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CN111020281B - 一种用于机车部件连铸连轧的环保无铅合金材料合金棒材 - Google Patents

一种用于机车部件连铸连轧的环保无铅合金材料合金棒材 Download PDF

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CN111020281B CN201911248471.3A CN201911248471A CN111020281B CN 111020281 B CN111020281 B CN 111020281B CN 201911248471 A CN201911248471 A CN 201911248471A CN 111020281 B CN111020281 B CN 111020281B
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Abstract

一种用于机车部件连铸连轧的环保无铅合金材料合金棒材，环保无铅合金材料合金棒材的成分包含锌、锡、磷、锰、镍、硅和铜，其中，环保无铅合金材料合金棒材的各成分组成按重量百分比分别为：锌：4‑8.5％，锡：5‑9％，磷：0.5‑1％，锰：0.1‑1％，镍：1‑5％，硅：2‑7％，余量为铜。本发明的用于机车部件连铸连轧的环保无铅合金材料合金棒材，将传统铅元素替换为硅元素、磷元素，按照硅、锡、锌、磷、锰、镍、铜一定的成分配比，在适当的温度下，通过连铸连轧的生产工艺完成合金棒材的生产，省去了坯锭处理和退火挤压的生产步骤，不仅缩短了生产周期，提高了生产效率，而且在大大降低生产成本的同时实现了可替代现有含铅锡青铜的无铅环保合金材料。

Description

一种用于机车部件连铸连轧的环保无铅合金材料合金棒材
技术领域
本发明涉及合金材料，特别是涉及一种用于机车部件连铸连轧的环保无铅合金材料合金棒材。
背景技术
以锡为主要合金元素的锡青铜，为改善其铸造、力学和耐磨性能以及节约锡，添加磷、铅、锌等元素，这种合金具有较高的力学性能、减磨性能和耐蚀性，易切削加工，钎焊和焊接性能好，收缩系数小，无磁性。
现有的锡青铜材料为了实现其易切屑性能往往会添加铅元素，随着环保意识的明显提高，含铅元素的青铜合金已经不能满足国内外高端市场的要求。
发明内容
针对上述现有技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种用于机车部件连铸连轧的环保无铅合金材料合金棒材，保留现有锡青铜的切屑等机械性能并缩短生产周期、降低生产成本。
为了实现上述发明目的，本发明采用的技术方案如下：
一种用于机车部件连铸连轧的环保无铅合金材料合金棒材，环保无铅合金材料合金棒材的成分包含锌、锡、磷、锰、镍、硅和铜，其中，环保无铅合金材料合金棒材的各成分组成按重量百分比分别为：锌：4-8.5％，锡：5-9％，磷：0.5-1％，锰：0.1-1％，镍：1-5％，硅：2-7％，余量为铜。
优选地，环保无铅合金材料合金棒材的各成分组成按重量百分比分别为：锌：4.2-8.3％，锡：5.2-8.8％，磷：0.55-0.95％，锰：0.15-0.95％，镍：1.2-4.8％，硅：2.3-6.7％，余量为铜。
优选地，环保无铅合金材料合金棒材的各成分组成按重量百分比分别为：锌：5.5-7.1％，锡：6.3-7.6％，磷：0.66-0.83％，锰：0.46-0.75％，镍：2.6-4.1％，硅：3.6-5.7％，余量为铜。
优选地，环保无铅合金材料合金棒材的各成分组成按重量百分比分别为：锌：6.3％，锡：6.9％，磷：0.72％，锰：0.59％，镍：3.3％，硅：4.7％，余量为铜。
优选地，环保无铅合金材料合金棒材是通过连铸连轧的方法生产的。
一种用于机车部件连铸连轧的环保无铅合金材料合金棒材的制备方法，包含以下步骤：
步骤一：按照配比将磷铜合金、锌、锡、锰、镍、硅置于工频电炉内，加热完全熔化后保温至1200℃；
