銅合金齒環(huán)基體材料及其制備方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明提供了一種銅合金齒環(huán)基體材料，無(wú)毒且有效降低了銅合金齒環(huán)基體材料的成本；此外，本發(fā)明提供的銅合金齒環(huán)基體材料強(qiáng)度及硬度較高。本發(fā)明另外提供了該銅合金齒環(huán)基體材料的制備方法，通過(guò)Al-Ni-Fe-Si-Mn五元中間合金的制備，可有效降低高熔點(diǎn)元素熔點(diǎn)、提高熔化效率，降低成本。
【專(zhuān)利說(shuō)明】銅合金齒環(huán)基體材料及其制備方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種銅合金材料及其制備方法，尤其涉及一種銅合金齒環(huán)基體材料及 其制備方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 同步器齒環(huán)是汽車(chē)變速箱中換擋用的汽車(chē)零部件，一般情況下材料為銅合金。目 前，為改善齒環(huán)材料的切削性能，業(yè)內(nèi)的銅合金齒環(huán)基體材料一般含有Pb，由于Pb是有毒 的，被國(guó)際環(huán)保組織列入禁用物質(zhì)之列，根據(jù)汽車(chē)行業(yè)《GB/T30512-2014》要求，高含量的 Pb材料生產(chǎn)的零件是禁用的，即使是低含量的也必須進(jìn)行申報(bào)，進(jìn)出口也會(huì)被受阻；此外， 目前的齒環(huán)材料含銅量較高，銅屬于較貴的金屬，因此，目前的齒環(huán)材料成本較高。
[0003]


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 有鑒于此，本發(fā)明的目的在于提出一種無(wú)毒、低成本且強(qiáng)度較高的銅合金齒環(huán)基 體材料及其制備方法。
[0005] 本發(fā)明一方面提供了一種銅合金齒環(huán)基體材料，其由以下質(zhì)量百分比的元素組 成：Cu 55 ?61;Α1 3·5?4·5;Μη 1.2 ?2.0;Si 0· 7 ?1· 3 ;Fe 0· 5 ?1· 1 ; Ni 3. 6?4. 5;余量為Zn。
[0006] 本發(fā)明另一方面提供了一種銅合金齒環(huán)基體材料的制備方法，其包括以下步驟： A，按照各元素組成質(zhì)量百分比提供Al、Ni、Fe、Si、Μη的來(lái)料，加熱熔化后澆注成型，得 到Al-Ni-Fe-Si-Mn五元中間合金； B，按照各元素組成質(zhì)量百分比提供Cu、Zn的來(lái)料，將Cu的來(lái)料、Al-Ni-Fe-Si-Mn五元 中間合金加熱熔化后加 Zn的來(lái)料，繼續(xù)升溫熔化后，調(diào)整元素組成至指定質(zhì)量百分比，澆 注成型后得到所需的銅合金齒環(huán)基體材料。
[0007] 本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比所帶來(lái)的有益效果是：本發(fā)明提供的銅合金齒環(huán)基體材料 無(wú)毒、成本低；此外，本發(fā)明提供的銅合金齒環(huán)基體材料強(qiáng)度及硬度較高。本發(fā)明提供的銅 合金齒環(huán)基體材料的制備方法，通過(guò)Al-Ni-Fe-Si-Mn五元中間合金的制備，可有效降低高 烙點(diǎn)元素烙點(diǎn)、提高烙化效率，降低成本。

【具體實(shí)施方式】
[0008] 下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說(shuō)明，以下實(shí)施例是對(duì)本發(fā)明的解釋而 本發(fā)明并不局限于以下實(shí)施例。本發(fā)明對(duì)其加入量進(jìn)行限定，只是便于本發(fā)明的實(shí)施，并不 說(shuō)明在本發(fā)明所限定的范圍外不能實(shí)施。
[0009] 提供的銅合金齒環(huán)基體材料，其由以下質(zhì)量百分比的元素組成：Cu 55?61 ;A1 3. 5 ?4. 5 ;Mn 1. 2 ?2. 0 ;Si 0· 7 ?1. 3 ;Fe 0· 5 ?1. 1 ;Ni 3. 6 ?4. 5;余量 為Zn。
