CN111074093A - 一种用于玻璃模具的铜合金材料及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种用于玻璃模具的铜合金材料，包括以下质量百分比的组分：镍15.0～16.0％，铝6～6.5％，铁1.8～2.0％，锌7.2～7.8％，锰0.35～0.38％，硅0.35～0.45％，其余为铜和不可避免的杂质。本发明公开一种用于玻璃模具的铜合金材料的制备方法，在中频炉内先加入铝原料待其熔融后加入镍原料，炉料全部熔化后加入剩余的其他原料熔炼，将铜合金熔液浇注入砂型模内，浇注结束后从砂型模内取出玻璃模具，将玻璃模具加热至700～720℃并保温2～3小时后空冷至室温，对玻璃模具进行机加工后再次加热至675～685℃并保温1～2小时后空冷至室温。本发明在降低了铜合金中铝元素含量的同时维持了材料较高的硬度200～210HB，以及铸造的流动性及抗拉强度660～675MPa，满足复杂玻璃模具的铸造需求。
Description
技术领域
本发明涉及一种铜合金材料及其制备方法，特别是涉及一种用于玻璃模具的铜合金材料及其制备方法。
背景技术
现有技术用于玻璃模具审查的铜合金材料中，通常具有较高质量百分比的Al，一般为8～10％，较高的Al含量一方面能够提高合金硬度，另一方面使合金具有较好的流动性以满足复杂造型的铸造。中国专利CN103173648A公开了一种铜合金玻璃模具口模的制备方法，该模具包含以下重量百分比组分：Ni 14～16％、Al 8～9％、Zn 8～10％、Si0.9～1.1％、Mn 0.1～0.2％、Fe<0.15％，其余为Cu与常见杂质，退火工艺为：将浇注好的铜合金毛坯装入真空退火炉内，快速将温度升高到680℃保温60分钟，然后随炉冷却至室温。其具有优良的热传导性能，抗氧化性能和高温尺寸稳定性，硬度达到250HB。中国专利CN102628119A公开了低镍高铁铜合金玻璃模具及其制造方法，该模具包含以下重量百分比组分：Ni 4～6％、Al 8～10％、Zn 0.05～0.25％、Si 0.05～0.2％、Mn 0.8～1.5％、Fe 4～6％，其余为Cu与常见杂质，热处理过程为保温时间为6小时，温度控制680℃；随炉温降至150℃升炉至室温取出。其具有良好的抗氧化、抗热疲劳性，又增强了韧性。由于镍含量的降低其硬度在175～200HB。中国专利CN106244848A公开了一种微合金化有色金属铜基玻璃模具材料，该模具包含以下重量百分比组分：镍15.0～16.5％，铝10.8～11.5％，铁0.4～0.6％，钴1.0～2.0％，锌0.5～1.5％，其余为铜和不可避免的杂质，退火处理工艺为退火温度680～690℃，退火保温时间1～1.5小时。该玻璃模具材料通过添加钴元素并降低铁元素含量但不含有硅、锰元素，使其仍具有一般硅镍铜合金材料的高散热和高硬度特性，硬度在190～200HB，同时抗拉强度高。
发明内容
针对上述现有技术的不足，本发明的目的是提供一种用于玻璃模具的铜合金材料，在降低Al含量同时保持材料具有较高的硬度及铸造流动性，满足玻璃模具使用要求。本发明的另一目的是提供一种用于玻璃模具的铜合金材料制备方法。
本发明的技术方案是这样的：一种用于玻璃模具的铜合金材料，包括以下质量百分比的组分：镍15.0～16.0％，铝6～6.5％，铁1.8～2.0％，锌7.2～7.8％，锰0.35～0.38％，硅0.35～0.45％，其余为铜和不可避免的杂质。
进一步地，所述用于玻璃模具的铜合金材料的硬度为200～210HB，抗拉强度为660～675MPa。
一种用于玻璃模具的铜合金材料的制备方法，按各组分质量百分比选取原料，在中频炉内先加入铝原料待其熔融后加入镍原料，炉料全部熔化后加入剩余的其他原料熔炼，将铜合金熔液浇注入砂型模内，浇注结束后从砂型模内取出玻璃模具，将玻璃模具加热至700～720℃并保温2～3小时后空冷至室温，对玻璃模具进行机加工后再次加热至675～685℃并保温1～2小时后空冷至室温。
优选地，所述熔炼时温度为1300～1320℃。
优选地，所述浇注为保温浇注，浇注温度为1265～1278℃。
与现有技术相比较，本发明所提供的技术方案的有益效果是：