步骤二：用石墨棒将完全熔化的合金液体充分搅拌后，在合金液体上面覆盖高纯度鳞片状石墨粉，并保温；
步骤三：用德国进口斯派克直读光谱仪对从工频电炉内取出的样品进行成分检验；
步骤四：进一步保温后，重新升温至1300℃，并开启工频电炉的振动装置；
步骤五：采用连铸连轧的方法生产实心合金棒材；
步骤六：用箱式退火炉对合金棒材进行退火处理；
步骤七：用超声波探伤仪对退火完成后的合金棒材进行裂痕及气孔探伤。
优选地，步骤一中的加热温度为1250℃-1300℃。
优选地，步骤二中的石墨粉的厚度为11-13cm，保温时间为1.2-1.5小时。
优选地，步骤四中的进一步保温的时间为40-60分钟，振动装置的振动频率为1次/秒。
优选地，步骤六中的退火温度为200℃-300℃，退火时间为20-30分钟。
采用上述技术方案，本发明的有益效果有：
1、将传统铅元素替换为硅元素、磷元素，按照硅、锡、锌、磷、锰、镍、铜一定的成分配比，在适当的温度下，通过连铸连轧的生产工艺完成用于机车部件的环保无铅合金材料合金棒材的生产，生产的合金棒材的切削机械性能与用硅元素和磷元素所取代了铅元素的含铅元素的锡青铜棒材的切削机械性能接近，从而完全能够取代含有铅元素的锡青铜棒材。
2、采用连铸连轧的生产工艺避免了采用连续铸造-坯锭处理-退火挤压-后续探伤的工艺进行生产，从而省去了坯锭处理和退火挤压的生产步骤，不仅缩短了生产周期，提高了生产效率，而且在大大降低生产成本的同时实现了可替代现有含铅锡青铜的无铅环保合金材料。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，下面接合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用于解释本发明，并不用于限定本发明。
本发明提供的用于机车部件连铸连轧的环保无铅合金材料合金棒材，环保无铅合金材料合金棒材的成分包含锌(Zn)、锡(Sn)、磷(P)、锰(Mn)、镍(Ni)、硅(Si)和铜(Cu)，其中，环保无铅合金材料合金棒材的各成分组成按重量百分比分别为：锌(Zn)：4-8.5％，锡(Sn)：5-9％，磷(P)：0.5-1％，锰(Mn)：0.1-1％，镍(Ni)：1-5％，硅(Si)：2-7％，余量为铜(Cu)，其中环保无铅合金材料合金棒材是通过连铸连轧的方法生产的。
本发明的用于机车部件连铸连轧的环保无铅合金材料合金棒材的制备方法，包含以下步骤：
步骤一：按照配比将磷铜合金、锌(Zn)、锡(Sn)、锰(Mn)、镍(Ni)、硅(Si)置于工频电炉内，加热至1250℃-1300℃完全熔化后保温至1200℃；
步骤二：用石墨棒将完全熔化的合金液体充分搅拌后，在合金液体上面覆盖厚度为11-13cm的高纯度鳞片状石墨粉以防止氧化，并保温1.2-1.5小时；
步骤三：用德国进口斯派克直读光谱仪对从工频电炉内取出的样品进行三到五次成分检验，以确定合金液体的合金成分在规定范围之内；
步骤四：进一步保温40-60分钟后，重新升温至1300℃，并开启工频电炉的振动装置，振动装置的振动频率为1次/秒；
步骤五：采用连铸连轧的方法生产直径为15mm，长度为4000mm的实心合金棒材；
步骤六：用箱式退火炉对合金棒材进行退火处理：退火温度为200℃-300℃，退火时间为20-30分钟，以消除应力；
步骤七：用超声波探伤仪对退火完成后的合金棒材进行裂痕及气孔探伤，挑出不合格产品进行回炉。
实施例一：
按重量百分比为：锌(Zn)：4％，锡(Sn)：5％，磷(P)：0.5％，锰(Mn)：0.1％，镍(Ni)：1％，硅(Si)：2％，余量为铜(Cu)准备原料。
首先，按照配比将磷铜合金、锌(Zn)、锡(Sn)、锰(Mn)、镍(Ni)、硅(Si)置于工频电炉内，加热至1250℃完全熔化后保温至1200℃。
接着，用石墨棒将完全熔化的合金液体充分搅拌后，在合金液体上面覆盖厚度为11cm的高纯度鳞片状石墨粉以防止氧化，并保温1.5小时。
