鍶、鈦和硼複合微合金化的錳黃銅及其製備方法
2023-05-11 17:17:21
專利名稱：鍶、鈦和硼複合微合金化的錳黃銅及其製備方法
技術領域：
本發明涉及一種錳黃銅及其製備方法，尤其是一種新型錳黃銅合金及其製備方法，具體地說是一種鍶、鈦和硼複合微合金化的錳黃銅及其製備方法。
背景技術：
錳黃銅是古老的螺旋槳材料，從1876年開始一直沿用至今。與鎳鋁青銅、高錳鋁青銅等螺旋槳材料相比，錳黃銅原材料價格低，鑄造工藝性能好，是內河船舶中、小型螺旋槳使用的主要材料之一。但隨著內河船舶向著高速化、大型化方向的發展，對錳黃銅螺旋槳材料的性能提出了更高的要求。眾所周知，合金化及微合金化是提高錳黃銅組織與性能的有效手段。從錳黃銅的成分(銅(Cu)52 62%，錳(Mn)O. 5 4. 0%，鋁(Al)O. 5 3. 0%，鋅(Zn)35 40%，鐵(Fe)O. 5 2. 5%,鎳(Ni) ￡1%,餘量為少量雜質元素)來看,該合金尚未進行微合金化。鈦(Ti)和硼(B)元 素聯合加入到銅合金中，不僅形成TiB2等高熔點物相，在合金凝固過程中對銅合金起到非均質形核作用，細化合金晶粒組織，而且Ti元素在合金凝固後的冷卻過程中與Cu形成固溶體和g相等化合物強化合金，顯著提高合金的性能。鍶(Sr)是一種活性元素，並且在錳黃銅中的固溶度極小，因此，向錳黃銅中加入微量鍶(Sr)將對鈦(Ti)、硼(B)的燒損起到保護作用，而且在合金凝固後的冷卻過程中還將與Cu生成SrCU5、SrCU等金屬間化合物，強化合金。到目前為止，我國尚未有一種具有自主智慧財產權的鍶、鈦和硼複合微合金化的高性能錳黃銅可供使用。
發明內容
本發明的目的是在錳黃銅主要成分的基礎上，通過添加微量鍶、鈦和硼，發明一種高性能的錳黃銅及其製備方法。本發明的技術方案之一是
一種鍶、鈦和硼複合微合金化的錳黃銅，其特徵是它包括
鍶(Sr)，質量百分比為O. ΟΓΟ. 03% ；
鈦(Ti)，質量百分比為O. OI O. 05% ；
硼(B)，質量百分比為O. 002 O. 008% ；
猛黃銅，餘量；
各組份的質量百分比之和為100%。所述的錳黃銅主要由銅(Cu)、鋁(Al)、錳(Mn)、鋅(Zn)、鐵(Fe)、鎳(Ni)、鍶(Sr)、鈦(Ti)和硼(B)組成，其中，鋅(Zn)的質量百分比為35 40%，錳(Mn)的質量百分比為
O.5 4. 0%，鋁(Al)的質量百分比為O. 5 3. 0%，鐵(Fe)的質量百分比為O. 5 2. 5%，鎳(Ni)的質量百分比為￡1. 0%，餘量為雜質。本發明的技術方案之二是一種鍶、鈦和硼複合微合金化的錳黃銅的製備方法，其特徵是
首先，將錳黃銅熔化後，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後再加入後一種中間合金；其次，待全部熔化後，倒入澆包，靜置後除渣並澆鑄成錠；即可獲得鍶、鈦和硼複合微合金化的錳黃銅。所述的Al-Sr中間合金中鍶(Sr)質量百分比為8. 901% 10. 879%, AlTiB中間合金中鈦(Ti)的質量百分比為4. 509 5. 511%、硼(B)的質量百分比為O. 882% I. 078 %。所述的Al-Sr中間合金中Sr的最佳質量百分比為9. 89%, Al-Ti-B中間合金中Ti的最佳質量百分比為5. 01%、B的質量百分比為O. 98 %。本發明的有益效果是 (I)本發明鍶、鈦和硼複合微合金化的錳黃銅，具有組織緻密、晶粒細小、硬度高、抗腐蝕性好、摩擦係數低等特點。如本發明鍶、鈦和硼複合微合金化的錳黃銅(以實施例一為例)，其硬度(HV)為188. 3HV，比常規錳黃銅(以對比例一為例)的硬度154. 8 HV提高了21. 6%;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. 02391mm/a (以實施例一為例)，比常規錳黃銅(以對比例一為例)的均勻腐蝕速率O. 02654 mm/a降低了 9.9%0(2)本發明鍶、鈦和硼複合微合金化的錳黃銅(以實施例一為例)，在高頻往復摩擦磨損試驗機上(頻率20Hz，載荷IN，時間lOmin，衝程O. 8^1mm,摩擦對偶件為直徑4 mm的Si3N4球)的幹摩擦係數為O. 0224，比常規錳黃銅(以對比例一為例)的幹摩擦係數O. 0271降低了 17. 3% ;在3. 5%NaCl溶液中的溼摩擦係數為O. 0206 (以實施例一為例)，比原有錳黃銅(以對比例一為例)的溼摩擦係數O. 0253降低了 18. 6%，摩擦係數大幅降低。(3)本發明通過大量的試驗獲得了理想的製備方法，尤其是通過採用按次序加入各中間合金的方法來控制各組份含量，按本發明的工藝能容易地得到符合要求的微合金化的錳黃銅材料。(4)本發明公開了一種鍶、鈦和硼複合微合金化的錳黃銅的製備方法，一定程度上打破了國外對高性能錳黃銅的技術封鎖。
