专利名称：锶、钛和硼复合微合金化的锰黄铜及其制备方法
技术领域：
本发明涉及一种锰黄铜及其制备方法，尤其是一种新型锰黄铜合金及其制备方法，具体地说是一种锶、钛和硼复合微合金化的锰黄铜及其制备方法。
背景技术：
锰黄铜是古老的螺旋桨材料，从1876年开始一直沿用至今。与镍铝青铜、高锰铝青铜等螺旋桨材料相比，锰黄铜原材料价格低，铸造工艺性能好，是内河船舶中、小型螺旋桨使用的主要材料之一。但随着内河船舶向着高速化、大型化方向的发展，对锰黄铜螺旋桨材料的性能提出了更高的要求。众所周知，合金化及微合金化是提高锰黄铜组织与性能的有效手段。从锰黄铜的成分(铜(Cu)52 62%，锰(Mn)O. 5 4. 0%，铝(Al)O. 5 3. 0%，锌(Zn)35 40%，铁(Fe)O. 5 2. 5%,镍(Ni) ￡1%,余量为少量杂质元素)来看,该合金尚未进行微合金化。钛(Ti)和硼(B)元 素联合加入到铜合金中，不仅形成TiB2等高熔点物相，在合金凝固过程中对铜合金起到非均质形核作用，细化合金晶粒组织，而且Ti元素在合金凝固后的冷却过程中与Cu形成固溶体和g相等化合物强化合金，显著提高合金的性能。锶(Sr)是一种活性元素，并且在锰黄铜中的固溶度极小，因此，向锰黄铜中加入微量锶(Sr)将对钛(Ti)、硼(B)的烧损起到保护作用，而且在合金凝固后的冷却过程中还将与Cu生成SrCU5、SrCU等金属间化合物，强化合金。到目前为止，我国尚未有一种具有自主知识产权的锶、钛和硼复合微合金化的高性能锰黄铜可供使用。
发明内容
本发明的目的是在锰黄铜主要成分的基础上，通过添加微量锶、钛和硼，发明一种高性能的锰黄铜及其制备方法。本发明的技术方案之一是
一种锶、钛和硼复合微合金化的锰黄铜，其特征是它包括
锶(Sr)，质量百分比为O. ΟΓΟ. 03% ；
钛(Ti)，质量百分比为O. OI O. 05% ；
硼(B)，质量百分比为O. 002 O. 008% ；
猛黄铜，余量；
各组份的质量百分比之和为100%。所述的锰黄铜主要由铜(Cu)、铝(Al)、锰(Mn)、锌(Zn)、铁(Fe)、镍(Ni)、锶(Sr)、钛(Ti)和硼(B)组成，其中，锌(Zn)的质量百分比为35 40%，锰(Mn)的质量百分比为
O.5 4. 0%，铝(Al)的质量百分比为O. 5 3. 0%，铁(Fe)的质量百分比为O. 5 2. 5%，镍(Ni)的质量百分比为￡1. 0%，余量为杂质。本发明的技术方案之二是一种锶、钛和硼复合微合金化的锰黄铜的制备方法，其特征是
首先，将锰黄铜熔化后，依次加入Al-Sr中间合金和AlTiB中间合金，在添加过程中必须按所列次序添加，即必须等前一种中间合金熔化后再加入后一种中间合金；其次，待全部熔化后，倒入浇包，静置后除渣并浇铸成锭；即可获得锶、钛和硼复合微合金化的锰黄铜。所述的Al-Sr中间合金中锶(Sr)质量百分比为8. 901% 10. 879%, AlTiB中间合金中钛(Ti)的质量百分比为4. 509 5. 511%、硼(B)的质量百分比为O. 882% I. 078 %。所述的Al-Sr中间合金中Sr的最佳质量百分比为9. 89%, Al-Ti-B中间合金中Ti的最佳质量百分比为5. 01%、B的质量百分比为O. 98 %。本发明的有益效果是 (I)本发明锶、钛和硼复合微合金化的锰黄铜，具有组织致密、晶粒细小、硬度高、抗腐蚀性好、摩擦系数低等特点。如本发明锶、钛和硼复合微合金化的锰黄铜(以实施例一为例)，其硬度(HV)为188. 3HV，比常规锰黄铜(以对比例一为例)的硬度154. 8 HV提高了21. 