CN104593637B - 一种高速铁路用新型铜基合金管及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种高速铁路用新型铜基合金管及其制备方法，该高速铁路用新型铜基合金管由以下组分组成：占合金管总重量0.1‑0.8％的铝，占合金管总重量0.05‑0.5％的磷，占合金管总重量0.5‑1.5％的锑，占合金管总重量0.2‑0.5％的镁，占合金管总重量1‑3％的硅，占合金管总重量10‑13％的锡，占合金管总重量4‑6％的锌，余量为铜。本发明通过添加镁元素在保持或不明显地降低原含铅锡青铜切削性及耐磨减摩性的基础上，杜绝了铅的加入。添加的镁元素在铜合金中形成弥散分布的单独相，这些相在切削时起到断屑作用,从而改善了铜合金的切削加工性能。

Description

一种高速铁路用新型铜基合金管及其制备方法

技术领域

本发明涉及合金管材领域，具体涉及一种高速铁路用新型铜基合金管及其制备方法。

背景技术

含铅铜合金之所以具有好的切削性能和减摩耐磨性能，主要是由于铅在铜合金中以单项存在，在切削时起到良好的断屑作用；在摩擦磨损环境下，由于铅的剪切强度非常低，铜合金零件表面的铅使得含铅铜合金的摩擦系数比较低。所以，铅元素在黄铜合金中较普遍使用。

然而，由于铅是重金属，毒性较大，随着环保意识的日益提高，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

本发明的目的在于提供一种高速铁路用新型铜基合金管及其制备方法，在保持或不明显地降低原含铅锡青铜切削性及耐磨减摩性的基础上,杜绝铅的加入。

为了实现上述发明目的，本发明采用的技术方案如下：

一种高速铁路用新型铜基合金管，由以下组分组成：占合金管总重量0.1-0.8％的铝，占合金管总重量0.05-0.5％的磷，占合金管总重量0.5-1.5％的锑，占合金管总重量0.2-0.5％的镁，占合金管总重量1-3％的硅，占合金管总重量10-13％的锡，占合金管总重量4-6％的锌，余量为铜。

优选地，由以下组分组成：占合金管总重量0.1％的铝，占合金管总重量0.05％的磷，占合金管总重量0.5％的锑，占合金管总重量0.2％的镁，占合金管总重量1％的硅，占合金管总重量10％的锡，占合金管总重量4％的锌，余量为铜。

优选地，由以下组分组成：占合金管总重量0.8％的铝，占合金管总重量0.5％的磷，占合金管总重量1.5％的锑，占合金管总重量0.5％的镁，占合金管总重量3％的硅，占合金管总重量13％的锡，占合金管总重量6％的锌，余量为铜。

优选地，由以下组分组成：占合金管总重量0.4％的铝，占合金管总重量0.25％的磷，占合金管总重量1％的锑，占合金管总重量0.3％的镁，占合金管总重量2％的硅，占合金管总重量12％的锡，占合金管总重量5％的锌，余量为铜。

优选地，由以下组分组成：占合金管总重量0.2％的铝，占合金管总重量0.05％的磷，占合金管总重量0.5％的锑，占合金管总重量0.5％的镁，占合金管总重量3％的硅，占合金管总重量13％的锡，占合金管总重量6％的锌，余量为铜。

优选地，由以下组分组成：占合金管总重量0.3％的铝，占合金管总重量0.5％的磷，占合金管总重量1.5％的锑，占合金管总重量0.2％的镁，占合金管总重量1％的硅，占合金管总重量10％的锡，占合金管总重量4％的锌，余量为铜。

进一步地，所述铜为电解铜。

一种高速铁路用新型铜基合金管的制备方法，包括以下步骤：

1)按照配比将铜﹑锡﹑锌、铝、磷、锑、硅置于工频电炉内进行真空熔炼，加热至1150-1200摄氏度完全熔化之后，在真空状态下保温至1100摄氏度，保温时间为30-40分钟；

2)将金属镁按照比例添加到保温后的铜﹑锡﹑锌、铝、磷、锑、硅合金溶液中，并立即用特制石墨工具将完全熔化的合金液体充分搅拌后，在其上面覆盖高纯度鳞片状石墨粉以防止其氧化，厚度为15-20cm；

