專利名稱：鍶、鈦和硼復(fù)合微合金化的高錳鋁青銅及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種鋁青銅及其制備方法，尤其是一種新型高錳鋁青銅合金及其制備方法，具體地說是一種鍶、鈦和硼復(fù)合微合金化的高錳鋁青銅及其制備方法。
背景技術(shù)：
高錳鋁青銅是在普通鋁青銅的基礎(chǔ)上，加入錳元素而形成的一類合金。該合金具有優(yōu)良的力學(xué)性能、抗高速海水沖刷性能和抗海水腐蝕性能，其鑄造焊接性能也優(yōu)于其它鋁青銅，是制造海上大型艦船螺旋槳、海水泵、海上石油平臺、海水管路系統(tǒng)等的主體材 料之一 O
眾所周知，合金化及微合金化是提高合金組織與性能的有效手段。從高錳鋁青銅的成分(銅(Cu) 70 80%，錳(Mn) 8. 0 20· 0%，鋁(Al) 6. 5 9. 0%，鐵(Fe) 2. 0 5· 0%，鎳 (Ni) I. 5 3.0%，鋅(Zn) ￡6. 0%，余量為雜質(zhì)元素)來看，該合金尚未進行微合金化。鈦(Ti) 和硼(B)元素聯(lián)合加入到鋁青銅合金中，不僅形成TiB2、TiAl等高熔點物相，對后續(xù)凝固的銅合金起到非均質(zhì)形核作用，細化合金組織，而且Ti元素在合金凝固后的冷卻過程中與Cu 形成固溶體和金屬間化合物(g相等)，強化合金。鍶(Sr)是一種活性元素，并且在高錳鋁青銅中的固溶度極小。向鋁青銅中加入微量鍶(Sr)不僅能有效凈化熔體、提高元素的分布均勻性，此外還對鈦(Ti)、硼(B)的燒損起到保護作用。
到目前為止，我國尚未有一種具有自主知識產(chǎn)權(quán)的鍶、鈦和硼復(fù)合微合金化的高錳鋁青銅可供使用，這一定程度上制約了我國大型艦船螺旋槳、海水泵、閥門、海水淡化設(shè)備等工業(yè)設(shè)備的高速發(fā)展。發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是在高錳鋁青銅主要成分的基礎(chǔ)上，通過添加微量鍶、鈦和硼，發(fā)明一種高性能的高錳鋁青銅及其制備方法。
本發(fā)明的技術(shù)方案之一是一種鍶、鈦和硼復(fù)合微合金化的高錳鋁青銅，其特征在于它包括鍶(Sr)，質(zhì)量百分比為O. 012 O. 047% ；鈦(Ti)，質(zhì)量百分比為O. 028 O. 073% ；硼(B)，質(zhì)量百分比為O. 006 O. 015% ；高猛招青銅，余量；各組份的質(zhì)量百分比之和為100%。
所述的高錳鋁青銅主要由銅(Cu)、錳(Mn)、鋁(Al)、鐵(Fe)、鎳(Ni)和鋅(Zn)組成，其中，錳(Mn)的質(zhì)量百分比為8. 0 20%，鋁(Al)的質(zhì)量百分比為6. 5 9. 0%，鐵(Fe)的質(zhì)量百分比為2. 0 5· 0%，鎳(Ni)的質(zhì)量百分比為I. 5 3. 0%，鋅(Zn)的質(zhì)量百分比為￡6%。
本發(fā)明的技術(shù)方案之二是一種鍶、鈦和硼復(fù)合微合金化的高錳鋁青銅的制備方法，其特征是首先，將高錳鋁青銅熔化后，依次加入Al-Sr中間合金和AlTiB中間合金，在添加過程中必須按所列次序添加，即必須等前一種中間合金熔化后再加入后一種中間合金；其次，待全部熔化后，加入淸渣劑(除去雜質(zhì))，接著通入高純氮氣精煉；最后，倒入澆包，靜置后除渣并澆鑄成錠；即可獲得鍶、鈦和硼復(fù)合微合金化的高錳鋁青銅所述的Al-Sr中間合金中鍶(Sr)質(zhì)量百分比為8. 901% 10. 879%, AlTiB中間合金中鈦(Ti)的質(zhì)量百分比為4. 509% 5. 511%、硼(B)的質(zhì)量百分比為O. 882% I. 078 %。
所述的Al-Sr中間合金中Sr的最佳質(zhì)量百分比為9. 89%, Al-Ti-B中間合金中Ti 的最佳質(zhì)量百分比為5. 01%、B的最佳質(zhì)量百分比為O. 98 %。
