拉深模具銅合金的製作方法

2023-04-23 16:30:36 2

專利名稱：拉深模具銅合金的製作方法
技術領域：
本發明涉及合金技術領域，具體地講是一種用於製造不鏽鋼筒形拉深模具的青銅
I=I 巫 O
背景技術：
傳統的拉深模具材料一般採用Crl2MoV，T10, 35CrMo等合金鋼，這些材料作為不鏽鋼拉深模具時的致命缺點是容易形成粘結瘤，粘結瘤的成因為微觀上板料與模具表面都是凹凸不平的粗鍵面，由於拉深過程中壓邊力較大，載荷由局部凸起部位承受單位壓力很大；又因板料與模具間產生相對運動以及板料的塑性變形產生熱能，使得潤滑膜粘度下降， 強度降低；板料上凸起部位在高壓、瞬時高溫、受運動剪切作用下，潤滑膜破裂，板料與模具直接接觸，板料凸起部位被模具凸起部位刮下成為碎片推入模具凸起部位前方，如溫度足夠高，使得碎片軟化、熔化、枯焊在模具上，形成粘結瘤。粘結瘤一且形成就很難脫落，且越粘越大，從而導致不鏽鋼板料拉深產品表面留下嚴重劃痕。不鏽鋼薄板拉深成形過程中出現粘結瘤的問題一直困擾著生產現場，給生產者帶來很大的麻煩。如何避免拉深模粘結瘤的形成，提高拉深件的表面質量是不鏽鋼薄板拉深中的技術難題所在。針對粘結瘤問題，選擇模具材料應根據不鏽鋼板料與模具材料的親合關係注意兩點選擇一是抗粘合性強， 二是耐磨減摩的模具材料。一般來講，金屬晶格類型、晶格間距、電子密度、電化學性能相通的金屬，其相互吸引、溶解能力強，易粘附在一起，結果摩擦係數變大。Cr、Ni與狗的互溶性大，因此用鋼模拉深時，更易發生粘結瘤現象。實踐中採用碳化鎢鋼結硬質合金製造凹模，比用Crl2Mov軟氮化製造凹模壽命有所提高，且不粘模；採用30M合金鑄鐵，在模具表面進行火焰淬火，模具表面粘結瘤減少。另外在模具易損部位可採用硬質合金鑲塊。但是以上材料都不能根本上解決問題。

發明內容
本發明的目的是克服上述已有的不足，而提供一種一種摩擦係數低，導熱性好，不需要熱處理，拉伸時不產生粘結瘤，不需要拋光，使用周期長的銅合金。為了達到上述的目的，本發明是這樣實現的拉深模具銅合金，其特徵在於它含有如下重量百分數的化學成分A1 :11 15%，Fe 4 6%，Mn :1 5%，Co 2 5%，餘量為銅及不可避免的微量雜質。實現本發明的一種較好的方案，拉深模具銅合金，其特徵在於它含有如下重量百分比的化學成分A1 13 15%，Fe :4. 5 5. 5%, Mn :2. 5 4%，Co :2. 5 3. 5%，餘量為銅及不可避免的微量雜質。實現本發明的一種最佳方案，拉深模具銅合金，其特徵在於它含有如下重量百分比的化學成分:A1 :13. 8%，Fe :4. 8%，Mn :3. 6%，Co :2. 8%，餘量為銅及不可避免的微量雜質。所述的拉深模具銅合金，其生產工藝如下中頻爐加入電解銅，待銅料熔化後加入鐵片、電解錳和電解鈷，升溫至1350 1400°C，攪拌撈渣，然後降溫至1100 1150°C，加入
3鋁並快速攪拌，升溫至1150 120(TC，進行澆鑄。拉深模具銅合金硬度為HRC30 48，抗拉強度為1100 1600MPa，屈服強度為 620 800MPa，熱導率為31 42W/m. K。在50N載荷，轉速800r/min，68#液壓油潤滑，摩擦副為GCrl5軸承鋼的條件下，磨損值為420 360，摩擦係數為0. 07 0. 1，拉伸5萬模次，不產生粘結瘤，且不用修模，而傳統Crl2合金摩擦係數為0. 15，在使用5千模次後，產生大量粘結瘤，對產品表面造成明顯劃痕，必須停工進行修模。本發明的拉深模具銅合金的有效化學成分設計依據及含量範圍的限定理由如下