接着，用德国进口斯派克直读光谱仪对从工频电炉内取出的样品进行三次成分检验，以确定合金液体的合金成分在规定范围之内。
接着，进一步保温40分钟后，重新升温至1300℃，并开启工频电炉的振动装置，振动装置的振动频率为1次/秒。
接着，采用连铸连轧的方法生产直径为15mm、长度为4000mm的实心合金棒材。
接着，用箱式退火炉对合金棒材进行退火处理：退火温度为200℃，退火时间为30分钟，消除应力。
接着，用超声波探伤仪对退火完成后的合金棒材进行裂痕及气孔探伤，挑出不合格产品进行回炉。
本发明的用于机车部件连铸连轧的环保无铅合金材料合金棒材与用硅元素和磷元素所取代了铅元素的现有的含铅元素的锡青铜棒材相比切削机械性能降低2％。同时省去了坯锭处理和退火挤压的生产步骤，在降低生产成本的同时实现了可替代现有含铅锡青铜的无铅环保合金材料。
实施例二：
按重量百分比为：锌(Zn)：8.5％，锡(Sn)：9％，磷(P)：1％，锰(Mn)：1％，镍(Ni)：5％，硅(Si)：7％，余量为铜(Cu)准备原料。
首先，按照配比将磷铜合金、锌(Zn)、锡(Sn)、锰(Mn)、镍(Ni)、硅(Si)置于工频电炉内，加热至1300℃完全熔化后保温至1200℃。
接着，用石墨棒将完全熔化的合金液体充分搅拌后，在合金液体上面覆盖厚度为13cm的高纯度鳞片状石墨粉以防止氧化，并保温1.2小时。
接着，用德国进口斯派克直读光谱仪对从工频电炉内取出的样品进行五次成分检验，以确定合金液体的合金成分在规定范围之内。
接着，进一步保温60分钟后，重新升温至1300℃，并开启工频电炉的振动装置，振动装置的振动频率为1次/秒。
接着，采用连铸连轧的方法生产直径为15mm、长度为4000mm的实心合金棒材。
接着，用箱式退火炉对合金棒材进行退火处理：退火温度为300℃，退火时间为20分钟，消除应力。
接着，用超声波探伤仪对退火完成后的合金棒材进行裂痕及气孔探伤，挑出不合格产品进行回炉。
本发明的用于机车部件连铸连轧的环保无铅合金材料合金棒材与用硅元素和磷元素所取代了铅元素的现有的含铅元素的锡青铜棒材相比切削机械性能提高3％。同时省去了坯锭处理和退火挤压的生产步骤，在降低生产成本的同时实现了可替代现有含铅锡青铜的无铅环保合金材料。
实施例三：
按重量百分比为：锌(Zn)：4.2％，锡(Sn)：5.2％，磷(P)：0.55％，锰(Mn)：0.15％，镍(Ni)：1.2％，硅(Si)：2.3％，余量为铜(Cu)准备原料。
首先，按照配比将磷铜合金、锌(Zn)、锡(Sn)、锰(Mn)、镍(Ni)、硅(Si)置于工频电炉内，加热至1260℃完全熔化后保温至1200℃。
接着，用石墨棒将完全熔化的合金液体充分搅拌后，在合金液体上面覆盖厚度为12cm的高纯度鳞片状石墨粉以防止氧化，并保温1.4小时。
接着，用德国进口斯派克直读光谱仪对从工频电炉内取出的样品进行四次成分检验，以确定合金液体的合金成分在规定范围之内。
接着，进一步保温45分钟后，重新升温至1300℃，并开启工频电炉的振动装置，振动装置的振动频率为1次/秒。
接着，采用连铸连轧的方法生产直径为15mm、长度为4000mm的实心合金棒材。
接着，用箱式退火炉对合金棒材进行退火处理：退火温度为230℃，退火时间为28分钟，消除应力。
接着，用超声波探伤仪对退火完成后的合金棒材进行裂痕及气孔探伤，挑出不合格产品进行回炉。
本发明的用于机车部件连铸连轧的环保无铅合金材料合金棒材与用硅元素和磷元素所取代了铅元素的现有的含铅元素的锡青铜棒材相比切削机械性能降低0.56％。同时省去了坯锭处理和退火挤压的生产步骤，在降低生产成本的同时实现了可替代现有含铅锡青铜的无铅环保合金材料。
实施例四：
按重量百分比为：锌(Zn)：8.3％，锡(Sn)：8.8％，磷(P)：0.95％，锰(Mn)：0.95％，镍(Ni)：4.8％，硅(Si)：6.7％，余量为铜(Cu)准备原料。
首先，按照配比将磷铜合金、锌(Zn)、锡(Sn)、锰(Mn)、镍(Ni)、硅(Si)置于工频电炉内，加热至1290℃完全熔化后保温至1200℃。