本發(fā)明的有益效果是(1)本發(fā)明鍶、鈦和硼復(fù)合微合金化的高錳鋁青銅，具有晶粒細小、硬度高、抗腐蝕性好、摩擦系數(shù)低等特點。如本發(fā)明的鍶、鈦和硼復(fù)合微合金化的高錳鋁青銅(以實施例一為例)，其硬度(HV)為215. IHV,比常規(guī)的硬度(以對比例一為例)高錳鋁青銅提高了 26. 8% ； 再如，按國標GB 10124-88 (均勻腐蝕試驗方法)，其在3. 5% NaCl (試驗溫度為20°C )溶液中的均勻腐蝕速率為O. 02335mm/a,比常規(guī)高錳鋁青銅的均勻腐蝕速率O. 02474mm/a (以對比例一為例)降低了 5.62% ;(2)本發(fā)明鍶、鈦和硼復(fù)合微合金化的高錳鋁青銅，在高頻往復(fù)摩擦磨損試驗機上(頻率20Hz，載荷IN，時間lOmin，沖程O. 8 I mm，摩擦對偶件為直徑4 mm的Si3N4球)，在3.5%NaCl溶液中的摩擦系數(shù)(以實施例一為例)為O. 02245，比常規(guī)高錳鋁青銅(以對比例一為例)摩擦系數(shù)O. 024降低了 6. 45%，摩擦系數(shù)大幅降低。
(3)本發(fā)明通過大量的試驗獲得了理想的制備方法，尤其是通過采用按次序加入各中間合金的方法來控制各組份含量，按本發(fā)明的工藝能容易地得到符合要求的微合金化的高錳鋁青銅材料。
(4)本發(fā)明公開了一種鍶、鈦和硼復(fù)合微合金化的高錳鋁青銅的制備方法，一定程度上打破了國外對高性能高錳鋁青銅的技術(shù)封鎖，可滿足我國大型艦船螺旋槳、水泵、閥門、高速列車牽引異步電動機轉(zhuǎn)子護環(huán)、海水淡化設(shè)備等領(lǐng)域的需求。


圖I是本發(fā)明實施例一的鍶、鈦和硼復(fù)合微合金化的高錳鋁青銅金相組織。
圖2是本發(fā)明對比例一的常規(guī)高錳鋁青銅金相組織。
具體實施方式
下面結(jié)合附圖和實施例對比例對本發(fā)明作進一步的說明。
實施例一如圖I所示。
一種鍶、鈦和硼復(fù)合微合金化的高錳鋁青銅，其制備方法按8. 577kg配制為例。
首先，將8. 45kg市售或自制高錳鋁青銅(銅(Cu) 70 80%，錳(Mn) 8. 0 20· 0%， 鋁(Al) 6. 5 9. 0%，鐵(Fe) 2. 0 5. 0%，鎳(Ni) I. 5 3. 0%，鋅(Zn) ￡6. 0%，余量為雜質(zhì)元素) 熔化后依次加入42. 7gAl-Sr中間合金(89. 85%A1,9. 89%Sr (Sr的含量也可在8· 901% 410.879%范圍內(nèi)浮動，下同)，0. 16%Fe，0. 10%Si) (Sr的損失率約為40%)、84. 3g AlTiB中間合金(93. 5%A1, 5. 01%Ti (Ti的含量也可4. 509% 5. 511%范圍內(nèi)浮動，下同)，O. 98%B (B的含量可在O. 882% I. 078 %,范圍內(nèi)浮動，下同)O. 19%Fe, O. 13%Si ) (Ti的損失率約為8%)，所述的中間合金可直接從市場上購置，也可采用常規(guī)方法自行配制，熔化過程中必須等前一種中間合金熔化后再加入后一種中間合金；待全部熔化后，加入淸渣劑以除去雜質(zhì)，接著通入高純氮氣精煉3min ;最后，倒入澆包，靜置f5min后，除渣并澆鑄成錠；即獲得鍶、鈦和硼復(fù)合微合金化的高錳鋁青銅。
本實施例的高錳鋁青銅經(jīng)光譜實際測量成分 為11.81% Mn，8.01 % Al, 3. 81% Fe, I. 76% Ni,O. 029% Sr,O. 045% Ti,O. 0095% B，余量為銅和少量雜質(zhì)元素。
