一種適合于錫磷青銅合金的含稀土復(fù)合變質(zhì)劑的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種適合于錫磷青銅合金的含稀土復(fù)合變質(zhì)劑，屬于有色金屬加工領(lǐng) 域。
【背景技術(shù)】
[0002] 高強(qiáng)度高彈性銅基合金憑借其高強(qiáng)度、優(yōu)良的彈性、耐疲勞、彈性滯后小等性能， 廣泛地使用于醫(yī)療、航空航海導(dǎo)航儀器、機(jī)械制造、儀表和儀器制造等行業(yè)中。目前國(guó)內(nèi)市 場(chǎng)上銅基彈性合金主要以錫磷青銅和鈹青銅等材料為主，其中鈹青銅作為目前最常用的高 彈性合金，但由于鈹?shù)难趸锖头蹓m均有毒，對(duì)環(huán)境和人的身體健康都有一定的損害，很大 程度地限制了鈹青銅的工業(yè)化和使用。而錫磷青銅由于含Sn量較高，一般大于4%，在生產(chǎn) 過程中容易產(chǎn)生Sn的反偏析，需要對(duì)其進(jìn)行長(zhǎng)時(shí)間的均勻化熱處理，嚴(yán)重影響著合金的生 產(chǎn)效率。并且Sn的價(jià)格較為昂貴，添加高含量Sn，增加生產(chǎn)成本，影響著合金的產(chǎn)業(yè)化和應(yīng) 用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本發(fā)明針對(duì)錫磷青銅合金生產(chǎn)中出現(xiàn)鑄態(tài)組織中枝晶粗大、Sn偏析嚴(yán)重等問題， 提供了一種新型的含稀土復(fù)合變質(zhì)劑，在錫磷青銅合金的生產(chǎn)過程中添加該復(fù)合變質(zhì)劑， 以細(xì)化合金的組織，減少Sn元素偏析，改善合金性能的均勻性。另外，通過變質(zhì)處理后的錫 磷青銅合金可以省去后序長(zhǎng)時(shí)間的均勻化退火熱處理工藝，可以節(jié)約生產(chǎn)成本，提高合金 的生產(chǎn)效率。
[0004] -種適合于錫磷青銅合金的含稀土復(fù)合變質(zhì)劑，該變質(zhì)劑可以有效地細(xì)化錫磷青 銅的組織，減少Sn元素偏析，改善合金組織性能的均勻性，提高合金的致密度，增大了合金 的強(qiáng)度、導(dǎo)電率、彈性等性能，該變質(zhì)劑含有選自Gd、Nd和Ce中的一種或兩種以上稀土元 素，其在合金中所占的重量百分比分別為：Gd 0. 001~0. 005%，Nd 0. 001~0. 005%，Ce 0. 001 ~0. 005%。
[0005] 該變質(zhì)劑還可進(jìn)一步包含少量的V、Nb、Mn和Co元素，其在合金中所占的重量百分 比分別為：￥ 0.005~0.01%，他 0.002~0.005%，]?110.01~0.05%，(：〇0.02~0.05%。
[0006] 另外，本發(fā)明還提供了上述新型的含稀土復(fù)合變質(zhì)劑在制備錫磷青銅合金的生產(chǎn) 過程中的應(yīng)用。所述的含稀土復(fù)合變質(zhì)劑以Cu-Gd、Cu-Nd、Cu-Ce、Cu-V、Cu-Nb、Cu-Mn和/ 或電解鈷的形式添加到錫磷青銅（QSn6. 5-0.1 )合金中。
[0007] 所述的含稀土復(fù)合變質(zhì)劑在錫磷青銅合金生產(chǎn)過程中的使用方法包括：熔煉過程 中，待電解銅和電解鈷熔化后，添加復(fù)合變質(zhì)劑中各元素與銅的中間合金（Cu-Gd、Cu-Nd、 Cu-Ce、Cu-V、Cu-Nb和/或Cu-Mn)，再添加銅磷中間合金，攪拌10~20min后，保溫20~ 30min后添加純錫；隨后進(jìn)行水平連鑄鑄造，對(duì)鑄坯進(jìn)行銑面、乳制、熱處理等工序后得到 最終產(chǎn)品。
[0008] 所添加合金元素的作用：
[0009] 稀土 ：稀土元素由于在銅中的固溶度小，容易與銅液中的雜質(zhì)生成化合物，形成 爐渣，上浮在銅液表面而除去，從而凈化了晶粒和晶界。另外，還有一部分細(xì)小化合物可以 作為晶粒的形核質(zhì)點(diǎn)，細(xì)化晶粒，減小Sn元素的偏析。此外，稀土元素還可以調(diào)控合金中 相的形態(tài)，由長(zhǎng)條形變質(zhì)成球形或橢圓形，從而改善合金的強(qiáng)度和導(dǎo)電率。如果合金中添 加過量的稀土元素，會(huì)形成硬脆化合物相，影響坯料的加工性能，故稀土元素選擇〇. 002~ 0· 015%為宜。