3)进一步保温，保温时间为30-40分钟，用光谱仪对从炉内取出的样品进行成分检验，以确定其合金成分在规定范围之内；

4)再次保温20-30分钟后，重新升温至1200摄氏度，并开启工频电炉的振动装置，采用垂直连铸方法铸造成规定尺寸和长度的毛坯合金管；

5)用光锭机对毛坯合金管进行表面加工，采用挤压机挤压，合金锭加热温度为180-200摄氏度，挤压温度为500摄氏度，挤压速度V＝4mm/s，经过多次挤压后得到规定尺寸的合金管半成品；

6)退火，用退火炉对挤压后的合金管进行退火处理，退火温度为100-200摄氏度，退火时间为30-40分钟；

7)探伤，将挤制并退火完成出的合金管进行探伤，探伤比例为100％；

8)表面处理，将退火完成的合金管进行车铣，使其内外光滑，得到规定尺寸和长度的成品，然后包装并入库。

进一步地，步骤3)中所述光谱仪采用斯派克直读光谱仪。

进一步地，步骤3)中的成分检验次数为3-6次。

本发明的有益效果是：本发明提供了一种高速铁路用新型铜基合金管及其制备方法，通过添加镁元素在保持或不明显地降低原含铅锡青铜切削性及耐磨减摩性的基础上，杜绝了铅的加入。原理是利用添加的镁元素在铜合金中形成弥散分布的单独相，这些相在切削时起到断屑作用,从而改善了铜合金的切削加工性能。

具体实施方式

以下结合实施例对本发明作进一步说明，但并非限制本发明的应用范围。

实施例1

一种高速铁路用新型铜基合金管，由以下组分组成：占合金管总重量0.1％的铝，占合金管总重量0.05％的磷，占合金管总重量0.5％的锑，占合金管总重量0.2％的镁，占合金管总重量1％的硅，占合金管总重量10％的锡，占合金管总重量4％的锌，余量为铜。

按照配比将电解铜﹑锡﹑锌、铝、磷、锑、硅置于工频电炉内进行真空熔炼，加热至1150-1200摄氏度完全熔化之后，在真空状态下保温至1100摄氏度，保温时间为30-40分钟；将金属镁按照比例添加到保温后的铜﹑锡﹑锌、铝、磷、锑、硅合金溶液中，并立即用特制石墨工具将完全熔化的合金液体充分搅拌后，在其上面覆盖高纯度鳞片状石墨粉以防止其氧化，厚度为15-20cm；进一步保温，保温时间为30-40分钟，用斯派克直读光谱仪对从炉内取出的样品进行3-6次成分检验，以确定其合金成分在规定范围之内；再次保温20-30分钟后，重新升温至1200摄氏度，并开启工频电炉的振动装置，采用垂直连铸方法铸造成外径为245mm，内径为195mm，长度为550mm的毛坯合金管；用光锭机对毛坯合金管进行表面加工，加工为表面光洁外径为240mm，内径为200mm，长度为540mm，采用2500吨双动挤压机挤压，合金锭加热温度为180-200摄氏度，挤压温度为500摄氏度，挤压速度V＝4mm/s，经过多次挤压后合金管为外径为230mm，公差为+/-1mm，内径210mm，公差为+/-1mm；退火，用箱式退火炉对挤压后的合金管进行退火处理，退火温度为100-200摄氏度，退火时间为30-40分钟；探伤，将挤制并退火完成出的合金管进行探伤，探伤比例为100％；表面处理，将退火完成的合金管进行车铣，使其内外光滑，外径为228mm，公差为+/-0.5mm，内径为212mm，公差为+/-0.5mm，长度为500mm，公差为+/-1mm，然后包装并入库。

与现有的含铅的锡青铜合金相比，本实施例提供的高速铁路用新型铜基合金管，通过添加镁元素在保持或不明显地降低原含铅锡青铜切削性及耐磨减摩性的基础上，杜绝了铅的加入。

实施例2

一种高速铁路用新型铜基合金管，由以下组分组成：占合金管总重量0.8％的铝，占合金管总重量0.5％的磷，占合金管总重量1.5％的锑，占合金管总重量0.5％的镁，占合金管总重量3％的硅，占合金管总重量13％的锡，占合金管总重量6％的锌，余量为铜。

