用于制造涡轮的铜合金及制备方法与流程

本发明涉及一种用于制造涡轮的铜合金及制备方法。
背景技术：
：铜合金具有较高的力学性能和耐磨性能，很高的导热性和导电性，是工业生产中广泛应用的结构材料之一。铜合金因具有良好的力学性能和切削加工性能，广泛应用在卫生洁具、水暖器材、仪器仪表、液压阀门等方面。虽然铜结晶温度范围小、充型能力强，有自发的除气作用等，但由于铜在凝固过程容易形成粗大的柱状晶体，铸造组织粗化，在铸造过程中容易热裂和使用过程存在渗漏等现象，影响其使用性能，特别在一些高硬度场合下由于高频的冲击引导对于铜合金的晶体抗热裂和致密性、硬度均有着极高的要求，如何提高铜合金晶体细密度、硬度，降低合金中杂质一直是本领域技术人员研究的对象。技术实现要素：本发明提供了一种铜合金柱状晶体细化、杂质含量低、硬度高不易裂的用于制造涡轮的铜合金及制备方法。一种用于制造涡轮的铜合金，包括重量百分比为：0.1-1%Sn、20-23%Zn、2.5-4%Mn、2.0-4.0%Fe、0.1-1.0%Pb、3.0-6.0%Al、1.0-3.0%Ni，余量为Cu。本发明以铜为基材添加Sn、Zn、Mn、Fe、Pb、Al、Ni等元素合理调节铜的金属特性达到了新型合金抗拉强度≥650、拉伸率≥18，硬度HB180-210的技术特性，具有铸造性能好、耐磨损、强度高等技术优点。所述的Cu中杂质重量比为As%≤0.01，Si%≤0.05。所述的Cu中含有硼、钛、锆，其中硼、钛、锆占Cu重量的0.02-0.03%。上述元素在占Cu重量的0.02-0.03%范围内显著细化了铜合金的晶粒，使得铜合金的致密性大大提高。所述的硼、钛、锆的重量比为2:1:1。一种用于制造涡轮的铜合金制备方法：（1）在炉中将坩埚预热至暗红色（500℃）,加入配制好的熔剂重量成分比为：20%冰晶石十20%氟化钙十60%氟化钠。（2）将Cu装入预热后的坩埚中快速熔化。（3）将铜熔化后加入合金重量0.1-1%Sn、20-23%Zn、2.5-4%Mn、2.0-4.0%Fe、0.1-1.0%Pb、3.0-6.0%Al、1.0-3.0%Ni，搅拌棒将其压入；这时因放热反应使很快熔化，并将合金温度迅速升至1200℃以上。（4）加入预先留下的5-10%铜，以调整温度，最后调整合金液的温度为1150-1175℃。然后通入氯气3-5min进行除气精炼、搅拌除渣、出炉浇铸。（5）离心铸造模具预热温度为160-200℃，模具工作温度为60-80℃；冷却速度为10-104K/秒。所述的步骤2、4中的Cu中含有硼、钛、锆，其中硼、钛、锆占Cu重量的0.02-0.03%。所述的步骤2、4中的Cu为两个半圆相互扣合构成的铜球结构，铜球内置有椰壳制造的活性炭。该种铜球结构将椰壳制造的活性炭带入铜液内部，并且随着铜球的融化，活性炭在溶液内部与铜的氧化物发生还原反应，并且由于活性炭的质量较轻，其反应的过程中会上浮，这种上浮不仅可以发生更加充分的还原反应，而且改善了铜溶液的流动性，最终大量的活性炭随着上浮的杂质在铜液表面形成一层抗氧化层，防止铜液发生氧化反应，进一步提高铜液的纯度。所述的椰壳制造的活性炭在置入铜球前浸润24小时的氮气。由于活性炭良好的吸附性能，特别是椰壳制造的活性炭气相吸附性能更好，其吸附的大量氮气受热汽化形成大量的细密的气泡，使得铜液内的有害金属以及氢等元素非常充分的被杂质带离浮起。