阅读说明：本技术 一种锆微合金化的多元复杂铸造铝青铜合金 (Zirconium microalloyed multi-element complex cast aluminum bronze alloy ) 是由 孔见 孙业成 于 2018-06-25 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种锆微合金化的多元复杂铸造铝青铜合金,其质量百分比为：Al：7.5～8.5％,Fe：3.0～4.0％,Ni：2.0～2.5％,Mn：11.0～13.0％,Zr：0.05～0.5％,余量为Cu。本发明的锆微合金化的多元复杂铸造铝青铜合金以铝青铜合金体系作为基体,通过锆微合金化极大细化晶粒得到一种高性能的锆微合金化铝青铜合金,可以显著提高合金的强度和硬度。(The invention discloses a zirconium microalloyed multi-element complex cast aluminum bronze alloy, which comprises the following components in percentage by mass: al: 7.5-8.5%, Fe: 3.0-4.0%, Ni: 2.0-2.5%, Mn: 11.0-13.0%, Zr: 0.05-0.5% and the balance of Cu. The zirconium microalloyed complex casting aluminum bronze alloy of the invention takes an aluminum bronze alloy system as a matrix, and the zirconium microalloyed aluminum bronze alloy with high performance is obtained by greatly refining grains through zirconium microalloying, so that the strength and hardness of the alloy can be obviously improved.)

一种锆微合金化的多元复杂铸造铝青铜合金

技术领域

本发明公开了一种锆微合金化的多元复杂铸造铝青铜合金，属于有色金属制备技术领域。

背景技术

铜合金材料由于导电性能、导热性能以及耐腐蚀性能优良、良好的加工成形性能等，从而逐渐成为各行各业广泛使用的材料，但是在众多金属材料中，铜合金仍属于强度低，硬度低的材料。

在铜合金各种系列中，铝青铜合金保持了优良的导电导热性能以及优良的塑性，并且拥有较高的强度，耐磨性和耐腐蚀性优良。目前铝青铜合金ZCuAl8Mn13Fe3Ni2室温抗拉强度σ_b为670MPa，室温屈服强度σ_s为310MPa，伸长率δ5(％)≥18，硬度为167HB。

铝青铜合金已经在许多领域中得到了应用，例如铝青铜合金被用于制作汽车同步器齿环，全世界每年的生产量达6000吨以上，全世界每年同步器齿环市场总需求量在10000吨以上，但是目前我国生产的同步器齿环多以复杂黄铜合金制作而成，而复杂黄铜合金在强度硬度方面虽可以与铝青铜合金媲美，但是容易产生热裂偏析等等。铝青铜合金还常用于制作轧机用的丝母，而丝母在使用过程中由于力学性能差而带来的损耗非常大，我国许多钢铁公司因为丝母强度低，硬度低而带来的损失每年超过千万元。

因此，目前铝青铜合金存在的问题是如何进一步提高强度，硬度等力学性能。而提高合金强度硬度的方法主要有应变强化，固溶强化，弥散强化等方法，目前生产中常用的方法是应变强化，但是应变强化限制了铝青铜合金在某些领域上的应用。

发明内容

为了解决铝青铜强度低和硬度低的问题，本发明目的在于提供锆微合金化的多元复杂铸造铝青铜合金。

本发明所采取的技术方案是：

一种锆微合金化的多元复杂铸造铝青铜合金，该合金按质量百分比为：Al:7.5～8.5％，Fe:3.0～4.0％，Ni:2.0～2.5％，Mn:11.0～13.0％，Zr:0.05～0.5％，余量为Cu。

本发明提供一种锆微合金化的多元复杂铸造铝青铜合金铜棒的制备方法，步骤如下：

(1)首先对感应熔炼炉的炉体进行清洁处理，防止杂质污染试样；

(2)按照上述成分准确称量各个金属单质并混合均匀后放入坩埚中，将坩埚置于感应熔炼炉中，启动感应熔炼电源对合金进行加热，达到熔点以上200K后保温10min，熔融均匀之后浇入内径为φ20mm的低碳钢棒材模具中得到直径为φ20mm的合金棒材。

