[发明专利]一种青铜合金棒材

说明书

技术领域

本发明涉及合金的技术领域，特别是一种青铜合金及其制备方法，尤其是一种半固态挤压制备得到的青铜合金棒材。

背景技术

锡青铜合金具有较高的力学性能、良好的耐磨耐腐蚀性和低温韧性，易于切削加工，特别是含磷锡青铜，具有很高的硬度、弹性和耐磨性，在大气、海水中均具有较高的耐腐蚀性，且易于焊接，被广泛用于服役于各种环境中的机械设备的弹性部件和耐磨部件。

然而锡青铜存在的主要问题在于较高的锡含量会导致锡青铜合金变得硬而脆，塑性很差，在塑性变形的加工过程中往往产生裂纹、偏析等缺陷。同时，传统的锡青铜合金在铸造的过程中也容易产生缩孔和偏析等铸造缺陷，并且由于其高熔点和通常施加的铸造压力，对于铸型的破坏也非常严重。

半固态金属技术是20世纪70年代提出的一种介于液态、固态成形的技术，它由于具有充型平稳、制件致密性高、对模具的热冲击力小、力学性能高、成型压力低等优势，被广泛用于金属成型制造。将半固态金属技术用于铜合金的制备无疑能够解决传统的铸造和加工缺陷问题。

而半固态浆料的质量和随后的加工成型工艺都是决定青铜材料性能的关键。由于青铜合金本身熔体流动性差，造成其低温铸造性能不佳，如何通过控制青铜合金的成分、半固态浆料搅拌强度，以及后续塑性加工工艺等获得具有优异性能的青铜材料，仍然是亟待研究和探索的技术问题。例如专利文献CN101384386即提供了一种用于半固态金属铸造的原料磷青铜合金，然而其仅仅局限于提供合金原料，而对于后续的工艺并不涉及，并且其组成中含有大量的有害合金元素Pb，故而也对半固态浆料的控制要求较低。专利文献JP6-234049也提供了一种青铜合金的半固态铸造方法，然而其考虑到过高Sn含量带来的铸造劣化等问题，严格将Sn的含量限制在9%以下，且并没有给出合适的半固态铸造的温度，也未涉及到半固态铸造的后续塑性加工处理。

发明内容

本发明的目的即在于提供一种青铜合金棒材，其通过以下制备方法得到：

一、配料：按合金目标重量百分比为10-12Sn、6-6.5Bi、0.20-0.23P、0.1-0.15Zr、0.05-0.09Zn、0.01-0.02Fe、0.01-0.02Ni、余量为Cu和不可避免的杂质称取原料，Zn+Fe+Ni的总含量小于0.1，所述原料为纯度为99.99%无氧铜和纯度为99.9%的各合金元素的粉末；

二、熔炼：将配好的原料在大气气氛下于高频炉中进行熔炼，加热熔化过程中确保熔体液面被木炭完全覆盖，当温度升至1400-1450℃后添加镍粉和铁粉，保温2-3分钟后，继续升温至1580-1650后添加锆粉，保温5-10分钟，随后降温至1320-1350℃后添加铋粉，保温5-10分钟，继续降温至1280-1300℃后添加锡粉，保温15-20分钟，最后降温至1200-1250℃添加磷粉，并保温5-10分钟，经检验并微调熔体成分合格后完成熔炼；

三、半固态浆料的制备：将青铜合金熔体通过由搅拌器和冷却器组成的弧形通道，以得到半固态浆料，其中所述搅拌器为带有齿状凸起、直径为180-200毫米的圆周面，而所述冷却器具有与所述搅拌器的外圆周面同心间隙设置的冷却圆弧面，所述圆弧面为1/6圆周，所述齿状凸起的高度为3-4毫米、齿间距为4-5毫米，所述间隙的距离为8-9毫米，所述搅拌器的旋转速度为180-200rpm；

四、挤出成型加工：将半固态浆料注入经过预热到830-850℃的挤压模具中，维持半固态浆料的温度在850-880℃，以35-40mm/s的挤压速度、10-15的挤压比进行挤出成型加工，得到青铜合金棒材；

五、退火：将挤出的棒材以20-25℃/s的速度冷却至420-450℃，保温2.5-3h后，出炉空冷至室温，得到青铜合金棒材产品。

作为优选的，所述合金目标重量百分比为11Sn、6.2Bi、0.21P、0.13Zr、0.07Zn、0.02Fe、0.02Ni、余量为Cu和不可避免的杂质称取原料。

作为优选的，所述间隙的距离为9毫米。

作为优选的，所述搅拌器的旋转速度为190rpm。

作为优选的，挤出成型加工维持半固态浆料的温度在860℃。

作为优选的，挤出成型加工的挤压速度为38mm/s，挤压比为12。