6%;再如按国标GB 10124-88 (均匀腐蚀试验方法)，其在3. 5% NaCl (试验温度为20°C )溶液中的均匀腐蚀速率为O. 02391mm/a (以实施例一为例)，比常规锰黄铜(以对比例一为例)的均匀腐蚀速率O. 02654 mm/a降低了 9.9%0(2)本发明锶、钛和硼复合微合金化的锰黄铜(以实施例一为例)，在高频往复摩擦磨损试验机上(频率20Hz，载荷IN，时间lOmin，冲程O. 8^1mm,摩擦对偶件为直径4 mm的Si3N4球)的干摩擦系数为O. 0224，比常规锰黄铜(以对比例一为例)的干摩擦系数O. 0271降低了 17. 3% ;在3. 5%NaCl溶液中的湿摩擦系数为O. 0206 (以实施例一为例)，比原有锰黄铜(以对比例一为例)的湿摩擦系数O. 0253降低了 18. 6%，摩擦系数大幅降低。(3)本发明通过大量的试验获得了理想的制备方法，尤其是通过采用按次序加入各中间合金的方法来控制各组份含量，按本发明的工艺能容易地得到符合要求的微合金化的锰黄铜材料。(4)本发明公开了一种锶、钛和硼复合微合金化的锰黄铜的制备方法，一定程度上打破了国外对高性能锰黄铜的技术封锁。
图I是本发明实施例一的锶、钛和硼复合微合金化的锰黄铜金相组织。图2是本发明对比例一的常规锰黄铜金相组织。
具体实施例方式下面结合附图和实施例对本发明作进一步的说明。实施例一 如图I所示。—种银、钛和硼复合微合金化的猛黄铜,其制备方法
按8. 3624kg配制为例。首先，将8. 3kg市售锰黄铜(其中铜52 62%，锰O. 5 4. 0%，铝O. 5 3. 0%，锌35 40%，铁O. 5^2. 5%,镍￡1%,余量为少量杂质元素，下同)熔化后依次加入21g Al-Sr中间合金(89. 85%A1，9. 89%Sr (可在 8. 901% 10. 879 之间浮动)，0· 16%Fe，0. 10%Si) (Sr 的损失率约为 40%)、41· 4gAlTiB 中间合金(93. 69%A1,5. 01%Ti (可在 4. 509% 5. 511% 之间浮动，损失率约为8%)，O. 98%B (可在O. 882% I. 078 %之间浮动)，0. 19%Fe，0. 13%Si )，所述的中间合金可直接从市场上购置，也可采用常规方法自行配制，熔化过程中等前一种中间合金熔化后再加入后一种中间合金；待全部熔化后，倒入浇包，静置保温f 5min后，除渣并浇铸成锭；即获得锶、钛和硼复合微合金化的锰黄铜。本实施例的锶、钛和硼复合微合金化的锰黄铜经光谱实际测量成分为38. 74%Zn，
I.08 %Mn, I. 87% Al,O. 79% Fe，O. 43%Ni，O. 015% Sr，O. 023%Ti，O. 0045%B，余量为Cu和少量
杂质元素。本实施例的复合微合金化后的锰黄铜组织细小、致密(图1)，其硬度(HV)为188. 3HV，按国标GB 10124-88 (均匀腐蚀试验方法)，其在3. 5% NaCl (试验温度为20°C)溶液中的均匀腐蚀速率为O. 02391mm/a，在高频往复摩擦磨损试验条件下，与Si3N4球对摩时， 在空气中的干摩擦系数为O. 0224，在3. 5%NaCl溶液中的湿摩擦系数为O. 0206。实施例二
一种银、钛和硼复合微合金化的猛黄铜，其制备方法