本发明相对于现有技术来说具有显著的优点，如下：1、本发明的微合金化之后合金的强度和硬度得到大幅度提高。ZCuAl8Mn13Fe3Ni2室温抗拉强度σ_b为670MPa，室温屈服强度σ_s为310MPa，伸长率δ5(％)≥18，硬度为167HB。2、本发明通过加入Zr微合金化之后合金的σ_b可以达到860MPa，相比于原体系提高了190MPa；σ_s可以达到380MPa，相比于原体系提高了70MPa；伸长率δ5(％)＝15；微合金化之后合金的硬度可以达到250HB，相比于原体系提高了73HB。

附图说明

图1为对比例的合金铸锭显微组织图。

图2为实施例1的合金铸锭显微组织图。

图3为实施例5的合金铸锭显微组织图。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本发明做进一步说明

实施例1

一种微合金化铜合金，其化学成份及质量百分比为：Al:8.0％，Fe:3.5％，Ni:2.3％，Mn:12.0％，Zr:0.5％，余量为Cu。

首先对熔炼炉体进行清洁，按照目标成分合金称量各金属单质，混合均匀后放入坩埚中，将坩埚置于感应熔炼炉中，启动感应熔炼电源对合金进行加热，达到熔点以上200K后保温10min，熔融均匀之后浇入内径为φ20mm的低碳钢棒材模具中得到直径为φ20mm的合金棒材。

如图2所示，观察合金铸锭显微组织，发现该配比下得到合金铸锭的晶粒大小为3.3μm，较之对比例合金的晶粒大小缩小了9.1μm。

随着Zr加入量的增加，晶粒细化越发明显，从板条状晶粒变成细长的针状晶粒，在晶界附近得到的晶粒最小。

按照国家标准对合金铸锭进行布氏硬度测试，得到布氏硬度大小为250HB。

按照拉伸实验国家标准，将合金铸锭制成符合国家标准的拉伸实验样品并进行拉伸性能实验，得到抗拉强度σ_b为860MPa，屈服强度σ_s为380MPa，伸长率δ5(％)＝15。

实施例2

一种微合金化铜合金，其化学成份及质量百分比为：Al:8.0％，Fe:3.5％，Ni:2.3％，Mn:12.0％，Zr:0.3％，余量为Cu。

首先对熔炼炉体进行清洁，按照目标成分合金称量各金属单质，混合均匀后放入坩埚中，将坩埚置于感应熔炼炉中，启动感应熔炼电源对合金进行加热，达到熔点以上200K后保温10min，熔融均匀之后浇入内径为φ20mm的低碳钢棒材模具中得到直径为φ20mm的合金棒材。

观察合金铸锭显微组织，发现该配比下得到合金铸锭的晶粒大小为3.5μm，较之对比例合金的晶粒大小缩小了8.9μm。

按照国家标准对合金铸锭进行布氏硬度测试，得到布氏硬度大小为239HB。

按照拉伸实验国家标准，将合金铸锭制成符合国家标准的拉伸实验样品并进行拉伸性能实验，得到抗拉强度σ_b为849MPa，屈服强度σ_s为371MPa，伸长率δ5(％)＝15。

实施例3

一种微合金化铜合金，其化学成份及质量百分比为：Al:8.0％，Fe:3.5％，Ni:2.3％，Mn:12.0％，Zr:0.2％，余量为Cu。

首先对熔炼炉体进行清洁，按照目标成分合金称量各金属单质，混合均匀后放入坩埚中，将坩埚置于感应熔炼炉中，启动感应熔炼电源对合金进行加热，达到熔点以上200K后保温10min，熔融均匀之后浇入内径为φ20mm的低碳钢棒材模具中得到直径为φ20mm的合金棒材。

观察合金铸锭显微组织，发现该配比下得到合金铸锭的晶粒大小为4.2μm，较之对比例合金的晶粒大小缩小了8.3μm。

按照国家标准对合金铸锭进行布氏硬度测试，得到布氏硬度大小为221HB。

按照拉伸实验国家标准，将合金铸锭制成符合国家标准的拉伸实验样品并进行拉伸性能实验，得到抗拉强度σ_b为818MPa，屈服强度σ为359MPa，伸长率δ5(％)＝16。

