阅读说明：本技术 一种铸态高强度锰铝青铜合金及其制备方法 (As-cast high-strength manganese-aluminum bronze alloy and preparation method thereof ) 是由 王鹏华 李海兰 崔卫东 齐笑冰 于 2020-05-26 设计创作，主要内容包括：本发明涉及一种铸态高强度锰铝青铜合金及其制备方法,属于铜合金技术领域。本发明的铸态高强度锰铝青铜合金,由以下质量百分含量的组分组成：12.5％～13.5％Mn,7.8％～8.3％Al,1.9％～2.2％Ni,3.1％～3.3％Fe,0.1％～0.15％Be,≤0.01％Zn,≤0.01％C,Al与Mn的质量比为1：1.5～1.65,余量为Cu。本发明的高强度锰铝青铜合金,严格控制Mn、Al、Ni、Fe、Be各元素的含量,且控制Al与Mn的质量比为1：1.5～1.65,使得本发明的高强度锰铝青铜合金铸态具有高的综合力学性能,抗拉强度≥800MPa、屈服强度≥430MPa,延伸率≥18％,室温硬度在230HBW以上。(The invention relates to an as-cast high-strength manganese-aluminum bronze alloy and a preparation method thereof, belonging to the technical field of copper alloys. The cast high-strength manganese-aluminum bronze alloy comprises the following components in percentage by mass: 12.5 to 13.5 percent of Mn, 7.8 to 8.3 percent of Al,1.9 to 2.2 percent of Ni, 3.1 to 3.3 percent of Fe, 0.1 to 0.15 percent of Be, less than or equal to 0.01 percent of Zn, less than or equal to 0.01 percent of C, and the mass ratio of Al to Mn is 1: 1.5 to 1.65, and the balance being Cu. The high-strength manganese-aluminum bronze alloy strictly controls the content of each element of Mn, Al, Ni, Fe and Be, and controls the mass ratio of Al to Mn to Be 1: 1.5-1.65, so that the high-strength manganese-aluminum bronze alloy has high comprehensive mechanical properties in an as-cast state, the tensile strength is more than or equal to 800MPa, the yield strength is more than or equal to 430MPa, the elongation is more than or equal to 18%, and the room-temperature hardness is more than 230 HBW.)

一种铸态高强度锰铝青铜合金及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种铸态高强度锰铝青铜合金及其制备方法，属于铜合金铸造技术领域。

背景技术

随着舰船技术的发展，对舰船配件的要求也逐渐提高。舰船对阀体铸件的材料提出：抗拉强度≥800MPa，屈服强度≥430MPa，同时保证合金的延伸率≥18％，硬度≥230HBW。然而，该技术指标远超国标的技术要求，现在的铸造高锰铝青铜达不到这一要求，迫切需要一种新的高强度锰铝镍青铜材料。

本专利涉及的高锰铝镍青铜综合性能可以满足上述技术要求，主要用于舰船的螺旋桨、阀体、泵体等。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明的目的是提供一种铸态高强度锰铝青铜合金及其制备方法，该合金具有高强度，并且综合力学性能优异。对材料保证延伸率不变的前提下大幅度提升材料的抗拉强度、屈服强度和硬度。

为实现上述目的，本发明提供了一种铸态高强度锰铝青铜合金：

一种铸态高强度锰铝青铜合金，由以下质量百分含量的组分组成:12.5％～13.5％Mn，7.8％～8.3％Al,1.9％～2.2％Ni，3.0％～3.3％Fe，0.1％～0.15％Be，≤0.01％Zn，≤0.01％C，Al与Mn的质量比为1：1.55～1.65，余量为Cu。

优选的，铸态高强度锰铝青铜合金，由以下质量百分含量的组分组成：12.55％Mn，8.1％Al,1.93％Ni，3.1％Fe，0.12％Be，≤0.01％Zn，≤0.01％C，Al与Mn的质量比为1：1.55，余量为Cu。

