[发明专利]一种锡铅青铜棒材及其制备方法

说明书

本发明公开了一种锡铅青铜棒材，其特征在于：该锡铅青铜的质量百分比组成为Sn：11.0～13.0wt％，Pb：12.0～14.0wt％，Zn：1.0～3.0wt％，Ni：0.85～3.0wt％，P：0.15～0.50wt％，Ti：0.005～0.05wt％，余量为Cu和不可避免的杂质。通过添加Zn、Ni、P元素并限定添加量，使得合金中Pb颗粒、δ相尺寸减小，分布数量增加，改善了单纯提高Pb含量解决锡铅青铜强度和耐磨性能的问题，实现锡铅青铜棒材的摩擦系数为0.003～0.011，抗拉强度≥400MPa。

技术领域

本发明属于铜合金技术领域，具体涉及一种锡铅青铜棒材及其制备方法。

背景技术

根据Pb含量的范围，将锡铅青铜分为两类：高铅锡铅青铜和低铅锡铅青铜，Pb含量不同，决定了它们的应用领域的不同。高铅产品主要用于生产耐磨材料，低铅产品主要用于生产易切削耐蚀材料，由于游离Pb的自润滑作用，随着Pb含量的提高，锡铅青铜的耐磨性能也得到提高，但是材料的强度下降。

高铅锡铅青铜具有良好的抗滑动磨擦性，优良的切削性能和良好的焊接性能，主要用于制造航空、汽车及其它工业部门中承受磨擦的零件，如汽缸活塞销衬套、轴承和衬套的内衬、副连杆衬套、圆盘和垫圈等。

锡铅青铜中Pb含量提高，虽然能提升材料的耐磨性能，但随之而来的问题是：一、Pb宏观的比重偏析，即整批铜棒Pb含量有高有低；或者组织中的Pb颗粒微观偏析，即Pb颗粒出现团聚，分布不均匀；二、Pb含量的提高降低了的合金强度。Pb偏析带来的问题主要有两个：一是材料的耐磨性能变差；二是锡铅青铜棒材后道加工剥皮容易出现Pb颗粒剥落形成凹坑现象，棒材的表面质量无法满足客户加工要求。

发明内容

本发明所要解决的第一个技术问题是提供一种高强度、高耐磨锡铅青铜棒材。

本发明解决第一个技术问题所采用的技术方案为：一种锡铅青铜棒材，其特征在于：该锡铅青铜的质量百分比组成为Sn：11.0～13.0wt％，Pb：12.0～14.0wt％，Zn：1.0～3.0wt％，Ni：0.85～3.0wt％，P：0.15～0.50wt％，Ti：0.005～0.05wt％，余量为Cu和不可避免的杂质。

Sn：Sn与Cu的原子半径差距最大，Sn在Cu中固溶强化作用最为显著，合金强度和硬度随着Sn含量成正比例提高，当Sn含量超过最大固溶度14％以后，继续提高Sn含量，合金的强度反而下降，因此本发明Sn含量控制在11.0～13.0wt％。

Pb：Pb不固溶于Cu中，它以游离态分布在枝晶间，Pb降低合金的摩擦系数，提高材料的耐磨性和切削性，但会降低力学性能。锡铅青铜组织中的Pb颗粒越细小，数量越多，分布越均匀，合金的耐磨性能越优异，本发明为了实现高的耐磨性能，Pb含量控制在12.0～14.0wt％。

Zn：Zn最重要的作用是能缩小锡铅青铜的结晶温度间隔，减少Sn的反偏析。Zn在Cu中固溶度大，可完全固溶于α相中，可以部分取代贵重金属元素Sn，提高合金的机械性能，锡铅青铜的含锌量在1.0～3.0％时，具有良好的机械性能，但Zn的加入会使锡铅青铜的耐蚀性能有所下降，因此本发明中加入的Zn含量不超过3％。

P：锡铅青铜中，P极限溶解度只有0.15％，P能提高熔体的流动性，缺点是加大铸坯的反偏析，因此，锡铅青铜的P含量一般不超过0.5％，但P含量在0.15％以下时，NiP析出相数量大幅减少，提高合金强度的作用有限，因而本发明P含量应控制在0.15～0.5wt％。

Ni：在锡铅青铜中，Pb含量越高越分布不均匀，Ni有利于加速熔体的凝固和结晶速度，Ni可改善Pb的不均匀分布，并细化组织，从而提高锡铅青铜的耐磨性能，Ni含量太低作用不明显，此外，Ni与合金中的P元素作用形成强化相NiP，进一步提高合金的强度，Ni会增加铜液的粘度，含量过高，铜水流动性变差，铸坯容易出现疏松，因此，本发明合金中Ni：0.85～3.0wt％。