圖I是本發明實施例一的鍶、鈦和硼複合微合金化的錳黃銅金相組織。圖2是本發明對比例一的常規錳黃銅金相組織。
具體實施例方式下面結合附圖和實施例對本發明作進一步的說明。實施例一 如圖I所示。—種銀、鈦和硼複合微合金化的猛黃銅,其製備方法
按8. 3624kg配製為例。首先，將8. 3kg市售錳黃銅(其中銅52 62%，錳O. 5 4. 0%，鋁O. 5 3. 0%，鋅35 40%，鐵O. 5^2. 5%,鎳￡1%,餘量為少量雜質元素，下同)熔化後依次加入21g Al-Sr中間合金(89. 85%A1，9. 89%Sr (可在 8. 901% 10. 879 之間浮動)，0· 16%Fe，0. 10%Si) (Sr 的損失率約為 40%)、41· 4gAlTiB 中間合金(93. 69%A1,5. 01%Ti (可在 4. 509% 5. 511% 之間浮動，損失率約為8%)，O. 98%B (可在O. 882% I. 078 %之間浮動)，0. 19%Fe，0. 13%Si )，所述的中間合金可直接從市場上購置，也可採用常規方法自行配製，熔化過程中等前一種中間合金熔化後再加入後一種中間合金；待全部熔化後，倒入澆包，靜置保溫f 5min後，除渣並澆鑄成錠；即獲得鍶、鈦和硼複合微合金化的錳黃銅。本實施例的鍶、鈦和硼複合微合金化的錳黃銅經光譜實際測量成分為38. 74%Zn，
I.08 %Mn, I. 87% Al,O. 79% Fe，O. 43%Ni，O. 015% Sr，O. 023%Ti，O. 0045%B，餘量為Cu和少量
雜質元素。本實施例的複合微合金化後的錳黃銅組織細小、緻密(圖1)，其硬度(HV)為188. 3HV，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. 02391mm/a，在高頻往復摩擦磨損試驗條件下，與Si3N4球對摩時， 在空氣中的幹摩擦係數為O. 0224，在3. 5%NaCl溶液中的溼摩擦係數為O. 0206。實施例二
一種銀、鈦和硼複合微合金化的猛黃銅，其製備方法
按8. 3624kg配製為例。首先，將8. 305kg 市售錳黃銅(成分58. 51Cu，38. 47Zn, I. 16Μη，0· 81Α1，0· 72Fe,O. 23Ni，實施例中所有元素符號前的數字均表示質量百分比，下同)熔化後依次加入16g Al-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%)、41. 4gAlTiB 中間合金(93. 69%Α1，5· 01%Ti, O. 98%Β，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，也可採用常規方法自行配製，熔化過程中等前一種中間合金熔化後再加入後一種中間合金；待全部熔化後，倒入澆包，靜置保溫Hmin後，除渣並澆鑄成錠；即獲得鍶、鈦和硼複合微合金化的錳黃銅。本實施例的複合微合金化後的錳黃銅經光譜實際測量成分為38. 14%Zn，l. 15%Mn, I. 50 % Al, O. 73% Fe, O. 23%Ni,0. 011% Sr，O. 023%Ti，O. 0045%B，餘量為 Cu和少量雜質元素。本實施例的複合微合金化錳黃銅組織細小、緻密，機械性能與實施例一相類似。實施例三。—種銀、鈦和硼複合微合金化的猛黃銅,其製備方法
按8. 3624kg配製為例。首先，將8. 304kg市售錳黃銅(其中銅52 62%，錳O. 5^4. 0%，鋁O. 5^3. 0%，鋅35 40%，鐵O. 5 2. 5%，鎳￡1%，餘量為少量雜質元素，下同)熔化後依次加入42g Al-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%)、19gAlTiB 中間合金(93. 69%Α1，5· 01%Ti, O. 98%Β，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，也可採用常規方法自行配製，熔化過程中等前一種中間合金熔化後再加入後一種中間合金；待全部熔化後，倒入澆包，靜置保溫f5min後，除渣並澆鑄成錠；即獲得鍶、鈦和硼複合微合金化的錳黃銅。本實施例的鍶、鈦和硼複合微合金化後的錳黃銅經光譜實際測量成分為38. 74%Zn, I. 08 %Mn, I. 87% Al,O. 79% Fe,O. 43%Ni，0. 03% Sr,O. 01%Ti，0. 002%B，餘量為 Cu
和少量雜質元素。
本實施例的複合微合金化錳黃銅組織細小、緻密，機械性能與實施例一相類似。實施例四
一種銀、鈦和硼複合微合金化的猛黃銅，其製備方法