本发明提供了—种铸态高强度锰铝青铜合金的制备方法，包括以下步骤：1)在覆盖剂保护下将原料进行熔化；2)使用含稀土脱氧剂对合金液进行脱氧；3)使用精炼剂对合金液进行精炼；4)在标准金属型模具中浇铸即得。

所述步骤1)中的熔化为将原料配比，首先加入铜块在坩埚底部铺底，然后加入电解锰、金属镍块、普通碳钢、金属铝和QBe2.0的铍青铜，然后坩埚装满电解铜，在1300～1350℃原材料完全熔化后，加入剩余的电解铜。

所述步骤2)中，用压勺将用铝箔包装好的脱氧剂压入金属液底部进行脱氧，脱氧处理温度1200±10℃，处理时间3～5min，所述脱氧剂的质量分数为0.1％。

所述步骤3)中的精炼处理是用压勺将用铝箔包好的精炼剂压入铜液底部，并沿坩埚底部同向搅拌，处理温度1230±10℃，处理时间3～5min。

所述步骤4)中浇注温度为1120～1150℃。

本发明提供的铸态高强度锰铝青铜合金的制备方法，具体如下：

(1)熔炼炉选用静态加热的燃油炉、燃气炉或者焦炭炉，坩埚选用碳化硅石墨复合坩埚；

(2)原材料选用电解铜、电解锰、金属镍、碳钢、金属铝、QBe2.0铍青铜棒；

(3)辅料脱氧剂选用佛山市南海金伊达冶金材料有限公司生产的1#脱氧管，精炼剂选用宁波鼎创新材料有限公司生产的市售铝青铜精炼剂，覆盖剂选用脱水木炭颗粒或者石墨片；

(4)熔炼前将石墨坩埚清理干净，防止其他残余元素进入合金液中；

(5)首先在坩埚底部放入50％的覆盖剂和50％的精炼剂；

(6)在坩埚底部加入电解铜块，厚度不小于200mm，防止后续加入的电解锰堆积在坩埚底部不易熔化；

(7)在铺好的电解铜上放入全部金属镍块，然后放入碳钢、QBe2.0铍青铜棒；

(8)紧靠坩埚内壁放入电解铜板1～2层，然后在中间位置加入电解锰，最后加入金属铝；

(9)封闭熔炼炉开始加热，待到熔炼炉温度升高到200℃时，打开炉盖，加入剩余覆盖剂；

(10)快速加热升温至1300～1350℃，等到电解锰、碳钢完全熔化，逐步加入剩余烘干的电解铜板；

(11)将炉温调节到1200±10℃，保温10分钟；

(12)将包装好的脱氧管用压勺将其压入合金液底部，压勺绕坩埚内壁旋转，脱氧时间3～5分钟；

(13)脱氧完成后将金属液温度升高到1250±10℃，保温10分钟后开始精炼，将剩余的50％精炼剂压入合金液底部，压勺绕坩埚内壁旋转，精炼时间5分钟；(14)精炼后将金属液温度提高到1200±10℃，保温10分钟后出炉浇铸，浇铸温度1120～1150℃，浇铸试样用金属型模具，本项目选用的模具材质为HT250，模具温度30～50℃。

相对于现有技术而言，本发明具有如下优点：

本方法生产的液力耦合器铸件，各项力学性能均达到性能指标，成功实现了产品的国产化。

本方法生产的耐高压阀体铸件，所交付铸件的最高耐水压60MPa，耐气压40Mpa，已装机使用，取得良好的效果。

具体实施方式

：

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。

实施例1

(1)清理石墨坩埚，在坩埚底部放入0.5Kg脱水木炭颗粒和0.5Kg的精炼剂；原材料按照质量百分比组分13.2％Mn、8.2％Al、3.2％Fe、2.0％Ni、QBe2.0铍青铜5.8％，其余为Cu，配料500Kg；