通过调整铁、锌、锰、硅元素在铜合金中的含量，配合机加工后的二次退火处理，使得在降低了铜合金中铝元素含量的同时维持了材料较高的硬度200～210HB以及抗拉强度660～675MPa。合金材料在较低的浇注温度时任能具有良好地铸造流动性，避免了铸造复杂造型时需要提高浇注温度来获得良好流动性，但是容易造成铸件产生毛孔或夹带杂质的问题，满足复杂玻璃模具的铸造需求。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步说明，但不作为对本发明的限定。
实施例1
按如下步骤制备用于玻璃模具的铜合金材料：
按各组分质量百分比选取原料，质量百分比的组分组成为镍15.6％，铝6.5％，铁1.8％，锌7.5％，锰0.35％，硅0.35％，其余为铜和不可避免的杂质；在中频炉内先加入铝原料待其熔融后加入镍原料，炉料全部熔化后加入剩余的其他原料熔炼，熔炼温度为1320℃；将铜合金熔液浇注入砂型模内，保温浇注温度为1265℃，浇注结束后从砂型模内取出玻璃模具，将玻璃模具加热至720℃并保温2小时后空冷至室温，对玻璃模具进行机加工后再次加热至680℃并保温1.5小时后空冷至室温。
实施例2
按如下步骤制备用于玻璃模具的铜合金材料：
按各组分质量百分比选取原料，质量百分比的组分组成为镍15.2％，铝6.3％，铁1.9％，锌7.6％，锰0.38％，硅0.4％，其余为铜和不可避免的杂质；在中频炉内先加入铝原料待其熔融后加入镍原料，炉料全部熔化后加入剩余的其他原料熔炼，熔炼温度为1300℃；将铜合金熔液浇注入砂型模内，保温浇注温度为1268℃，浇注结束后从砂型模内取出玻璃模具，将玻璃模具加热至700℃并保温3小时后空冷至室温，对玻璃模具进行机加工后再次加热至675℃并保温2小时后空冷至室温。
实施例3
按如下步骤制备用于玻璃模具的铜合金材料：
按各组分质量百分比选取原料，质量百分比的组分组成为镍15.0％，铝6.3％，铁1.9％，锌7.8％，锰0.36％，硅0.38％，其余为铜和不可避免的杂质；在中频炉内先加入铝原料待其熔融后加入镍原料，炉料全部熔化后加入剩余的其他原料熔炼，熔炼温度为1310℃；将铜合金熔液浇注入砂型模内，保温浇注温度为1272℃，浇注结束后从砂型模内取出玻璃模具，将玻璃模具加热至710℃并保温3小时后空冷至室温，对玻璃模具进行机加工后再次加热至680℃并保温2小时后空冷至室温。
实施例4
按如下步骤制备用于玻璃模具的铜合金材料：
按各组分质量百分比选取原料，质量百分比的组分组成为镍16.0％，铝6.0％，铁2.0％，锌7.2％，锰0.35％，硅0.42％，其余为铜和不可避免的杂质；在中频炉内先加入铝原料待其熔融后加入镍原料，炉料全部熔化后加入剩余的其他原料熔炼，熔炼温度为1320℃；将铜合金熔液浇注入砂型模内，保温浇注温度为1278℃，浇注结束后从砂型模内取出玻璃模具，将玻璃模具加热至710℃并保温2.5小时后空冷至室温，对玻璃模具进行机加工后再次加热至685℃并保温1小时后空冷至室温。
实施例5
按如下步骤制备用于玻璃模具的铜合金材料：
按各组分质量百分比选取原料，质量百分比的组分组成为镍15.9％，铝6.2％，铁1.9％，锌7.2％，锰0.38％，硅0.45％，其余为铜和不可避免的杂质；在中频炉内先加入铝原料待其熔融后加入镍原料，炉料全部熔化后加入剩余的其他原料熔炼，熔炼温度为1320℃；将铜合金熔液浇注入砂型模内，保温浇注温度为1270℃，浇注结束后从砂型模内取出玻璃模具，将玻璃模具加热至720℃并保温2小时后空冷至室温，对玻璃模具进行机加工后再次加热至675℃并保温1.5小时后空冷至室温。
实施例6
按如下步骤制备用于玻璃模具的铜合金材料：
按各组分质量百分比选取原料，质量百分比的组分组成为镍16.0％，铝6.5％，铁1.8％，锌7.5％，锰0.36％，硅0.38％，其余为铜和不可避免的杂质；在中频炉内先加入铝原料待其熔融后加入镍原料，炉料全部熔化后加入剩余的其他原料熔炼，熔炼温度为1320℃；将铜合金熔液浇注入砂型模内，保温浇注温度为1270℃，浇注结束后从砂型模内取出玻璃模具，将玻璃模具加热至700℃并保温3小时后空冷至室温，对玻璃模具进行机加工后再次加热至685℃并保温1.5小时后空冷至室温。
对比例1
按各组分质量百分比选取原料，质量百分比的组分组成为镍15.6％，铝6.5％，铁1.6％，锌7.5％，锰0.42％，硅0.35％，其余为铜和不可避免的杂质；在中频炉内先加入铝原料待其熔融后加入镍原料，炉料全部熔化后加入剩余的其他原料熔炼，熔炼温度为1320℃；将铜合金熔液浇注入砂型模内，保温浇注温度为1265℃，浇注结束后从砂型模内取出玻璃模具，将玻璃模具加热至720℃并保温2小时后空冷至室温，对玻璃模具进行机加工后再次加热至680℃并保温1.5小时后空冷至室温。