按照配比将电解铜﹑锡﹑锌、铝、磷、锑、硅置于工频电炉内进行真空熔炼，加热至1150-1200摄氏度完全熔化之后，在真空状态下保温至1100摄氏度，保温时间为30-40分钟；将金属镁按照比例添加到保温后的铜﹑锡﹑锌、铝、磷、锑、硅合金溶液中，并立即用特制石墨工具将完全熔化的合金液体充分搅拌后，在其上面覆盖高纯度鳞片状石墨粉以防止其氧化，厚度为15-20cm；进一步保温，保温时间为30-40分钟，用斯派克直读光谱仪对从炉内取出的样品进行3-6次成分检验，以确定其合金成分在规定范围之内；再次保温20-30分钟后，重新升温至1200摄氏度，并开启工频电炉的振动装置，采用垂直连铸方法铸造成外径为245mm，内径为195mm，长度为550mm的毛坯合金管；用光锭机对毛坯合金管进行表面加工，加工为表面光洁外径为240mm，内径为200mm，长度为540mm，采用2500吨双动挤压机挤压，合金锭加热温度为180-200摄氏度，挤压温度为500摄氏度，挤压速度V＝4mm/s，经过多次挤压后合金管为外径为230mm，公差为+/-1mm，内径210mm，公差为+/-1mm；退火，用箱式退火炉对挤压后的合金管进行退火处理，退火温度为100-200摄氏度，退火时间为30-40分钟；探伤，将挤制并退火完成出的合金管进行探伤，探伤比例为100％；表面处理，将退火完成的合金管进行车铣，使其内外光滑，外径为228mm，公差为+/-0.5mm，内径为212mm，公差为+/-0.5mm，长度为500mm，公差为+/-1mm，然后包装并入库。

与现有的含铅的锡青铜合金相比，本实施例提供的高速铁路用新型铜基合金管，通过添加镁元素在保持或不明显地降低原含铅锡青铜切削性及耐磨减摩性的基础上，杜绝了铅的加入。

实施例3

一种高速铁路用新型铜基合金管，由以下组分组成：占合金管总重量0.4％的铝，占合金管总重量0.25％的磷，占合金管总重量1％的锑，占合金管总重量0.3％的镁，占合金管总重量2％的硅，占合金管总重量12％的锡，占合金管总重量5％的锌，余量为铜。

按照配比将电解铜﹑锡﹑锌、铝、磷、锑、硅置于工频电炉内进行真空熔炼，加热至1150-1200摄氏度完全熔化之后，在真空状态下保温至1100摄氏度，保温时间为30-40分钟；将金属镁按照比例添加到保温后的铜﹑锡﹑锌、铝、磷、锑、硅合金溶液中，并立即用特制石墨工具将完全熔化的合金液体充分搅拌后，在其上面覆盖高纯度鳞片状石墨粉以防止其氧化，厚度为15-20cm；进一步保温，保温时间为30-40分钟，用斯派克直读光谱仪对从炉内取出的样品进行3-6次成分检验，以确定其合金成分在规定范围之内；再次保温20-30分钟后，重新升温至1200摄氏度，并开启工频电炉的振动装置，采用垂直连铸方法铸造成外径为245mm，内径为195mm，长度为550mm的毛坯合金管；用光锭机对毛坯合金管进行表面加工，加工为表面光洁外径为240mm，内径为200mm，长度为540mm，采用2500吨双动挤压机挤压，合金锭加热温度为180-200摄氏度，挤压温度为500摄氏度，挤压速度V＝4mm/s，经过多次挤压后合金管为外径为230mm，公差为+/-1mm，内径210mm，公差为+/-1mm；退火，用箱式退火炉对挤压后的合金管进行退火处理，退火温度为100-200摄氏度，退火时间为30-40分钟；探伤，将挤制并退火完成出的合金管进行探伤，探伤比例为100％；表面处理，将退火完成的合金管进行车铣，使其内外光滑，外径为228mm，公差为+/-0.5mm，内径为212mm，公差为+/-0.5mm，长度为500mm，公差为+/-1mm，然后包装并入库。