(2)辅助材料按照质量准备100g脱氧管、1Kg精炼剂和1Kg脱水木炭颗粒；

(3)在坩埚底部铺200㎜左右的一层电解铜，然后依次加入Ni、Fe、QBe2.0、Mn、Al和部分铜；

(4)封闭炉盖，加热至200℃，加入剩余覆盖剂；

(5)快速升温至1300～1350℃，保温15分钟；

(6)用石墨棒搅拌金属液，判断碳钢和电解锰是否完全熔化；

(7)坩埚内金属液熔清后，加入剩余电解铜降温；

(8)1200±10℃保温10分钟，进行脱氧处理，脱氧时间3～5分钟，至金属液面不再翻滚；

(9)将炉温提高到1250±10℃，保温10分钟，进行精炼处理，处理时间3～5分钟，至金属液面不再翻滚；

(10)将炉温提高到1200±10℃，保温10分钟，出炉浇铸，随炉浇铸金属型力学试样5根。

本实施例的化学成分和力学性能如表1所示。

表1实施例1理化检验结果

实施例2

(1)清理石墨坩埚，在坩埚底部放入0.5Kg脱水木炭颗粒和0.5Kg的精炼剂；

(2)原材料按照质量百分比组分13.5％Mn、8.0％Al、3.3％Fe、2.0％Ni、QBe2.0铍青铜5.8％，其余为Cu，配料500Kg；

(3)辅助材料按照质量准备100g脱氧管、1Kg精炼剂和1Kg脱水木炭颗粒；

(4)在坩埚底部铺200㎜左右的一层电解铜，然后依次加入Ni、Fe、QBe2.0、Mn、Al和部分铜；

(5)封闭炉盖，加热至200℃，加入剩余覆盖剂；

(6)快速升温至1300～1350℃，保温15分钟；

(7)用石墨棒搅拌金属液，判断碳钢和电解锰是否完全熔化；

(8)坩埚内金属液熔清后，加入剩余电解铜降温；

(9)1200±10℃保温10分钟，进行脱氧处理，脱氧时间3～5分钟，至金属液面不再翻滚；

(10)将炉温提高到1250±10℃，保温10分钟，进行精炼处理，处理时间3～5分钟，至金属液面不再翻滚；

(11)将炉温提高到1200±10℃，保温10分钟，出炉浇铸外径290mm、内径170mm、高度170mm圆环离心铸件4件，随炉浇铸金属型力学试样5根；

(12)对其中一个圆环铸件进行本体性能检验。

本实施例的化学成分和力学性能如表2所示。

表2实施例2理化检验结果

实施例3

(1)清理石墨坩埚，在坩埚底部放入0.5Kg脱水木炭颗粒和0.5Kg的精炼剂；

(2)原材料按照质量百分比组分14.0％Mn、8.0％Al、3.3％Fe、2.1％Ni、QBe2.0铍青铜5.8％，其余为Cu，配料500Kg；

(3)辅助材料按照质量准备100g脱氧管、1Kg精炼剂和1Kg脱水木炭颗粒；

(4)在坩埚底部铺200㎜左右的一层电解铜，然后依次加入Ni、Fe、QBe2.0、Mn、Al和部分铜；

(5)封闭炉盖，加热至200℃，加入剩余覆盖剂；

(6)快速升温至1300～1350℃，保温15分钟；

(7)用石磨棒搅拌金属液，判断碳钢和电解锰是否完全熔化；

(8)坩埚内金属液熔清后，加入剩余电解铜降温；

(9)1200±10℃保温10分钟，进行脱氧处理，脱氧时间3～5分钟，至金属液面不再翻滚；

(10)将炉温提高到1250±10℃，保温10分钟，进行精炼处理，处理时间3～5分钟，至金属液面不再翻滚；

(11)将炉温提高到1200±10℃，保温10分钟，出炉浇铸耐高压阀体铸件8件，随炉浇注金属型力学试样5根。本实施例的化学成分和力学性能如表3所示。

表3实施例3理化检验结果