狗可固溶於Cu-Al合金的α固溶體中。鐵可使鋁青銅中的原子擴散速度減慢，增加β相穩定性，因而能抑制引起合金變脆的「自退火」現象，使合金脆性大大下降。適量鐵能細化鋁青銅的鑄造與再結晶晶粒，提高力學性能，加0. 5% l%Fe就有明顯的細化晶粒效果.若增加狗的添加量，會形成 ^Α13，硬度非常高，但是過多的FeA13會急劇增大脆性，.因此，合金中的含狗量不應超過6%。Mn在Cu-Al合金α固溶體中有較大的溶解度，卻又降低鋁在α中的固溶度。錳對P相分解起穩定作用，降低相變開始溫度，推遲共析轉變。鋁青銅中含錳量不超過最大溶解度極限，對合金的力學性能與抗蝕性是有益的，它們具有良好的加工成形性能。含Al量小於7. 4%的所有銅合金在固態下均為單相a固溶體組織，塑性高，易成形加工。含有7. 4% 9. 4%A1的合金在1036 565°C為α + β組織，不過在生產條件下， β-α轉變不完全，總會或多或少保留一部分β相，隨後發生β — α + Υ2共析分解.γ 2 相是一種既硬又脆的相，它的存在使合金的硬度、強度升高，塑性下降含有9. 4% 15. 6%Α1 的合金緩慢冷卻到565°C，發生β -a+ γ 2共析轉變，呈片狀組織。含10% 11. 8%A1的亞共析鋁青銅在生產的快速冷卻過程，β相發生無擴散相變，形成針狀β'相和類馬氏體組織。鋁含量大於11. 8%青銅最初由β'固溶體過渡到有序固溶體β 1，然後隨合金中鋁含量的增加再轉變成針狀β 『類馬氏體，β 『 +Y 『混合物或針狀Y 『類馬氏體。因此，它們在淬火後都為β馬氏體組織。在合金中增加Co元素的含量可以在一定程度對合金起到強化作用，但是Co元素含量過高，就會生成粗大的梅花狀組織不利於合金的耐磨損性能，其在高鋁青銅中的最佳含量為2. 8%ο本發明所述的拉深模具銅合金與已有的技術相比具有如下積極效果銅基合金與不鏽鋼的相容性差異性大，選用鋁青銅合金防粘效果好，不會形成粘結瘤，拉深產品無劃痕，減少修模時間，銅基合金摩擦係數小，摩損率低，大大延長了使用周期；因其硬度為 HRC30 48，不用拋光也不用熱處理，機械加工容易，減少工序節省時間，提高效益。
具體實施例方式為了更好地理解與實施，下面結合實例詳細說明本發明拉深模具銅合金。實施例1
按本發明的化學組成稱重，將電解銅815Kg於中頻爐中熔化，熔化後加入鐵片40kg、電解錳15kg和電解鈷20kg，升溫至1350 1400°C，攪拌撈渣，然後降溫至1100 1150°C， 加入電解鋁IlOkg並快速攪拌，升溫至1150 1200°C，進行澆鑄，即得本發明的拉深模具銅口巫ο取樣進行化學分析，其化學成分的重量百分數為Al 11%, Fe :1%，Mn :1. 5%，Co 2%，經測試其硬度為HRC30。，抗拉強度為llOOMPa，屈服強度620MPa，熱導率為42W/m. K。 在50N載荷，轉速800r/min，68#液壓油潤滑，摩擦副為GCrl5軸承鋼的條件下，磨損值為 360，摩擦係數為0. 07。實施例2
按本發明的化學組成稱重，將電解銅787Kg於中頻爐中熔化，熔化後加入鐵片4^g、 電解錳25kg和電解鈷23kg，升溫至1350 1400°C，攪拌撈渣，然後降溫至1100 1150°C， 加入電解鋁1201Λ並快速攪拌，升溫至1150 1200°C，進行澆鑄，即得本發明的拉深模具銅
I=I 巫 O取樣進行化學分析，其化學成分的重量百分數為Al 12%, Fe :4. 5%，Mn :2. 5%，Co 2. 3%，經測試其硬度為HRC34，抗拉強度為1190MPa，屈服強度680MPa，熱導率為37W/m. K。 在50N載荷，轉速800r/min，68#液壓油潤滑，摩擦副為GCrl5軸承鋼的條件下，磨損值為 392，摩擦係數為0. 087。實施例3
按本發明的化學組成稱重，將電解銅750Kg於中頻爐中熔化，熔化後加入鐵片4^g、 電解錳36kg和電解鈷28kg，升溫至1350 1400°C，攪拌撈渣，然後降溫至1100 1150°C， 加入電解鋁138kg並快速攪拌，升溫至1150 1200°C，進行澆鑄，即得本發明的拉深模具銅
I=I 巫 O取樣進行化學分析，其化學成分的重量百分數為Al 13. 8%，Fe :4. 8%，Mn :3. 6%， Co2. 8%，經測試其硬度為HRC40，抗拉強度為1340MPa，屈服強度710MPa，熱導率為36W/m. K。 在50N載荷，轉速800r/min，68#液壓油潤滑，摩擦副為GCrl5軸承鋼的條件下，磨損值為 406，摩擦係數為0. 089。實施例4