[0010] 釩：微量的釩能顯著細(xì)化晶粒，提高合金的強(qiáng)度和耐腐蝕性能。
[0011] 鈮：微量的鈮作為晶粒的形核質(zhì)點(diǎn)，起到細(xì)化晶粒，提高合金疲勞性能的作用。
[0012] 錳：錳元素的添加一部分可以與氧結(jié)合形成氧化錳，覆蓋在熔體表面，起到除氧和 防止熔體氧化的效果，另一部分固溶到銅中，在合金的變形過程中，有效地拖拽位錯(cuò)，阻礙 位錯(cuò)的運(yùn)動(dòng)，提高合金的抗應(yīng)力松弛性能。
[0013] 鈷：由于鈷元素在銅中的固溶度較小，容易與銅中錫元素結(jié)合，形成鈷錫化合物質(zhì) 點(diǎn)，減少Sn偏析，增加 Sn元素分布均勻性，提高合金的強(qiáng)度和導(dǎo)電率。
[0014] 本發(fā)明適合于錫磷青銅合金的含稀土復(fù)合變質(zhì)劑，至少包括以上GcUNd和Ce三種 稀土元素的一種，該變質(zhì)劑還可進(jìn)一步包括V、Nb、Mn和Co。通過在錫磷青銅合金中添加含 稀土復(fù)合變質(zhì)劑，能顯著的細(xì)化合金的晶粒組織，可以與Sn形成化合物，減少Sn元素偏析 程度，提高合金的強(qiáng)度和導(dǎo)電率，同時(shí)可以省去后續(xù)長(zhǎng)時(shí)間的均勻化退火熱處理工藝，可以 節(jié)約生產(chǎn)成本，提高合金的生產(chǎn)效率。同時(shí)該負(fù)荷變質(zhì)劑配方科學(xué)合理，銅中間合金容易制 備，易實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)，具有廣闊的應(yīng)用前景。
[0015] 下面通過【具體實(shí)施方式】對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步說明，但并不意味著對(duì)本發(fā)明保護(hù)范圍 的限制。
【具體實(shí)施方式】
[0016] 以下是本發(fā)明的7個(gè)實(shí)施例（如表1和2所示），進(jìn)一步說明本發(fā)明的優(yōu)異性能。
[0017] 實(shí)施例1-7 :在QSn6. 5-0. 1錫磷青銅合金中添加本發(fā)明的變質(zhì)劑。QSn6. 5-0. 1 的重量百分比組成為：Sn:6.0~7.0%，P :0.05~0. 15%，Cu為余量。錫磷青銅合金 (QSn6. 5-0. 1)的加工工藝為配料一熔煉一加入含稀土復(fù)合變質(zhì)劑一水平連鑄鑄造一銑面 -冷乳開坯一退火一酸洗一中乳一退火一酸洗一精乳一去應(yīng)力退火一酸洗一拉彎矯一分 剪入庫(kù)。
[0018] 熔煉過程采用中頻感應(yīng)爐及相應(yīng)的水平連鑄設(shè)備，首先熔化電解銅和電解鈷，然 后加入Cu-Gd、Cu-Nd、Cu-Ce中至少一種，再加入Cu-Nb、Cu-Mn、Cu-V，然后添加銅磷中間合 金，攪拌10~20min后，保溫20~30min后添加純錫，隨后進(jìn)行水平連鑄鑄造，對(duì)鑄坯進(jìn)行 銑面、乳制、熱處理等工序后得到最終產(chǎn)品。
[0019] 參照上述步驟，按照表1中的元素組成添加復(fù)合變質(zhì)劑，得到添加實(shí)施例1-7復(fù)合 變質(zhì)劑的錫磷青銅合金。
[0020] 對(duì)得到的添加實(shí)施例1-7復(fù)合變質(zhì)劑的錫磷青銅合金進(jìn)行如下性能測(cè)試，測(cè)試結(jié) 果如表2所示：
[0021] (1)鑄坯表面質(zhì)量觀察；
[0022] (2)鑄坯組織觀察及晶粒度測(cè)試；
[0023] (3)最終產(chǎn)品的伸長(zhǎng)率、抗拉強(qiáng)度和導(dǎo)電率測(cè)試。
[0024] 通過對(duì)低倍和高倍組織觀察，采用本發(fā)明中含稀土變質(zhì)劑的鑄坯，內(nèi)部致密，無裂 紋，夾雜等缺陷，組織細(xì)小，Sn偏析程度很小，完全可以不需要后續(xù)的長(zhǎng)時(shí)間均勻化退火處 理。通過表2中晶粒度和性能結(jié)構(gòu)可知，通過對(duì)比未添加變質(zhì)劑與添加變質(zhì)劑的鑄坯，添加 變質(zhì)劑處理后的晶粒度明顯減小，最小可達(dá)85 μπι，是原始組織的1/3左右，細(xì)化效果明顯。 此外，添加變質(zhì)劑后的鑄坯伸長(zhǎng)率、抗拉強(qiáng)度和導(dǎo)電率都要高于未添加變質(zhì)劑的鑄坯，這也 充分說明本發(fā)明的優(yōu)越性。