本實施例的高錳鋁青銅組織細小(圖1)，其硬度(HV)為215. 1HV，按國標GB 10124-88 (均勻腐蝕試驗方法)，其在3. 5% NaCl (試驗溫度為20°C )溶液中的均勻腐蝕速率為O. 02335mm/a，在高頻往復(fù)摩擦磨損試驗條件下，與Si3N4球?qū)δr，在3. 5%NaCl溶液中的濕摩擦系數(shù)為O. 02245。
實施例二一種鍶、鈦和硼復(fù)合微合金化的高錳鋁青銅，其制備方法按8. 577kg配制為例。
首先，將8. 455kg高錳鋁青銅熔化后依次加入37. 7gAl_Sr中間合金(89. 85%A1，9.89%Sr,0. 16%Fe，0. 10%Si) (Sr 的損失率約為 40%)、84· 3g AlTiB 中間合金(93. 5%A1,5.01%Ti, 0. 98%B, 0. 19%Fe, 0. 13%Si ) (Ti的損失率約為8%)，所述的中間合金可直接從市場上購置，也可采用常規(guī)方法自行配制，熔化過程中等前一種中間合金熔化后再加入后一種中間合金；待全部熔化后，加入淸洛劑(除去雜質(zhì))，接著通入高純氮氣精煉3min ;最后，倒入澆包，靜置f5min后，除渣并澆鑄成錠；即獲得鍶、鈦和硼復(fù)合微合金化的高錳鋁青銅。
本實施例的高錳鋁青銅經(jīng)光譜實際測量成分為11.91% Mn，8.70 % Al, 3. 85% Fe, I. 76 % Ni,O. 045% Ti,O. 026% Sr,O. 0095% B，余量為銅和少量雜質(zhì)元素。
實施例三。
一種鍶、鈦和硼復(fù)合微合金化的高錳鋁青銅，其制備方法按8. 577kg配制為例。
首先，將8. 476kg市售或自制高錳鋁青銅(銅(Cu) 70 80%，錳(Mn) 8. 0 20. 0%， 鋁(Al) 6. 5 9. 0%，鐵(Fe) 2. 0 5. 0%，鎳(Ni) I. 5 3. 0%，鋅(Zn) ￡6. 0%，余量為雜質(zhì)元素) 熔化后依次加入 17. 34gAl-Sr 中間合金(89. 85%A1，9. 89%Sr,0. 16%Fe，0. 10%Si) (Sr 的損失率約為 40%)、84. 3g AlTiB 中間合金(93. 5%A1, 5. 01%Ti, O. 98%B,0. 19%Fe, 0. 13%Si )(Ti的損失率約為8%)，所述的中間合金可直接從市場上購置，也可采用常規(guī)方法自行配制，熔化過程中必須等前一種中間合金熔化后再加入后一種中間合金；待全部熔化后，加入淸渣劑以除去雜質(zhì)，接著通入高純氮氣精煉3min;最后，倒入澆包，靜置f5min后，除渣并澆鑄成錠；即獲得鍶、鈦和硼復(fù)合微合金化的高錳鋁青銅。
本實施例的高錳鋁青銅經(jīng)光譜實際測量成分為11.81% Mn，8.01 % Al, 3. 81% Fe, I. 76% Ni,O. 012% Sr,O. 045% Ti,O. 0095% B，余量為銅和少量雜質(zhì)元素。
實施例四。
一種鍶、鈦和硼復(fù)合微合金化的高錳鋁青銅，其制備方法按8. 577kg配制為例。
首先，將8. 42kg市售或自制高錳鋁青銅(銅(Cu) 70 80%，錳(Mn) 8. 0 20· 0%， 鋁(Al) 6. 5 9. 0%，鐵(Fe) 2. 0 5. 0%，鎳(Ni) I. 5 3. 0%，鋅(Zn) ￡6. 0%，余量為雜質(zhì)元素) 熔化后依次加入 67. 93gAl-Sr 中間合金(89. 85%A1，9. 89%Sr,0. 16%Fe，0. 10%Si) (Sr 的損失率約為 40%)、84. 3g AlTiB 中間合金(93. 5%A1, 5. 01%Ti, O. 98%B,0. 19%Fe, 0. 13%Si )(Ti的損失率約為8%)，所述的中間合金可直接從市場上購置，也可采用常規(guī)方法自行配制，熔化過程中必須等前一種中間合金熔化后再加入后一種中間合金；待全部熔化后，加入淸渣劑以除去雜質(zhì)，接著通入高純氮氣精煉3min;最后，倒入澆包，靜置f5min后，除渣并澆鑄成錠；即獲得鍶、鈦和硼復(fù)合微合金化的高錳鋁青銅。
