屬絲團的直徑為10-15cm，兩種金屬絲共占材料的體積百分比為5-40%；銅絲與鐵絲總體長度相當。
文檔編號C22C9/01GK102051549SQ201110007469
公開日2011年5月11日 申請日期2011年1月14日 優(yōu)先權日2011年1月14日
發(fā)明者柯明緒, 王玲, 趙浩峰 申請人:南京信息工程大學