与现有的含铅的锡青铜合金相比，本实施例提供的高速铁路用新型铜基合金管，通过添加镁元素在保持或不明显地降低原含铅锡青铜切削性及耐磨减摩性的基础上，杜绝了铅的加入。

实施例4

一种高速铁路用新型铜基合金管，由以下组分组成：占合金管总重量0.2％的铝，占合金管总重量0.05％的磷，占合金管总重量0.5％的锑，占合金管总重量0.5％的镁，占合金管总重量3％的硅，占合金管总重量13％的锡，占合金管总重量6％的锌，余量为铜。

按照配比将电解铜﹑锡﹑锌、铝、磷、锑、硅置于工频电炉内进行真空熔炼，加热至1150-1200摄氏度完全熔化之后，在真空状态下保温至1100摄氏度，保温时间为30-40分钟；将金属镁按照比例添加到保温后的铜﹑锡﹑锌、铝、磷、锑、硅合金溶液中，并立即用特制石墨工具将完全熔化的合金液体充分搅拌后，在其上面覆盖高纯度鳞片状石墨粉以防止其氧化，厚度为15-20cm；进一步保温，保温时间为30-40分钟，用斯派克直读光谱仪对从炉内取出的样品进行3-6次成分检验，以确定其合金成分在规定范围之内；再次保温20-30分钟后，重新升温至1200摄氏度，并开启工频电炉的振动装置，采用垂直连铸方法铸造成外径为245mm，内径为195mm，长度为550mm的毛坯合金管；用光锭机对毛坯合金管进行表面加工，加工为表面光洁外径为240mm，内径为200mm，长度为540mm，采用2500吨双动挤压机挤压，合金锭加热温度为180-200摄氏度，挤压温度为500摄氏度，挤压速度V＝4mm/s，经过多次挤压后合金管为外径为230mm，公差为+/-1mm，内径210mm，公差为+/-1mm；退火，用箱式退火炉对挤压后的合金管进行退火处理，退火温度为100-200摄氏度，退火时间为30-40分钟；探伤，将挤制并退火完成出的合金管进行探伤，探伤比例为100％；表面处理，将退火完成的合金管进行车铣，使其内外光滑，外径为228mm，公差为+/-0.5mm，内径为212mm，公差为+/-0.5mm，长度为500mm，公差为+/-1mm，然后包装并入库。

与现有的含铅的锡青铜合金相比，本实施例提供的高速铁路用新型铜基合金管，通过添加镁元素在保持或不明显地降低原含铅锡青铜切削性及耐磨减摩性的基础上，杜绝了铅的加入。

实施例5

一种高速铁路用新型铜基合金管，由以下组分组成：占合金管总重量0.3％的铝，占合金管总重量0.5％的磷，占合金管总重量1.5％的锑，占合金管总重量0.2％的镁，占合金管总重量1％的硅，占合金管总重量10％的锡，占合金管总重量4％的锌，余量为铜。

按照配比将电解铜﹑锡﹑锌、铝、磷、锑、硅置于工频电炉内进行真空熔炼，加热至1150-1200摄氏度完全熔化之后，在真空状态下保温至1100摄氏度，保温时间为30-40分钟；将金属镁按照比例添加到保温后的铜﹑锡﹑锌、铝、磷、锑、硅合金溶液中，并立即用特制石墨工具将完全熔化的合金液体充分搅拌后，在其上面覆盖高纯度鳞片状石墨粉以防止其氧化，厚度为15-20cm；进一步保温，保温时间为30-40分钟，用斯派克直读光谱仪对从炉内取出的样品进行3-6次成分检验，以确定其合金成分在规定范围之内；再次保温20-30分钟后，重新升温至1200摄氏度，并开启工频电炉的振动装置，采用垂直连铸方法铸造成外径为245mm，内径为195mm，长度为550mm的毛坯合金管；用光锭机对毛坯合金管进行表面加工，加工为表面光洁外径为240mm，内径为200mm，长度为540mm，采用2500吨双动挤压机挤压，合金锭加热温度为180-200摄氏度，挤压温度为500摄氏度，挤压速度V＝4mm/s，经过多次挤压后合金管为外径为230mm，公差为+/-1mm，内径210mm，公差为+/-1mm；退火，用箱式退火炉对挤压后的合金管进行退火处理，退火温度为100-200摄氏度，退火时间为30-40分钟；探伤，将挤制并退火完成出的合金管进行探伤，探伤比例为100％；表面处理，将退火完成的合金管进行车铣，使其内外光滑，外径为228mm，公差为+/-0.5mm，内径为212mm，公差为+/-0.5mm，长度为500mm，公差为+/-1mm，然后包装并入库。