本實施例的高錳鋁青銅經(jīng)光譜實際測量成分為11.81% Mn，8.01 % Al, 3. 81% Fe, I. 76% Ni,O. 047% Sr,O. 045% Ti,O. 0095% B，余量為銅和少量雜質(zhì)元素。
實施例五。
一種鍶、鈦和硼復(fù)合微合金化的高錳鋁青銅，其制備方法按8. 577kg配制為例。
首先，將8. 48kg市售或自制高錳鋁青銅(銅(Cu) 70 80%，錳(Mn) 8. 0 20· 0%， 鋁(Al) 6. 5 9. 0%，鐵(Fe) 2. 0 5. 0%，鎳(Ni) I. 5 3. 0%，鋅(Zn) ￡6. 0%，余量為雜質(zhì)元素) 熔化后依次加入 42. 7gAl-Sr 中間合金(89. 85%A1，9. 89%Sr,0. 16%Fe，0. 10%Si) (Sr 的損失率約為 40%)、52· Ig AlTiB 中間合金(93. 5%A1, 5. 01%Ti, O. 98%B,0. 19%Fe, 0. 13%Si )(Ti的損失率約為8%)，所述的中間合金可直接從市場上購置，也可采用常規(guī)方法自行配制，熔化過程中必須等前一種中間合金熔化后再加入后一種中間合金；待全部熔化后，加入淸渣劑以除去雜質(zhì)，接著通入高純氮氣精煉3min ;最后，倒入澆包，靜置f5min后，除渣并澆鑄成錠；即獲得鍶、鈦和硼復(fù)合微合金化的高錳鋁青銅。
本實施例的高錳鋁青銅經(jīng)光譜實際測量成分為11.81% Mn，8.01 % Al, 3. 81% Fe, I. 76% Ni,O. 029% Sr,O. 028% Ti,O. 006% B，余量為銅和少量雜質(zhì)元素。
實施例六。
—種鍶、鈦和硼復(fù)合微合金化的高錳鋁青銅，其制備方法按8. 577kg配制為例。
首先，將8. 4kg市售或自制高錳鋁青銅(銅(Cu) 70 80%，錳(Mn) 8. 0 20. 0%，鋁 (Al) 6. 5 9. 0%，鐵(Fe) 2. 0 5. 0%，鎳(Ni) I. 5 3. 0%，鋅(Zn) ￡6. 0%，余量為雜質(zhì)元素)熔化后依次加入 42. 7gAl-Sr 中間合金(89. 85%A1，9. 89%Sr,0. 16%Fe，0. 10%Si) (Sr 的損失率約為 40%)、135· 8g AlTiB 中間合金(93. 5%A1, 5. 01%Ti, O. 98%B,0. 19%Fe, 0. 13%Si ) (Ti 的損失率約為8%)，所述的中間合金可直接從市場上購置，也可采用常規(guī)方法自行配制，熔化過程中必須等前一種中間合金熔化后再加入后一種中間合金；待全部熔化后，加入淸渣劑以除去雜質(zhì)，接著通入高純氮氣精煉3min ;最后，倒入澆包，靜置f5min后，除渣并澆鑄成錠；即獲得鍶、鈦和硼復(fù)合微合金化的高錳鋁青銅。
本實施例的高錳鋁青銅經(jīng)光譜實際測量成分為11.81% Mn，8.01 % Al, 3. 81% Fe, I. 76% Ni,O. 029% Sr,O. 73% Ti,O. 015% B，余量為銅和少量雜質(zhì)元素。
金相組織顯示，實施例二 六的復(fù)合微合金化高錳鋁青銅的組織與實施例相近似。
對比例一如圖2所示。
一種常規(guī)高錳鋁青銅，按以下方法制備而得按8. 09 kg配制為例。
首先，將8. 09 kg高錳鋁青銅熔化后，加入淸渣劑(除去雜質(zhì))，接著通入高純氮氣精煉3min ;最后，倒入澆包，靜置f5min后，除渣并澆鑄成錠；即獲得常規(guī)高錳鋁青銅。
本對比例的高錳鋁青銅經(jīng)光譜實際測量成分為12. 05 % Mn, 7. 08 % Al, 3. 23% Fe, 2. 04% Ni,余量為銅和少量雜質(zhì)元素。