接着，用石墨棒将完全熔化的合金液体充分搅拌后，在合金液体上面覆盖厚度为13em的高纯度鳞片状石墨粉以防止氧化，并保温1.3小时。
接着，用德国进口斯派克直读光谱仪对从工频电炉内取出的样品进行三次成分检验，以确定合金液体的合金成分在规定范围之内。
接着，进一步保温55分钟后，重新升温至1300℃，并开启工频电炉的振动装置，振动装置的振动频率为1次/秒。
接着，采用连铸连轧的方法生产直径为15mm、长度为4000mm的实心合金棒材。
接着，用箱式退火炉对合金棒材进行退火处理：退火温度为280℃，退火时间为23分钟，消除应力。
接着，用超声波探伤仪对退火完成后的合金棒材进行裂痕及气孔探伤，挑出不合格产品进行回炉。
本发明的用于机车部件连铸连轧的环保无铅合金材料合金棒材与用硅元素和磷元素所取代了铅元素的现有的含铅元素的锡青铜棒材相比切削机械性能提高3.31％。同时省去了坯锭处理和退火挤压的生产步骤，在降低生产成本的同时实现了可替代现有含铅锡青铜的无铅环保合金材料。
实施例五：
按重量百分比为：锌(Zn)：5.5％，锡(Sn)：7.6％，磷(P)：0.66％，锰(Mn)：0.75％，镍(Ni)：4.1％，硅(Si)：5.7％，余量为铜(Cu)准备原料。
首先，按照配比将磷铜合金、锌(Zn)、锡(Sn)、锰(Mn)、镍(Ni)、硅(Si)置于工频电炉内，加热至1265℃完全熔化后保温至1200℃。
接着，用石墨棒将完全熔化的合金液体充分搅拌后，在合金液体上面覆盖厚度为11.5cm的高纯度鳞片状石墨粉以防止氧化，并保温1.3小时。
接着，用德国进口斯派克直读光谱仪对从工频电炉内取出的样品进行五次成分检验，以确定合金液体的合金成分在规定范围之内。
接着，进一步保温48分钟后，重新升温至1300℃，并开启工频电炉的振动装置，振动装置的振动频率为1次/秒。
接着，采用连铸连轧的方法生产直径为15mm、长度为4000mm的实心合金棒材。
接着，用箱式退火炉对合金棒材进行退火处理：退火温度为240℃，退火时间为27分钟，消除应力。
接着，用超声波探伤仪对退火完成后的合金棒材进行裂痕及气孔探伤，挑出不合格产品进行回炉。
本发明的用于机车部件连铸连轧的环保无铅合金材料合金棒材与用硅元素和磷元素所取代了铅元素的现有的含铅元素的锡青铜棒材相比切削机械性能提高2.86％。同时省去了坯锭处理和退火挤压的生产步骤，在降低生产成本的同时实现了可替代现有含铅锡青铜的无铅环保合金材料。
实施例六：
按重量百分比为：锌(Zn)：7.1％，锡(Sn)：6.3％，磷(P)：0.83％，锰(Mn)：0.46％，镍(Ni)：2.6％，硅(Si)：3.6％，余量为铜(Cu)准备原料。
首先，按照配比将磷铜合金、锌(Zn)、锡(Sn)、锰(Mn)、镍(Ni)、硅(Si)置于工频电炉内，加热至1285℃完全熔化后保温至1200℃。
接着，用石墨棒将完全熔化的合金液体充分搅拌后，在合金液体上面覆盖厚度为12.5cm的高纯度鳞片状石墨粉以防止氧化，并保温1.4小时。
接着，用德国进口斯派克直读光谱仪对从工频电炉内取出的样品进行四次成分检验，以确定合金液体的合金成分在规定范围之内。
接着，进一步保温58分钟后，重新升温至1300℃，并开启工频电炉的振动装置，振动装置的振动频率为1次/秒。
接着，采用连铸连轧的方法生产直径为15mm、长度为4000mm的实心合金棒材。
接着，用箱式退火炉对合金棒材进行退火处理：退火温度为270℃，退火时间为25分钟，消除应力。
接着，用超声波探伤仪对退火完成后的合金棒材进行裂痕及气孔探伤，挑出不合格产品进行回炉。
本发明的用于机车部件连铸连轧的环保无铅合金材料合金棒材与用硅元素和磷元素所取代了铅元素的现有的含铅元素的锡青铜棒材相比切削机械性能提高1.57％。同时省去了坯锭处理和退火挤压的生产步骤，在降低生产成本的同时实现了可替代现有含铅锡青铜的无铅环保合金材料。
实施例七：
按重量百分比为：锌(Zn)：6.3％，锡(Sn)：6.9％，磷(P)：0.72％，锰(Mn)：0.59％，镍(Ni)：3.3％，硅(Si)：4.7％，余量为铜(Cu)准备原料。
