一種能提高摩擦磨損性能的銅鋁鐵鎳錳鉻硅合金的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于銅合金技術(shù)領(lǐng)域,特指一種能提高摩擦磨損性能的銅鋁鐵鎳錳鉻硅合金。
【背景技術(shù)】
[0002]銅鋁基合金具有優(yōu)良的機(jī)械、耐蝕、耐磨性能,作為理想的機(jī)器結(jié)構(gòu)材料,通常用來(lái)制造復(fù)雜工況下的閥門、齒輪、蝸輪、軸套及螺旋槳等??茖W(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展,迫切需要進(jìn)一步提高銅鋁基合金的強(qiáng)度、硬度及耐磨性能。銅鋁基合金的性能受許多條件的影響。材料的性能是由其內(nèi)部的微觀組織結(jié)構(gòu)所決定的。一直以來(lái),合金的化學(xué)成分對(duì)其組織性能的影響備受國(guó)內(nèi)外研究者的青睞,國(guó)內(nèi)外學(xué)者通過(guò)合金成分優(yōu)化設(shè)計(jì)來(lái)探索其微觀組織和性能之間的關(guān)系,從而為提高該合金的使用性能提供了新的解決思路。合金中各種元素成分的差異對(duì)合金的組織性能有直接的影響。
[0003]在冶金工業(yè)中,稀土常被稱作是金屬材料的“維生素”。其特點(diǎn)是以少量甚至微量的稀土作用于合金中,便能顯著的提高其綜合性能。稀土元素在銅合金中主要用于改善熱加工性能和鑄件組織,防止偏析;獲得高強(qiáng)度、良好的摩擦磨損性能、熱疲勞性能以及耐腐蝕性能。銅合金中加入稀土元素能改善銅的組織結(jié)構(gòu)、機(jī)械性能和導(dǎo)電性。合金的硬度和抗拉強(qiáng)度隨著稀土元素含量的增加而增加,同時(shí)合金的塑性也到達(dá)很好的效果。銅鋁基合金具有強(qiáng)度高、耐磨性能好、鑄造性能優(yōu)良、熔煉工藝簡(jiǎn)單、耗能少、無(wú)污染及原材料成本低等一系列優(yōu)點(diǎn),因而受到國(guó)內(nèi)外專家的普遍重視,因此鋁青銅合金具有很強(qiáng)的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力?;诖?,本發(fā)明開(kāi)發(fā)出一種能提高摩擦磨損性能的銅鋁鐵鎳錳鉻硅合金。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0004]一種能提高摩擦磨損性能的銅鋁鐵鎳錳鉻硅合金,其特征為:以電解銅、工業(yè)鋁錠AOO號(hào)、普通不含銹的鐵釘、電解鎳、電解錳、電解鉻、結(jié)晶硅、復(fù)合稀土添加劑,(組分按重量百分比計(jì)算,NdlO-15 %、Tb8-12 %、V7-10 %、Sb7_10 %、Ce6_9 %、La+Sc+Sm+Er+Yb+Lu+Gd+Nb+Ti+Ba合計(jì)為15_20%,余量為銅。)為原料。成分按重量百分比計(jì)算,按 A19-10%、Fe4-5%、Ni3-4%、Mnl.5-2.5%,Cr0.8-1.2%,S1.35-0.4%、復(fù)合稀土添加劑0-1.2%、余量是銅的比例稱重后在感應(yīng)熔煉爐中熔煉。熔煉工藝為:先加入鋁錠、電解銅、普通不含銹的鐵釘、電解鎳、電解錳、電解鉻、結(jié)晶硅、復(fù)合稀土添加劑,待材料全部熔化后,升溫至125(T130(TC時(shí)保溫4min-6 min使各元素均勻化,然后撒入銅合金用精煉除渣劑,靜置5min-4min后扒渣除氣,待溫度為120(Tl25(rC時(shí)準(zhǔn)備澆注。鑄造工藝為:砂型鑄造,底板為金屬型,金屬型內(nèi)部通水冷卻,將熔煉好的銅招鐵鎳猛鉻娃合金液燒鑄成長(zhǎng)250_、寬40_、高70_的毛坯,根據(jù)加入復(fù)合稀土添加劑的含量不同,澆鑄出七組復(fù)合稀土添加劑含量不同的銅鋁鐵鎳錳合金毛坯,其復(fù)合稀土添加劑加入量分別為0%、0.2%、0.4%、0.6%、0.8%、1.0%、1.2%。