按8. 3624kg配製為例。首先，將8. 259kg 錳黃銅(成分58. 51Cu，38. 47Zn，I. 16Mn，O. 81A1，O. 72Fe，0. 23Ni，實施例中所有元素符號前的數字均表示質量百分比，下同)熔化後依次加入15gAl-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%)、91gAlTiB中間合金(93. 69%Α1，5· 01%Ti, O. 98%Β，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，也可採用常規方法自行配製，熔化過程中等前一種中間合金熔化後再加入後一種中間合金；待全部熔化後，倒入澆包，靜置保溫f5min後，除渣並澆鑄成錠；即獲得鍶、鈦和硼複合微合金化的錳黃銅。本實施例的複合微合金化後的錳黃銅經光譜實際測量成分為38. 14%Zn，l. 15%Mn, I. 50 % Al,O. 73% Fe,O. 23%Ni,0. 01% Sr，O. 05%Ti，O. 008%B，餘量為 Cu 和少量雜質元素。本實施例的複合微合金化錳黃銅組織細小、緻密，機械性能與實施例二相類似。對比例一。如圖2所示。一種常規錳黃銅，其製備方法
按8. 3624kg配製為例。首先，將8. 3624 kg錳黃銅熔化後，倒入澆包，靜置f5min後，除渣並澆鑄成錠；SP得規錳黃銅。本對比例的常規錳黃銅經光譜實際測量成分為38. 74%Zn，I. 25 %Μη，0. 81% Al，
O.72% Fe, O. 22%Ni，餘量為Cu和少量雜質元素。本對比例的常規錳黃銅組織粗大(圖2)，其硬度(HV)為154.8 HV，按國標GB10124-88 (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. 02654 mm/a，在高頻往復摩擦磨損試驗條件下，與Si3N4球對摩時，在空氣中的幹摩擦係數為O. 0271，在3. 5%NaCl溶液中的溼摩擦係數為O. 0253。以上僅列出了幾個常見鍶、鈦和硼複合微合金化的錳黃銅的配比及製造方法，本領域的技術人員可以根據上述實施例，適當地調整各組份的配比並嚴格按上述步驟進行製造，即可獲得理想的鍶、鈦和硼複合微合金化的錳黃銅。·本發明未涉及部分均與現有技術相同或可採用現有技術加以實現。
權利要求
1.一種鍶、鈦和硼複合微合金化的錳黃銅，其特徵是它包括 鍶(Sr)，質量百分比為O. ΟΓΟ. 03% ； 鈦(Ti)，質量百分比為O. OI O. 05% ； 硼(B)，質量百分比為O. 002 O. 008% ； 猛黃銅，餘量； 各組份的質量百分比之和為100%。
2.—種權利要求I所述的鍶、鈦和硼複合微合金化的錳黃銅的製備方法，其特徵在於 首先，將錳黃銅熔化後，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後再加入後一種中間合金； 其次，待全部熔化後，倒入澆包，靜置後除渣並澆鑄成錠；即可獲得鍶、鈦和硼複合微合金化的的猛黃銅。
3.根據權利要求2所述的製備方法，其特徵是所述的Al-Sr中間合金中鍶(Sr)質量百分比為8. 901% 10. 879%,AlTiB中間合金中鈦(Ti)的質量百分比為4. 509% 5. 511%、硼(B)的質量百分比為O. 882% I. 078 %。
4.根據權利要求3所述的製備方法，其特徵是所述的Al-Sr中間合金中Sr的最佳質量百分比為9. 89%，AlTiB中間合金中鈦(Ti)的最佳質量百分比為5. 01%、硼(B)的最佳質量百分比為O. 98 %。
全文摘要
一種鍶、鈦和硼複合微合金化的錳黃銅，它主要由鍶(Sr)(質量百分比為0.01~0.03%)，鈦(Ti)(質量百分比為0.01~0.05%)，硼(B)(質量百分比為0.002~0.008%)和餘量的錳黃銅組成，各組份的質量百分比之和為100%。該合金的製備工藝流程為將錳黃銅熔化後，依次加入Al-Sr中間合金和Al-Ti-B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後再加入後一種中間合金；其次，待全部熔化後，倒入澆包，靜置後除渣並澆鑄成錠；即可獲得鍶、鈦和硼複合微合金化的錳黃銅。與常規錳黃銅相比，本發明鍶、鈦和硼複合微合金化的錳黃銅組織細小，其硬度提高21.6％，在3.5%NaCl溶液中的均勻腐蝕速率降低9.9％，並且摩擦係數大幅下降。
文檔編號C22C9/04GK102912183SQ201210418158
公開日2013年2月6日 申請日期2012年10月26日 優先權日2012年10月26日
發明者何峰林, 何峰明, 丁志紅, 王宏宇, 許曉靜, 潘勵, 楚滿軍, 陳樹東 申請人:鎮江金葉螺旋槳有限公司