首先，按照配比将磷铜合金、锌(Zn)、锡(Sn)、锰(Mn)、镍(Ni)、硅(Si)置于工频电炉内，加热至1280℃完全熔化后保温至1200℃。
接着，用石墨棒将完全熔化的合金液体充分搅拌后，在合金液体上面覆盖厚度为13cm的高纯度鳞片状石墨粉以防止氧化，并保温1.2小时。
接着，用德国进口斯派克直读光谱仪对从工频电炉内取出的样品进行五次成分检验，以确定合金液体的合金成分在规定范围之内。
接着，进一步保温50分钟后，重新升温至1300℃，并开启工频电炉的振动装置，振动装置的振动频率为1次/秒。
接着，采用连铸连轧的方法生产直径为15mm、长度为4000mm的实心合金棒材。
接着，用箱式退火炉对合金棒材进行退火处理：退火温度为260℃，退火时间为25分钟，消除应力。
接着，用超声波探伤仪对退火完成后的合金棒材进行裂痕及气孔探伤，挑出不合格产品进行回炉。
本发明的用于机车部件连铸连轧的环保无铅合金材料合金棒材与用硅元素和磷元素所取代了铅元素的现有的含铅元素的锡青铜棒材相比切削机械性能提高4.51％。同时省去了坯锭处理和退火挤压的生产步骤，在降低生产成本的同时实现了可替代现有含铅锡青铜的无铅环保合金材料。
以上所述实施例仅表达了本发明的实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种用于机车部件连铸连轧的环保无铅合金材料合金棒材，其特征在于，所述环保无铅合金材料合金棒材的成分包含锌、锡、磷、锰、镍、硅和铜，其中，所述环保无铅合金材料合金棒材的各成分组成按重量百分比分别为：所述锌：8.5％，所述锡：9％，所述磷：1％，所述锰：1％，所述镍：5％，所述硅：7％，余量为所述铜。
2.一种用于机车部件连铸连轧的环保无铅合金材料合金棒材，其特征在于，所述环保无铅合金材料合金棒材的成分包含锌、锡、磷、锰、镍、硅和铜，其中，所述环保无铅合金材料合金棒材的各成分组成按重量百分比分别为：所述锌：8.3％，所述锡：8.8％，所述磷：0.95％，所述锰：0.95％，所述镍：4.8％，所述硅：6.7％，余量为所述铜。
3.根据权利要求1-2任一项所述的用于机车部件连铸连轧的环保无铅合金材料合金棒材，其特征在于，所述环保无铅合金材料合金棒材是通过连铸连轧的方法生产的。
4.一种上述权利要求1-3中任一项所述的用于机车部件连铸连轧的环保无铅合金材料合金棒材的制备方法，其特征在于，包含以下步骤：
步骤一：按照配比将磷铜合金、锌、锡、锰、镍、硅置于工频电炉内，加热完全熔化后保温至1200℃；
步骤二：用石墨棒将完全熔化的合金液体充分搅拌后，在所述合金液体上面覆盖高纯度鳞片状石墨粉，并保温；
步骤三：用德国进口斯派克直读光谱仪对从所述工频电炉内取出的样品进行成分检验；
步骤四：进一步保温后，重新升温至1300℃，并开启所述工频电炉的振动装置；
步骤五：采用连铸连轧的方法生产实心合金棒材；
步骤六：用箱式退火炉对所述合金棒材进行退火处理；
步骤七：用超声波探伤仪对退火完成后的所述合金棒材进行裂痕及气孔探伤。
5.根据权利要求4所述的用于机车部件连铸连轧的环保无铅合金材料合金棒材的制备方法，其特征在于，所述步骤一中的加热温度为1250℃-1300℃。
6.根据权利要求4所述的用于机车部件连铸连轧的环保无铅合金材料合金棒材的制备方法，其特征在于，所述步骤二中的所述石墨粉的厚度为11-13cm，所述保温时间为1.2-1.5小时。
7.根据权利要求4所述的用于机车部件连铸连轧的环保无铅合金材料合金棒材的制备方法，其特征在于，所述步骤四中的所述进一步保温的时间为40-60分钟，所述振动装置的振动频率为1次/秒。
8.根据权利要求4所述的用于机车部件连铸连轧的环保无铅合金材料合金棒材的制备方法，其特征在于，所述步骤六中的退火温度为200℃-300℃，退火时间为20-30分钟。
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