[0010] 其中，A1的加入可以增強(qiáng)材料的強(qiáng)度；Ni的加入可以提高材料的韌性；Mn、Si的加 入可以形成高硬度的強(qiáng)化相，提高材料的強(qiáng)度。
[0011] 本發(fā)明提供的銅合金齒環(huán)基體材料的制備方法，其包括以下步驟： A，按照各元素組成質(zhì)量百分比提供Al、Ni、Fe、Si、Μη的來(lái)料，加熱熔化后澆注成型，得 到Al-Ni-Fe-Si-Mn五元中間合金； B，按照各元素組成質(zhì)量百分比提供Cu、Zn的來(lái)料，將Cu的來(lái)料、Al-Ni-Fe-Si-Mn五元 中間合金加熱熔化后加 Zn的來(lái)料，繼續(xù)升溫熔化后，調(diào)整元素組成至指定質(zhì)量百分比，澆 注成型后得到所需的銅合金齒環(huán)基體材料。
[0012] 優(yōu)選的，所述步驟A包括以下幾個(gè)步驟： A1，提供按照各元素組成質(zhì)量百分比提供的Al、Ni、Fe、Si、Μη的來(lái)料； Α2,將全部的Ni、Fe及部分的Α1加熱熔化； A3,加入全部的Si及部分的A1，并加熱熔化； A4,加入全部的Mn，并加熱熔化； A5,加入剩余A1，并加熱熔化。
[0013] 通過(guò)將A1分步加入，可利用A1在加熱熔化過(guò)程中放熱的性質(zhì)，降低能耗。具體的， 所述步驟A1中加入1/5?1/4的A1，步驟A2中加入2/5?3/4的A1。
[0014] 更優(yōu)化的，所述步驟A4中邊Μη邊加入冰晶石。冰晶石作為助熔劑可有效降低熔 點(diǎn)。
[0015] 更優(yōu)化的，在所述步驟Α5之后，保持溫度保持在1200?1350°C之間，保溫20? 30min〇
[0016] 優(yōu)選的，所述步驟B包括以下幾個(gè)步驟： B1，將全部的Cu、Al-Ni-Fe-Si-Mn五元中間合金加熱熔化； B2,加入全部的Zn，繼續(xù)升溫熔化； B3,升溫到1100?1150°C，取樣，調(diào)整元素組成至指定質(zhì)量百分比； B4,調(diào)整溫度至1080?1100°C，澆注成型后得到所需的銅合金齒環(huán)基體材料。
[0017] 更優(yōu)選的，可將步驟Μ得到的成型回爐料加入所述步驟B1或B2中。如此，可將 成型回爐料循環(huán)利用，防止浪費(fèi)。
[0018] 更優(yōu)選的，在步驟Β1中的金屬全部熔化后，加冰晶石精煉并除去氧化浮渣。
[0019] 更優(yōu)選的，在步驟Β2中的金屬全部熔化后，加冰晶石精煉并除去氧化浮渣，并加 木炭覆蓋熔化液表面。木炭一方面可起保溫作用，防止在后續(xù)的元素組成調(diào)整過(guò)程中析出 金屬，另一方面也可以防止表面的烙化液被氧化。
[0020] 以下結(jié)合【具體實(shí)施方式】介紹本發(fā)明的銅合金齒環(huán)基體材料及其制備方法。
[0021] 實(shí)施例一 提供 58. 6kg 的 Cu、29. 83kg 的 Ζη，1. lkg 的 Si，3. 9kg 的 Ni，4. lkg 的 Α1，1. 67kg 的 Μη， 0. 8kg的Fe作為來(lái)料。
[0022] Al-Ni-Fe-Si-Mn五元中間合金的制備步驟如下：先放1/5?1/4的Al、全部的Ni 和Fe到中頻電爐內(nèi)；升溫熔化，待Al、Ni、Fe全部熔化后，放入剩余1/2的Al及全部的Si， 升溫熔化；待Si熔化后，升溫，待溶液顏色變淺后，加入全部的Mn，邊加 Μη邊加入冰晶石； 待Μη溶化后加入剩余的Α1進(jìn)彳了溶化；待全部來(lái)料溶化后，保溫20?30min，保持溫度保持 在1200?1350°C之間，保證高熔點(diǎn)金屬能全部熔化；然后攪拌、靜置并除去氧化浮渣；最后 燒注成型Al-Ni-Fe-Si-Mn五元中間合金。
[0023] Al-Ni-Fe-Si-Mn五元中間合金澆注成型后將爐膛清理干凈，加入全部的Cu、 Al-Ni-Fe-Si-Mn五元中間合金及部分冰晶石，升溫熔化，繼續(xù)加入成型回爐料；待上述材 料熔化后，加冰晶石精煉并除去氧化浮渣，繼續(xù)加入成型回爐料并加冰晶石，升溫熔化，沸 騰2分鐘左右；撈凈氧化浮渣后加入成型回爐料降溫，然后加入全部的Zn，繼續(xù)升溫熔化； 待材料全部熔化完后，升溫沸騰2?3分鐘，加入冰晶石攪拌，并除去氧化浮渣，然后加木 炭覆蓋熔化液表面；升溫到1100?1150°C，靜置，取樣，調(diào)整元素組成至指定質(zhì)量百分比； 調(diào)整溫度至1080?1KKTC，半連鑄成Φ 205 X 4200mm的鑄錠；將鑄錠切斷至一定長(zhǎng)度擠壓 錠，后在700?780°C下擠壓到所需規(guī)格管材。