实施例4

一种微合金化铜合金，其化学成份及质量百分比为：Al:8.0％，Fe:3.5％，Ni:2.3％，Mn:12.0％，Zr:0.1％，余量为Cu。

首先对熔炼炉体进行清洁，按照目标成分合金称量各金属单质，混合均匀后放入坩埚中，将坩埚置于感应熔炼炉中，启动感应熔炼电源对合金进行加热，达到熔点以上200K后保温10min，熔融均匀之后浇入内径为φ20mm的低碳钢棒材模具中得到直径为φ20mm的合金棒材。

观察合金铸锭显微组织，发现该配比下得到合金铸锭的晶粒大小为6.2μm，较之对比例合金的晶粒大小缩小了6.2μm。

按照国家标准对合金铸锭进行布氏硬度测试，得到布氏硬度大小为196HB。

按照拉伸实验国家标准，将合金铸锭制成符合国家标准的拉伸实验样品并进行拉伸性能实验，得到抗拉强度σ_b为780MPa，屈服强度σ_s为346MPa，伸长率δ5(％)＝17。

实施例5

一种微合金化铜合金，其化学成份及质量百分比为：Al:8.0％，Fe:3.5％，Ni:2.3％，Mn:12.0％，Zr:0.05％，余量为Cu。

首先对熔炼炉体进行清洁，按照目标成分合金称量各金属单质，混合均匀后放入坩埚中，将坩埚置于感应熔炼炉中，启动感应熔炼电源对合金进行加热，达到熔点以上200K后保温10min，熔融均匀之后浇入内径为φ20mm的低碳钢棒材模具中得到直径为φ20mm的合金棒材。

如图3所示，观察合金铸锭显微组织，发现该配比下得到合金铸锭的晶粒大小为9.8μm，较之对比例合金的晶粒大小缩小了2.6μm。

Zr的加入使得板条状晶粒开始破碎为细长的小晶粒，在Zr富集的区域能明显看出晶粒已经非常细小，在部分区域可以观察到晶粒破碎至一半的晶粒。

按照国家标准对合金铸锭进行布氏硬度测试，得到布氏硬度大小为180HB。

按照拉伸实验国家标准，将合金铸锭制成符合国家标准的拉伸实验样品并进行拉伸性能实验，得到抗拉强度σ_b为730MPa，屈服强度σ_s为320MPa，伸长率δ5(％)＝17。

本发明的微合金化之后合金的强度和硬度得到大幅度提高。ZCuAl8Mn13Fe3Ni2室温抗拉强度σ_b为670MPa，室温屈服强度σ_s为310MPa，伸长率δ5(％)≥18，硬度为167HB。本发明通过加入Zr微合金化之后合金的σ_b可以达到860MPa，相比于原体系提高了190MPa；σ_s可以达到380MPa，相比于原体系提高了70MPa；伸长率δ5(％)＝15；微合金化之后合金的硬度可以达到250HB，相比于原体系提高了73HB。

对比例

一种铝青铜合金，其化学成份及质量百分比设置为：Al:8.0％，Fe:3.5％，Ni:2.3％，Mn:12.0％，Cu:74.2％。

首先对熔炼炉体进行清洁，按照目标成分合金称量各金属单质，混合均匀后放入坩埚中，将坩埚置于感应熔炼炉中，启动感应熔炼电源对合金进行加热，达到熔点以上200K后保温10min，熔融均匀之后浇入内径为φ20mm的低碳钢棒材模具中得到直径为φ20mm的合金棒材。

如图1所示，观察合金铸锭显微组织，该配比下合金铸锭的晶粒大小为12.4μm。

按照国家标准对合金铸锭进行布氏硬度测试，得到布氏硬度大小为168HB。

按照拉伸实验国家标准，将合金铸锭制成符合国家标准的拉伸实验样品并进行拉伸性能实验，得到抗拉强度σ_b为674MPa，屈服强度σ_s为313MPa，伸长率δ5(％)＝18。