按8. 3624kg配制为例。首先，将8. 305kg 市售锰黄铜(成分58. 51Cu，38. 47Zn, I. 16Μη，0· 81Α1，0· 72Fe,O. 23Ni，实施例中所有元素符号前的数字均表示质量百分比，下同)熔化后依次加入16g Al-Sr 中间合金(89. 85%A1，9. 89%Sr,0. 16%Fe，0. 10%Si) (Sr 的损失率约为 40%)、41. 4gAlTiB 中间合金(93. 69%Α1，5· 01%Ti, O. 98%Β，0· 19%Fe，0. 13%Si ) (Ti 的损失率约为8%)，所述的中间合金可直接从市场上购置，也可采用常规方法自行配制，熔化过程中等前一种中间合金熔化后再加入后一种中间合金；待全部熔化后，倒入浇包，静置保温Hmin后，除渣并浇铸成锭；即获得锶、钛和硼复合微合金化的锰黄铜。本实施例的复合微合金化后的锰黄铜经光谱实际测量成分为38. 14%Zn，l. 15%Mn, I. 50 % Al, O. 73% Fe, O. 23%Ni,0. 011% Sr，O. 023%Ti，O. 0045%B，余量为 Cu和少量杂质元素。本实施例的复合微合金化锰黄铜组织细小、致密，机械性能与实施例一相类似。实施例三。—种银、钛和硼复合微合金化的猛黄铜,其制备方法
按8. 3624kg配制为例。首先，将8. 304kg市售锰黄铜(其中铜52 62%，锰O. 5^4. 0%，铝O. 5^3. 0%，锌35 40%，铁O. 5 2. 5%，镍￡1%，余量为少量杂质元素，下同)熔化后依次加入42g Al-Sr中间合金(89. 85%A1，9. 89%Sr，0. 16%Fe，0. 10%Si) (Sr 的损失率约为 40%)、19gAlTiB 中间合金(93. 69%Α1，5· 01%Ti, O. 98%Β，0· 19%Fe，0. 13%Si ) (Ti 的损失率约为 8%)，所述的中间合金可直接从市场上购置，也可采用常规方法自行配制，熔化过程中等前一种中间合金熔化后再加入后一种中间合金；待全部熔化后，倒入浇包，静置保温f5min后，除渣并浇铸成锭；即获得锶、钛和硼复合微合金化的锰黄铜。本实施例的锶、钛和硼复合微合金化后的锰黄铜经光谱实际测量成分为38. 74%Zn, I. 08 %Mn, I. 87% Al,O. 79% Fe,O. 43%Ni，0. 03% Sr,O. 01%Ti，0. 002%B，余量为 Cu
和少量杂质元素。
本实施例的复合微合金化锰黄铜组织细小、致密，机械性能与实施例一相类似。实施例四
一种银、钛和硼复合微合金化的猛黄铜，其制备方法
按8. 3624kg配制为例。首先，将8. 259kg 锰黄铜(成分58. 51Cu，38. 47Zn，I. 16Mn，O. 81A1，O. 72Fe，0. 23Ni，实施例中所有元素符号前的数字均表示质量百分比，下同)熔化后依次加入15gAl-Sr 中间合金(89. 85%A1，9. 89%Sr,0. 16%Fe，0. 10%Si) (Sr 的损失率约为 40%)、91gAlTiB中间合金(93. 69%Α1，5· 01%Ti, O. 98%Β，0· 19%Fe，0. 13%Si ) (Ti 的损失率约为8%)，所述的中间合金可直接从市场上购置，也可采用常规方法自行配制，熔化过程中等前一种中间合金熔化后再加入后一种中间合金；待全部熔化后，倒入浇包，静置保温f5min后，除渣并浇铸成锭；即获得锶、钛和硼复合微合金化的锰黄铜。本实施例的复合微合金化后的锰黄铜经光谱实际测量成分为38. 14%Zn，l. 15%Mn, I. 50 % Al,O. 73% Fe,O. 23%Ni,0. 01% Sr，O. 05%Ti，O. 008%B，余量为 Cu 和少量杂质元素。本实施例的复合微合金化锰黄铜组织细小、致密，机械性能与实施例二相类似。对比例一。如图2所示。一种常规锰黄铜，其制备方法