[0024] 實(shí)施例二 提供 58. 9kg 的 Cu、29. 53kg 的 Zn，1. 06kg 的 Si，3. 95kg 的 Ni，4. 03kg 的 Al，1. 68kg 的 Mn，0. 85kg的Fe作為來(lái)料。
[0025] 其余制備過(guò)程與實(shí)施例一相同。
[0026] 實(shí)施例三 提供 59. 2kg 的 Cu、29. 5kg 的 Zn，1. 03kg 的 Si，3. 86kg 的 Ni，3. 96kg 的 Al，1. 66kg 的 Mn，0. 79kg的Fe作為來(lái)料。
[0027] 其余制備過(guò)程與實(shí)施例一相同。
[0028] 將最終得到的管材分別取樣進(jìn)行化學(xué)成分分析，化學(xué)成分和硬度結(jié)果見(jiàn)表1。
[0029] 表 1

【權(quán)利要求】
1. 一種銅合金齒環(huán)基體材料，其由以下質(zhì)量百分比的元素組成： Cu55 ?61 ; A13. 5 ?4. 5 ; Mnl. 2 ?2. 0 ; SiO. 7 ?1. 3 ; FeO. 5 ?1. 1 ; Ni3. 6 ?4. 5; 余量為Zn。
2. 如權(quán)利要求1所述的銅合金齒環(huán)基體材料的制備方法，其包括以下步驟： A，按照各元素組成質(zhì)量百分比提供Al、Ni、Fe、Si、Μη的來(lái)料，加熱熔化后澆注成型，得 到Al-Ni-Fe-Si-Mn五元中間合金； B，按照各元素組成質(zhì)量百分比提供Cu、Zn的來(lái)料，將Cu的來(lái)料、Al-Ni-Fe-Si-Mn五元 中間合金加熱熔化后加 Zn的來(lái)料，繼續(xù)升溫熔化后，調(diào)整元素組成至指定質(zhì)量百分比，澆 注成型后得到所需的銅合金齒環(huán)基體材料。
3. 如權(quán)利要求2所述的銅合金齒環(huán)基體材料的制備方法，其特征在于：所述步驟A包 括以下幾個(gè)步驟： A1，提供按照各元素組成質(zhì)量百分比提供的Al、Ni、Fe、Si、Μη的來(lái)料； Α2,將全部的Ni、Fe及部分的Α1加熱熔化； A3,加入全部的Si及部分的A1，并加熱熔化； A4,加入全部的Mn，并加熱熔化； A5,加入剩余A1，并加熱熔化。
4. 如權(quán)利要求3所述的銅合金齒環(huán)基體材料的制備方法，其特征在于：所述步驟A4中 邊Μη邊加入冰晶石。
5. 如權(quán)利要求3所述的銅合金齒環(huán)基體材料的制備方法，其特征在于：所述步驟Α1中 加入1/5?1/4的Α1，步驟Α2中加入2/5?3/4的Α1。
6. 如權(quán)利要求3所述的銅合金齒環(huán)基體材料的制備方法，其特征在于：在所述步驟Α5 之后，保持溫度保持在1200?1350°C之間，保溫20?30min。
7. 如權(quán)利要求2所述的銅合金齒環(huán)基體材料的制備方法，其特征在于：所述步驟B包 括以下幾個(gè)步驟： B1，將全部的Cu、Al-Ni-Fe-Si-Mn五元中間合金加熱熔化； B2,加入全部的Zn，繼續(xù)升溫熔化； B3,升溫到1100?1150°C，取樣，調(diào)整元素組成至指定質(zhì)量百分比； B4,調(diào)整溫度至1080?1100°C，澆注成型后得到所需的銅合金齒環(huán)基體材料。
8. 如權(quán)利要求7所述的銅合金齒環(huán)基體材料的制備方法，其特征在于：將步驟Μ得到 的成型回爐料加入所述步驟Β1或Β2中。
9. 如權(quán)利要求7所述的銅合金齒環(huán)基體材料的制備方法，其特征在于：在步驟Β1中的 金屬全部熔化后，加冰晶石精煉并除去氧化浮渣。
10. 如權(quán)利要求7所述的銅合金齒環(huán)基體材料的制備方法，其特征在于：在步驟Β2中 的金屬全部熔化后，加冰晶石精煉并除去氧化浮渣，并加木炭覆蓋熔化液表面。
【文檔編號(hào)】C22C9/04GK104152743SQ201410375285
【公開(kāi)日】2014年11月19日 申請(qǐng)日期:2014年8月1日 優(yōu)先權(quán)日:2014年8月1日
【發(fā)明者】葉甲旺, 姚聯(lián), 徐星輝, 李論 申請(qǐng)人:武漢泛洲中越合金有限公司