对比例2
按各组分质量百分比选取原料，质量百分比的组分组成为镍15.6％，铝6.5％，铁1.8％，锌7.5％，锰0.35％，硅0.35％，其余为铜和不可避免的杂质；在中频炉内先加入铝原料待其熔融后加入镍原料，炉料全部熔化后加入剩余的其他原料熔炼，熔炼温度为1320℃；将铜合金熔液浇注入砂型模内，保温浇注温度为1265℃，浇注结束后从砂型模内取出玻璃模具，将玻璃模具加热至720℃并保温2小时后空冷至室温，对玻璃模具进行机加工。
对比例3
按各组分质量百分比选取原料，质量百分比的组分组成为镍15.6％，铝6.5％，铁2.5％，锌7.5％，锰0.3％，硅0.35％，其余为铜和不可避免的杂质；在中频炉内先加入铝原料待其熔融后加入镍原料，炉料全部熔化后加入剩余的其他原料熔炼，熔炼温度为1320℃；将铜合金熔液浇注入砂型模内，保温浇注温度为1265℃，浇注结束后从砂型模内取出玻璃模具，将玻璃模具加热至720℃并保温2小时后空冷至室温，对玻璃模具进行机加工后再次加热至680℃并保温1.5小时后空冷至室温。
对比例4
按各组分质量百分比选取原料，质量百分比的组分组成为镍15.6％，铝6.5％，铁2.5％，锌7.5％，锰0.45％，硅0.30％，其余为铜和不可避免的杂质；在中频炉内先加入铝原料待其熔融后加入镍原料，炉料全部熔化后加入剩余的其他原料熔炼，熔炼温度为1320℃；将铜合金熔液浇注入砂型模内，保温浇注温度为1265℃，浇注结束后从砂型模内取出玻璃模具，将玻璃模具加热至720℃并保温2小时后空冷至室温，对玻璃模具进行机加工后再次加热至680℃并保温1.5小时后空冷至室温。
对比例5
按各组分质量百分比选取原料，质量百分比的组分组成为镍15.6％，铝6.5％，铁1.6％，锌6.5％，锰0.42％，硅0.35％，其余为铜和不可避免的杂质；在中频炉内先加入铝原料待其熔融后加入镍原料，炉料全部熔化后加入剩余的其他原料熔炼，熔炼温度为1320℃；将铜合金熔液浇注入砂型模内，保温浇注温度为1285℃，浇注结束后从砂型模内取出玻璃模具，将玻璃模具加热至720℃并保温2小时后空冷至室温，对玻璃模具进行机加工后再次加热至680℃并保温1.5小时后空冷至室温。
对比例6
按各组分质量百分比选取原料，质量百分比的组分组成为镍15.0％，铝6.3％，铁1.9％，锌7.8％，锰0.36％，硅0.45％，其余为铜和不可避免的杂质；在中频炉内先加入铝原料待其熔融后加入镍原料，炉料全部熔化后加入剩余的其他原料熔炼，熔炼温度为1310℃；将铜合金熔液浇注入砂型模内，保温浇注温度为1272℃，浇注结束后从砂型模内取出玻璃模具，将玻璃模具加热至710℃并保温3小时后空冷至室温，对玻璃模具进行机加工后再次加热至680℃并保温2小时后空冷至室温。
上述各个实施例及对比例得到的模具材料性能如下
Claims (5)
1.一种用于玻璃模具的铜合金材料，其特征在于：包括以下质量百分比的组分：镍15.0～16.0％，铝6～6.5％，铁1.8～2.0％，锌7.2～7.8％，锰0.35～0.38％，硅0.35～0.45％，其余为铜和不可避免的杂质。
2.根据权利要求1所述的用于玻璃模具的铜合金材料，其特征在于：所述铜合金材料的硬度为200～210HB，抗拉强度为660～675MPa。
3.一种用于玻璃模具的铜合金材料的制备方法，其特征在于，按以下组分质量百分比选取原料：镍15.0～16.0％，铝6～6.5％，铁1.8～2.0％，锌7.2～7.8％，锰0.35～0.38％，硅0.35～0.45％，其余为铜和不可避免的杂质，在中频炉内先加入铝原料待其熔融后加入镍原料，炉料全部熔化后加入剩余的其他原料熔炼，将铜合金熔液浇注入砂型模内，浇注结束后从砂型模内取出玻璃模具，将玻璃模具加热至700～720℃并保温2～3小时后空冷至室温，对玻璃模具进行机加工后再次加热至675～685℃并保温1～2小时后空冷至室温。
4.根据权利要求1所述的用于玻璃模具的铜合金材料的制备方法，其特征在于：所述熔炼时温度为1300～1320℃。
5.根据权利要求1所述的用于玻璃模具的铜合金材料的制备方法，其特征在于：所述浇注为保温浇注，浇注温度为1265～1278℃。
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