按8. 3624kg配制为例。首先，将8. 3624 kg锰黄铜熔化后，倒入浇包，静置f5min后，除渣并浇铸成锭；SP得规锰黄铜。本对比例的常规锰黄铜经光谱实际测量成分为38. 74%Zn，I. 25 %Μη，0. 81% Al，
O.72% Fe, O. 22%Ni，余量为Cu和少量杂质元素。本对比例的常规锰黄铜组织粗大(图2)，其硬度(HV)为154.8 HV，按国标GB10124-88 (均匀腐蚀试验方法)，其在3. 5% NaCl (试验温度为20°C )溶液中的均匀腐蚀速率为O. 02654 mm/a，在高频往复摩擦磨损试验条件下，与Si3N4球对摩时，在空气中的干摩擦系数为O. 0271，在3. 5%NaCl溶液中的湿摩擦系数为O. 0253。以上仅列出了几个常见锶、钛和硼复合微合金化的锰黄铜的配比及制造方法，本领域的技术人员可以根据上述实施例，适当地调整各组份的配比并严格按上述步骤进行制造，即可获得理想的锶、钛和硼复合微合金化的锰黄铜。·本发明未涉及部分均与现有技术相同或可采用现有技术加以实现。
权利要求
1.一种锶、钛和硼复合微合金化的锰黄铜，其特征是它包括 锶(Sr)，质量百分比为O. ΟΓΟ. 03% ； 钛(Ti)，质量百分比为O. OI O. 05% ； 硼(B)，质量百分比为O. 002 O. 008% ； 猛黄铜，余量； 各组份的质量百分比之和为100%。
2.—种权利要求I所述的锶、钛和硼复合微合金化的锰黄铜的制备方法，其特征在于 首先，将锰黄铜熔化后，依次加入Al-Sr中间合金和AlTiB中间合金，在添加过程中必须按所列次序添加，即必须等前一种中间合金熔化后再加入后一种中间合金； 其次，待全部熔化后，倒入浇包，静置后除渣并浇铸成锭；即可获得锶、钛和硼复合微合金化的的猛黄铜。
3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征是所述的Al-Sr中间合金中锶(Sr)质量百分比为8. 901% 10. 879%,AlTiB中间合金中钛(Ti)的质量百分比为4. 509% 5. 511%、硼(B)的质量百分比为O. 882% I. 078 %。
4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征是所述的Al-Sr中间合金中Sr的最佳质量百分比为9. 89%，AlTiB中间合金中钛(Ti)的最佳质量百分比为5. 01%、硼(B)的最佳质量百分比为O. 98 %。
全文摘要
一种锶、钛和硼复合微合金化的锰黄铜，它主要由锶(Sr)(质量百分比为0.01~0.03%)，钛(Ti)(质量百分比为0.01~0.05%)，硼(B)(质量百分比为0.002~0.008%)和余量的锰黄铜组成，各组份的质量百分比之和为100%。该合金的制备工艺流程为将锰黄铜熔化后，依次加入Al-Sr中间合金和Al-Ti-B中间合金，在添加过程中必须按所列次序添加，即必须等前一种中间合金熔化后再加入后一种中间合金；其次，待全部熔化后，倒入浇包，静置后除渣并浇铸成锭；即可获得锶、钛和硼复合微合金化的锰黄铜。与常规锰黄铜相比，本发明锶、钛和硼复合微合金化的锰黄铜组织细小，其硬度提高21.6％，在3.5%NaCl溶液中的均匀腐蚀速率降低9.9％，并且摩擦系数大幅下降。
文档编号C22C9/04GK102912183SQ201210418158
公开日2013年2月6日 申请日期2012年10月26日 优先权日2012年10月26日
发明者何峰林, 何峰明, 丁志红, 王宏宇, 许晓静, 潘励, 楚满军, 陈树东 申请人:镇江金叶螺旋桨有限公司