[0025] 表1在錫磷青銅合金（QSn6. 5-0. 1)中添加含稀土復(fù)合變質(zhì)劑元素含量wt %
[0027] 表2添加含稀土復(fù)合變質(zhì)劑后錫磷青銅合金（QSn6. 5-0. 1)鑄坯的性能和晶粒度 表
[0029] 通過以上實(shí)施例，可以看到本發(fā)明含稀土復(fù)合變質(zhì)劑，可以有效地細(xì)化錫磷青銅 的組織，減少Sn元素偏析，省去后續(xù)長(zhǎng)時(shí)間均勻化退火工藝，改善合金組織性能的均勻性， 提高合金的致密度，增大了合金的強(qiáng)度、導(dǎo)電率、彈性等性能。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種適合于錫磷青銅合金的含稀土復(fù)合變質(zhì)劑，其特征在于：含有選自Gd、Nd和Ce 中的一種或兩種以上稀土元素，在合金中所占的重量百分比為：Gd0.001~0.005%，Nd 0. 001 ~0. 005%，Ce0. 001 ~0. 005%。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的適合于錫磷青銅合金的含稀土復(fù)合變質(zhì)劑，其特征在于：所 述的變質(zhì)劑還包含V、Nb、Mn和Co元素，在合金中所占的重量百分比為：V0. 005~0. 01 %， Nb0.002 ~0.005%，Mn0.01 ~0.05%，Co0.02 ~0.05%。3. 權(quán)利要求1或2所述的適合于錫磷青銅合金的含稀土復(fù)合變質(zhì)劑在制備錫磷青銅合 金中的應(yīng)用。4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的適合于錫磷青銅合金的含稀土復(fù)合變質(zhì)劑在制備錫磷青 銅合金中的應(yīng)用，其特征在于：所述的含稀土復(fù)合變質(zhì)劑以Cu-Gd、Cu-Nd、Cu-Ce、Cu-V、 Cu-Nb、Cu-Mn和/或電解鈷的形式添加到錫磷青銅合金中。5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的適合于錫磷青銅合金的含稀土復(fù)合變質(zhì)劑在制備錫磷青銅 合金中的應(yīng)用，其特征在于：在熔煉過程中，待電解銅和電解鈷熔化后，添加Cu-Gd、Cu-Nd、 Cu-Ce、Cu-V、Cu-Nb和/或Cu-Mn中間合金，再添加銅磷中間合金，攪拌10~20min后，保 溫20~30min后添加純錫。
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種適合于錫磷青銅合金的含稀土復(fù)合變質(zhì)劑，屬于有色金屬加工領(lǐng)域。該變質(zhì)劑含有選自Gd、Nd和Ce中的一種或兩種以上稀土元素，在合金中所占的重量百分比為：Gd0.001～0.005％，Nd0.001～0.005％，Ce0.001～0.005％。另外，該變質(zhì)劑還可進(jìn)一步包含V：0.005～0.01％，Nb：0.002～0.005％，Mn：0.01～0.05％，Co：0.02～0.05％。該變質(zhì)劑可以有效地細(xì)化錫磷青銅的組織，減少Sn元素偏析，省去后續(xù)長(zhǎng)時(shí)間均勻化退火工藝，改善合金組織性能的均勻性，提高合金的致密度，增大了合金的強(qiáng)度、導(dǎo)電率、彈性等性能。
【IPC分類】C22C1/03, C22C9/02
【公開號(hào)】CN105177347
【申請(qǐng)?zhí)枴?br>【發(fā)明人】黃國(guó)杰, 彭麗軍, 陳信渭, 陸明, 婁國(guó)軍, 陸巧榮, 徐建成, 朱國(guó)軍, 朱樹全, 陸建平, 苑和鋒
【申請(qǐng)人】寧波興業(yè)盛泰集團(tuán)有限公司
【公開日】2015年12月23日
【申請(qǐng)日】2015年9月9日