再在毛坯上取樣,通過(guò)線切割加工出摩擦磨損試樣,摩擦磨損試樣為長(zhǎng)19.5mm、寬10mm、高8mm。對(duì)磨件的尺寸為外徑Φ40 mm,內(nèi)孔Φ16 mm,厚度10 mm,對(duì)磨件的材質(zhì)為40Cr,硬度50 - 55HRC。摩擦磨損是在國(guó)產(chǎn)MM-2000型銷盤式試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行。磨損量以試樣磨損前后的質(zhì)量差來(lái)衡量,稱量采用MAllO電子分析天平,精度為0.00019g。摩擦磨損類型為油潤(rùn)滑摩擦磨損,所用潤(rùn)滑油為30#機(jī)油。各試樣開(kāi)始試驗(yàn)前,先進(jìn)行30min的預(yù)跑合,跑合完畢后測(cè)定原始重量,然后加載至預(yù)定的載重進(jìn)行磨損試驗(yàn)。摩擦磨損試驗(yàn)結(jié)束后,將試樣用丙酮超聲清洗30min,再測(cè)定試樣的重量,并計(jì)算出試樣的磨損量(磨損失重)。每次測(cè)試前試樣和對(duì)磨件都要用丙酮清洗,每次測(cè)試后下一次測(cè)試前要將對(duì)磨件用砂紙磨到1200號(hào),防止下一次測(cè)試時(shí)對(duì)磨件的表面粗糙度發(fā)生變化。實(shí)驗(yàn)中上試樣固定不動(dòng),下試樣轉(zhuǎn)速為400r/min。
【附圖說(shuō)明】
[0005]圖1在不同的載荷下,復(fù)合稀土添加劑含量不同時(shí)的磨損量 ? — 300N,■— 600N, A- 900N, X — 1200N
圖2載荷900N時(shí)未加入復(fù)合稀土添加劑銅鋁基合金表面磨損形貌圖3載荷900N時(shí)加入復(fù)合稀土添加劑0.4%銅鋁基合金表面磨損形貌圖4載荷900N時(shí)加入復(fù)合稀土添加劑0.8%銅鋁基合金表面磨損形貌圖5載荷900N時(shí)加入復(fù)合稀土添加劑1.2%銅鋁基合金表面磨損形貌圖1所示為300N、600N、900N、1200N四種不同載荷下,不同復(fù)合稀土添加劑含量銅鋁基合金試樣與40Cr鋼圓環(huán)對(duì)磨4小時(shí)的磨損量曲線圖。由圖1可見(jiàn),在4種載荷下,添加復(fù)合稀土添加劑銅鋁基合金的耐磨性能均優(yōu)于未加復(fù)合稀土添加劑銅鋁基合金的耐磨性能,且磨損量均隨復(fù)合稀土添加劑含量的增加呈現(xiàn)先減小再增大的變化規(guī)律。分析數(shù)據(jù)還可以發(fā)現(xiàn),當(dāng)復(fù)合稀土添加劑加入量小于0.8%時(shí),銅鋁基合金的磨損量隨稀土加入量的增加而減小,而當(dāng)復(fù)合稀土添加劑含量從1.0%增大到1.2%時(shí),銅鋁基合金的磨損量又開(kāi)始增加,顯然在,加入0.6 — 0.8%復(fù)合稀土添加劑的銅鋁基合金具有最好的耐磨性能。
[0006]圖2 —圖5所示為復(fù)合稀土添加劑加入量不同時(shí),銅招基合金在900N載荷條件下磨損4小時(shí)的磨面SEM形貌照片。由圖2可見(jiàn),未加復(fù)合稀土添加劑時(shí),銅鋁基合金的磨損表面十分粗糙,在磨痕處可以發(fā)現(xiàn)基體金屬受到擠壓而產(chǎn)生的很大塑性變形,材料大面積出現(xiàn)層狀剝落現(xiàn)象,同時(shí)發(fā)現(xiàn)有撕脫的跡象。
[0007]圖3為加入0.4%復(fù)合稀土添加劑時(shí),銅鋁基合金的磨損表面,與未加復(fù)合稀土添加劑銅鋁基合金磨面比較發(fā)現(xiàn),銅鋁基合金的塑性變形輕微,銅鋁基合金的磨損量明顯減少。當(dāng)復(fù)合稀土添加劑加入量達(dá)到0.8%時(shí),磨損表面如圖4所示,可見(jiàn)磨損表面比較平整,犁溝細(xì)而淺,銅鋁基合金的磨損性能明顯提高。復(fù)合稀土添加劑含量為%1.2時(shí)(圖5),磨損又開(kāi)始加重,體現(xiàn)為犁溝的數(shù)量、深度、帶寬均有不同程度增力口。此外,在磨痕之間出現(xiàn)淺層剝落現(xiàn)象。