本對比例的高錳鋁青銅組織粗大(圖2)，其硬度(HV)為169. 65HV，按國標GB 10124-88 (均勻腐蝕試驗方法)，其在3. 5% NaCl (試驗溫度為20°C )溶液中的均勻腐蝕速率為O. 02474mm/a,在高頻往復(fù)摩擦磨損試驗條件下，與Si3N4球?qū)δr，在3. 5%NaCl溶液中的濕摩擦系數(shù)為O. 024。
以上僅列出了幾個常見鍶、鈦和硼復(fù)合微合金化的高錳鋁青銅的配比及制造方法，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以根據(jù)上述實施例，適當(dāng)?shù)卣{(diào)整各組份的配比并嚴格按上述步驟進行制造，即可獲得理想的鍶、鈦和硼復(fù)合微合金化的高錳鋁青銅。
本發(fā)明未涉及部分均與現(xiàn)有技術(shù)相同或可采用現(xiàn)有技術(shù)加以實現(xiàn)。
權(quán)利要求
1.一種鍶、鈦和硼復(fù)合微合金化的高錳鋁青銅，其特征在于它包括鍶(Sr)，質(zhì)量百分比為O. 012 O. 047% ；鈦(Ti)，質(zhì)量百分比為O. 028 O. 073% ；硼(B)，質(zhì)量百分比為O. 006 O. 015% ；高猛招青銅，余量；各組份的質(zhì)量百分比之和為100%。
2.—種權(quán)利要求I所述的鍶、鈦和硼復(fù)合微合金化的高錳鋁青銅的制備方法，其特征在于首先，將高錳鋁青銅熔化后，依次加入Al-Sr中間合金和AlTiB中間合金，在添加過程中必須按所列次序添加，即必須等前一種中間合金熔化后再加入后一種中間合金；其次,待全部熔化后,加入淸渣劑以除去雜質(zhì),接著通入高純氮氣精煉；最后，倒入澆包，靜置后除渣并澆鑄成錠；即可獲得鍶、鈦和硼復(fù)合微合金化的高錳鋁青銅。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的制備方法，其特征是所述的Al-Sr中間合金中鍶(Sr)質(zhì)量百分比為8. 901% 10. 879%,AlTiB中間合金中鈦(Ti)的質(zhì)量百分比為4. 509% 5. 511%、硼 (B)的質(zhì)量百分比為O. 882% I. 078 %。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的制備方法，其特征是所述的Al-Sr中間合金中鍶(Sr)的最佳質(zhì)量百分比為9. 89%，Al-Ti-B中間合金中Ti最佳的質(zhì)量百分比為5. 01%、B的最佳質(zhì)量百分比為O. 98 %。
全文摘要
一種鍶、鈦和硼復(fù)合微合金化的高錳鋁青銅及制備方法，其特征在于它包括鍶(Sr)(0.012～0.047%)，鈦(Ti)(0.028～0.073%)，硼(B)(0.006～0.015%)和余量為高錳鋁青銅。它的制備工藝流程為將高錳鋁青銅熔化后，依次加入Al-Sr中間合金和AlTiB中間合金；待全部熔化后，加入淸渣劑，接著通入高純氮氣精煉；最后，倒入澆包，靜置后除渣并澆鑄成錠即得本發(fā)明的鍶、鈦和硼復(fù)合微合金化的高錳鋁青銅。與常規(guī)高錳鋁青銅相比，本發(fā)明合金具有組織細小，硬度同比提高26.8％，在3.5%NaCl溶液中的均勻腐蝕速率降低5.6％，并且摩擦系數(shù)顯著下降。本發(fā)明高錳鋁青銅滿足我國大型艦船螺旋槳、海水泵、閥門、海水淡化設(shè)備等領(lǐng)域的高速發(fā)展對高性能高錳鋁青銅的需求。
文檔編號C22C1/06GK102912184SQ20121041871
公開日2013年2月6日 申請日期2012年10月26日 優(yōu)先權(quán)日2012年10月26日
發(fā)明者許曉靜, 陳樹東, 潘勵, 王宏宇, 楚滿軍, 何峰林, 何峰明, 丁志紅 申請人:江蘇大學(xué)