与现有的含铅的锡青铜合金相比，本实施例提供的高速铁路用新型铜基合金管，通过添加镁元素在保持或不明显地降低原含铅锡青铜切削性及耐磨减摩性的基础上，杜绝了铅的加入。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并非用来限定本发明的实施范围；如果不脱离本发明的精神和范围，对本发明进行修改或者等同替换，均应涵盖在本发明权利要求的保护范围当中。

Claims (7)

1.一种高速铁路用新型铜基合金管，其特征在于，由以下组分组成：占合金管总重量0.1-0.8％的铝，占合金管总重量0.25-0.5％的磷，占合金管总重量0.5-1.5％的锑，占合金管总重量0.3-0.5％的镁，占合金管总重量2-3％的硅，占合金管总重量10-13％的锡，占合金管总重量4-6％的锌，余量为铜。

2.根据权利要求1所述的高速铁路用新型铜基合金管，其特征在于，由以下组分组成：占合金管总重量0.8％的铝，占合金管总重量0.5％的磷，占合金管总重量1.5％的锑，占合金管总重量0.5％的镁，占合金管总重量3％的硅，占合金管总重量13％的锡，占合金管总重量6％的锌，余量为铜。

3.根据权利要求1所述的高速铁路用新型铜基合金管，其特征在于，由以下组分组成：占合金管总重量0.4％的铝，占合金管总重量0.25％的磷，占合金管总重量1％的锑，占合金管总重量0.3％的镁，占合金管总重量2％的硅，占合金管总重量12％的锡，占合金管总重量5％的锌，余量为铜。

4.根据权利要求1-3中任意一项所述的高速铁路用新型铜基合金管，其特征在于，所述铜为电解铜。

5.一种如权利要求1-3中任意一项所述的高速铁路用新型铜基合金管的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)按照配比将铜﹑锡﹑锌、铝、磷、锑、硅置于工频电炉内进行真空熔炼，加热至1150-1200摄氏度完全熔化之后，在真空状态下保温至1100摄氏度，保温时间为30-40分钟；

2)将金属镁按照比例添加到保温后的铜﹑锡﹑锌、铝、磷、锑、硅合金溶液中，并立即用特制石墨工具将完全熔化的合金液体充分搅拌后，在其上面覆盖高纯度鳞片状石墨粉以防止其氧化，厚度为15-20cm；

3)进一步保温，保温时间为30-40分钟，用光谱仪对从炉内取出的样品进行成分检验，以确定其合金成分在规定范围之内；

4)再次保温20-30分钟后，重新升温至1200摄氏度，并开启工频电炉的振动装置，采用垂直连铸方法铸造成规定尺寸和长度的毛坯合金管；

5)用光锭机对毛坯合金管进行表面加工，采用挤压机挤压，合金锭加热温度为180-200摄氏度，挤压温度为500摄氏度，挤压速度V＝4mm/s，经过多次挤压后得到规定尺寸的合金管半成品；

6)退火，用退火炉对挤压后的合金管进行退火处理，退火温度为100-200摄氏度，退火时间为30-40分钟；

7)探伤，将挤制并退火完成出的合金管进行探伤，探伤比例为100％；

8)表面处理，将退火完成的合金管进行车铣，使其内外光滑，得到规定尺寸和长度的成品，然后包装并入库。

6.根据权利要求5所述的高速铁路用新型铜基合金管的制备方法，其特征在于，步骤3)中所述光谱仪采用斯派克直读光谱仪。

7.根据权利要求5所述的高速铁路用新型铜基合金管的制备方法，其特征在于，步骤3)中的成分检验次数为3-6次。