按本發明的化學組成稱重，將電解銅718Kg於中頻爐中熔化，熔化後加入鐵片5^g、電解錳42kg和電解鈷40kg，升溫至1350 1400°C，攪拌撈渣，然後降溫至1100 1150°C，加入電解鋁115kg並快速攪拌，升溫至1150 1200°C，進行澆鑄，即得本發明的拉深模具銅合
^^ ο取樣進行化學分析，其化學成分的重量百分數為Al 14. 5%，Fe :5. 5%，Mn :4. 2%， Co4%，經測試其硬度為HRC46，抗拉強度為1550MPa，屈服強度780MPa，熱導率為33W/m. K。 在50N載荷，轉速800r/min，68#液壓油潤滑，摩擦副為GCrl5軸承鋼的條件下，磨損值為 410，摩擦係數為0. 096。實施例5
按本發明的化學組成稱重，將電解銅690Kg於中頻爐中熔化，熔化後加入鐵片60kg、電解錳50kg和電解鈷50kg，升溫至1350 1400°C，攪拌撈渣，然後降溫至1100 1150°C，加入電解鋁150kg並快速攪拌，升溫至1150 1200°C，進行澆鑄，即得本發明的拉深模具銅合
^^ ο取樣進行化學分析，其化學成分的重量百分數為Al 15%，Fe :6%，Mn :5%，Co5%,經測試其硬度為HRC48，抗拉強度為1600MPa，屈服強度800MPa，熱導率為31W/m. K。 在50N
5載荷，轉速800r/min，68#液壓油潤滑，摩擦副為GCrl5軸承鋼的條件下，磨損值為360，摩擦係數為0.1。
權利要求
1.拉深模具銅合金，其特徵在於含有如下重量百分數的化學成分A1:11 15%，Fe 4 6%，Mn :1 5%，Co 2 5%，餘量為銅及不可避免的微量雜質。
2.根據權利要求1所述的拉深模具銅合金，其特徵在於含有如下重量百分比的化學成分:A1 13 15%, Fe :4. 5 5. 5%, Mn :2. 5 4%, Co :2. 5 3. 5%，餘量為銅及不可避免的微量雜質。
3.根據權利要求1所述拉深模具銅合金，其特徵在於含有如下重量百分比的化學成分=Al :13. 8%，Fe :4. 8%，Mn :3. 6%，Co :2. 8%，餘量為銅及不可避免的微量雜質。
4.根據權利要求1所述拉深模具銅合金，其特徵在於其硬度為HRC30 48，抗拉強度為1100 1600MPa，屈服強度620 M800Pa，熱導率為31 42ff/m. K。
5.根據權利要求1所述拉深模具銅合金，其特徵是在50N載荷，轉速800r/min，68#液壓油潤滑，摩擦副為GCrl5軸承鋼的條件下，磨損值為420 360，摩擦係數為0. 07 0. 1。
6.根據權利要求1所述拉深模具銅合金的生產方法，其特徵包括以下步驟中頻爐加入電解銅，待銅料熔化後加入鐵片、電解錳和電解鈷，升溫至1350 1400°C，攪拌撈渣，然後降溫至1100 1150°C，加入電解鋁並快速攪拌，升溫至1150 1200°C，進行澆鑄。
全文摘要
本發明公開了一種不鏽鋼拉深模具銅合金，它含有如下的重量百分數的化學成分Al11～15%，Fe4～6%，Mn1～5%，Co2～5%，餘量為銅及不可避免的微量雜質，其硬度為HRC30～48，抗拉強度為1100～1600Mpa，屈服強度為620～800Mpa，熱導率為31～42W/m.K。是一種摩擦係數低，導熱性好，不需要熱處理的銅合金，且由於銅和鋼鐵之間結構差異較大，避免了用鋼鐵模具拉伸時產生粘結瘤的現象，因此不需要拋光，使用周期長，主要用於製造不鏽鋼筒形件等的拉深模具。
文檔編號C22C9/01GK102242291SQ20111019786
公開日2011年11月16日 申請日期2011年7月15日 優先權日2011年7月15日
發明者戴姣燕, 李紅衛, 洪燮平, 王永如 申請人:寧波金田銅業(集團)股份有限公司