所述的步骤2、4中的Cu为螺旋形管状结构，管体内填充椰壳制造的活性炭。螺旋形管状结构的铜合金也就是将椰壳制造的活性炭的形状改变为螺旋形，这种螺旋形活性炭随着铜的融化，活性炭在溶液内部与铜的氧化物发生还原反应，并且由于活性炭的质量较轻，其反应的过程中会上浮，这种上浮不仅可以发生更加充分的还原反应，而且改善了铜溶液的流动性，最终大量的活性炭随着上浮的杂质在铜液表面形成一层抗氧化层，防止铜液发生氧化反应，进一步提高铜液的纯度。所述的椰壳制造的活性炭在置入铜球前浸润24小时的氮气。由于活性炭良好的吸附性能，特别是椰壳制造的活性炭气相吸附性能更好，其吸附的大量氮气受热汽化形成大量的细密的气泡，使得铜液内的有害金属以及氢等元素非常充分的被杂质带离浮起。本发明通过以铜为基材添加Sn、Zn、Mn、Fe、Pb、Al、Ni等元素合理调节铜的金属特性达到了新型合金抗拉强度≥650、拉伸率≥18，硬度HB180-210的技术特性，具有铸造性能好、耐磨损、强度高等技术优点。附图说明如图1所示为普通方法制造的实施例1的铸态组织示意图；如图2所示为采用本发明制备方法制造的实施例1铸态组织示意图；如图3所示为采用本发明制备方法制造的实施例6铸态组织示意图；如图4所示为采用本发明制备方法制造的实施例5、实施例7铸态组织示意图。具体实施方式实施例1：一种用于制造涡轮的铜合金，包括重量百分比为：0.1%Sn、20%Zn、2.5%Mn、2.0%Fe、0.1%Pb、3.0%Al、1.0%Ni，余量为Cu。实施例2：一种用于制造涡轮的铜合金，包括重量百分比为：0.5%Sn、21%Zn、3%Mn、3%Fe、0.5%Pb、4.0%Al、2.0%Ni，余量为Cu。实施例3：一种用于制造涡轮的铜合金，包括重量百分比为：1%Sn、23%Zn、4.0%Mn、4.0%Fe、1%Pb、6.0%Al、3.0%Ni，余量为Cu。实施例4：一种用于制造涡轮的铜合金，包括重量百分比为：0.1%Sn、20%Zn、2.5%Mn、2.0%Fe、0.1%Pb、3.0%Al、1.0%Ni，余量为Cu，其中Cu为合金，Cu中含有硼、钛、锆，其中硼、钛、锆占Cu重量的0.02%，硼、钛、锆重量比为2:1:1。实施例5：一种用于制造涡轮的铜合金，包括重量百分比为：0.5%Sn、21%Zn、3%Mn、3%Fe、0.5%Pb、4.0%Al、2.0%Ni，余量为Cu，其中Cu为合金，Cu中含有硼、钛、锆，其中硼、钛、锆占Cu重量的0.025%，硼、钛、锆重量比为2:1:1。实施例6：一种用于制造涡轮的铜合金，包括重量百分比为：1%Sn、23%Zn、4.0%Mn、4.0%Fe、1%Pb、6.0%Al、3.0%Ni，余量为Cu，其中Cu为合金，Cu中含有硼、钛、锆，其中硼、钛、锆占Cu重量的0.03%，硼、钛、锆重量比为2:1:1。实施例7：一种用于制造涡轮的铜合金，包括重量百分比为：1%Sn、23%Zn、4.0%Mn、4.0%Fe、1%Pb、6.0%Al、3.0%Ni，余量为Cu，其中Cu为合金，Cu中含有硼、钛、锆，其中硼、钛、锆占Cu重量的0.04%，硼、钛、锆重量比为2:1:1。对于上述实施例的制备方法：方法1（1）在炉中将坩埚预热至暗红色（500℃）,加入配制好的熔剂重量成分比为：20%冰晶石十20%氟化钙十60%氟化钠。（2）将Cu装入预热后的坩埚中快速熔化，Cu为两个半圆相互扣合构成的铜球结构，铜球内置有椰壳制造的活性炭，椰壳制造的活性炭在置入铜球前浸润24小时的氮气。