[0008]
【具體實(shí)施方式】
實(shí)施例1
以電解銅、工業(yè)鋁錠AOO號(hào)、普通不含銹的鐵釘、電解鎳、電解錳、電解鉻、結(jié)晶硅、復(fù)合稀土添加劑,(組分按重量百分比計(jì)算,NdlO-15%、Tb8-12%、V7-10%、Sb7_10%、Ce6_9%、La+Sc+Sm+Er+Yb+Lu+Gd+Nb+Ti+Ba合計(jì)為15_20%,余量為銅。)為原料。成分按重量百分比計(jì)算,按 A19-10%、Fe4-5%、Ni3-4%, Mnl.5-2.5%、Cr0.8-1.2%、S1.35-0.4%、復(fù)合稀土添加劑0.4%、余量是銅的比例稱重后在感應(yīng)熔煉爐中熔煉。熔煉工藝為:先加入鋁錠、電解銅、普通不含銹的鐵釘、電解鎳、電解錳、電解鉻、結(jié)晶硅、復(fù)合稀土添加劑,待材料全部熔化后,升溫至125(T130(TC時(shí)保溫4min-6 min使各元素均勻化,然后撒入銅合金用精煉除渣劑,靜置5min-4min后扒渣除氣,待溫度為120(Tl25(rC時(shí)準(zhǔn)備澆注。鑄造工藝為:砂型鑄造,底板為金屬型,金屬型內(nèi)部通水冷卻,將熔煉好的銅招鐵鎳猛鉻娃合金液燒鑄成長(zhǎng)250_、寬40mm、高70mm的毛坯。再在毛坯上取樣,通過(guò)線切割加工出摩擦磨損試樣,摩擦磨損試樣為長(zhǎng)19.5mm、寬10mm、高8mm。對(duì)磨件的尺寸為外徑Φ40 mm,內(nèi)孔Φ16 mm,厚度10 mm,對(duì)磨件的材質(zhì)為40Cr,硬度50 — 55HRC。摩擦磨損是在國(guó)產(chǎn)MM-2000型銷盤式試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行。磨損量以試樣磨損前后的質(zhì)量差來(lái)衡量,稱量采用MAllO電子分析天平,精度為0.00019g。摩擦磨損類型為油潤(rùn)滑摩擦磨損,所用潤(rùn)滑油為30#機(jī)油。各試樣開(kāi)始試驗(yàn)前,先進(jìn)行30min的預(yù)跑合,跑合完畢后測(cè)定原始重量,然后加載至預(yù)定的載重進(jìn)行磨損試驗(yàn)。摩擦磨損試驗(yàn)結(jié)束后,將試樣用丙酮超聲清洗30min,再測(cè)定試樣的重量,并計(jì)算出試樣的磨損量(磨損失重)。每次測(cè)試前試樣和對(duì)磨件都要用丙酮清洗,每次測(cè)試后下一次測(cè)試前要將對(duì)磨件用砂紙磨到1200號(hào),防止下一次測(cè)試時(shí)對(duì)磨件的表面粗糙度發(fā)生變化。實(shí)驗(yàn)中上試樣固定不動(dòng),下試樣轉(zhuǎn)速為400r/min。由圖1可以看出,復(fù)合稀土添加劑加入量為0.4%時(shí),在300N、600N、900N、1200N不同的載荷下,銅鋁鐵鎳錳鉻硅合金的磨損量分別為7mg、18 mg、39mg、66mg。
[0009] 實(shí)施例2
以電解銅、工業(yè)鋁錠AOO號(hào)、普通不含銹的鐵釘、電解鎳、電解錳、電解鉻、結(jié)晶硅、復(fù)合稀土添加劑,(組分按重量百分比計(jì)算,NdlO-15%、Tb8-12%、V7-10%、Sb7_10%、Ce6_9%、La+Sc+Sm+Er+Yb+Lu+Gd+Nb+Ti+Ba合計(jì)為15_20%,余量為銅。)為原料。成分按重量百分比計(jì)算,按 A19-10%、Fe4-5%、Ni3-4%, Mnl.5-2.5%、Cr0.8-1.2%、S1.35-0.4%、復(fù)合稀土添加劑0.8%、余量是銅的比例稱重后在感應(yīng)熔煉爐中熔煉。熔煉工藝為:先加入鋁錠、電解銅、普通不含銹的鐵釘、電解鎳、電解錳、電解鉻、結(jié)晶硅、復(fù)合稀土添加劑,待材料全部熔化后,升溫至125(T130(TC時(shí)保溫4min-6 min使各元素均勻化,然后撒入銅合金用精煉除渣劑,靜置5min-4min后扒渣除氣,待溫度為