（3）将铜熔化后加入实施例中的Sn、Zn、Mn、Fe、Pb、Al、Ni，搅拌棒将其压入；这时因放热反应使很快熔化，并将合金温度迅速升至1200℃以上。（4）加入预先留下的5-10%铜，以调整温度，最后调整合金液的温度为1150-1175℃。然后通入氯气3-5min进行除气精炼、搅拌除渣、出炉浇铸，Cu为两个半圆相互扣合构成的铜球结构，铜球内置有椰壳制造的活性炭，椰壳制造的活性炭在置入铜球前浸润24小时的氮气。（5）离心铸造模具预热温度为160-200℃，模具工作温度为60-80℃；冷却速度为10-104K/秒。最终将杂质成分控制在Cu中杂质重量比为As%≤0.01，Si%≤0.05。实施例1-7采用上述方法制备后合金的物理、机械性能列表如下：方法1抗拉强度拉伸率硬度实施例165018180实施例266019200实施例368020210实施例469021230实施例570022240实施例671023250实施例772022242另一种对于上述实施例的制备方法：方法2：（1）在炉中将坩埚预热至暗红色（500℃）,加入配制好的熔剂重量成分比为：20%冰晶石十20%氟化钙十60%氟化钠。（2）将Cu装入预热后的坩埚中快速熔化，Cu为螺旋形管状结构，管体内填充椰壳制造的活性炭，椰壳制造的活性炭在置入铜球前浸润24小时的氮气。（3）将铜熔化后加入实施例中的Sn、Zn、Mn、Fe、Pb、Al、Ni，搅拌棒将其压入；这时因放热反应使很快熔化，并将合金温度迅速升至1200℃以上。（4）加入预先留下的5-10%铜，以调整温度，最后调整合金液的温度为1150-1175℃。然后通入氯气3-5min进行除气精炼、搅拌除渣、出炉浇铸，Cu为螺旋形管状结构，管体内填充椰壳制造的活性炭，椰壳制造的活性炭在置入铜球前浸润24小时的氮气。（5）离心铸造模具预热温度为160-200℃，模具工作温度为60-80℃；冷却速度为10-104K/秒。最终将杂质成分控制在Cu中杂质重量比为As%≤0.01，Si%≤0.05。实施例1-7采用上述方法制备后合金的物理、机械性能列表如下：方法1抗拉强度拉伸率硬度实施例165018.2180实施例266019.2200实施例368020.2210实施例469021.4230实施例570022.4240实施例671023.4250实施例772022.4242为了进一步验证合金细密性能，对普通方法制造的实施例1和采用本发明方法制造的实施例1，分别进行组织对比。图1是普通方法制造的实施例1铸态组织，结合二元相图分析，其组织为白色的α相和黑色的β相。图2是本发明方法制造的实施例1铸态组织，图1组织中的α相呈粗片状分布，板条较长。图2组织α相β相均有不同程度的细化。图3是本发明方法制造的实施例6铸态组织，图3组织中α相β相相对图2有进一步的细化。图4是本发明方法制造的实施例5、实施例7铸态组织，图4组织中α相β相相对图3有明显的粗化现象。通过图1和图2的对比，结合本发明铜合金的物理、机械性能可以看出本发明的制备方法具有细化晶体颗粒的技术效果。图3、图4说明硼、钛、锆在占Cu重量的0.02-0.03%范围内具有良好的细化性能。对于过量加入会使铜合金组织变粗，这与过多的硼、钛、锆加入会造成元素在熔体中形成的难融质点偏析程度增加，保温时晶核发生集聚长大，使细化效果下降有关。当前第1页1 2 3