一种铝镍青铜塑料模具材料及其制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及铜合金塑料模具材料领域，特别是涉及一种承受压应力、压延用新型 铝镍青铜塑料制品成型模具材料及其制备方法。
【背景技术】
[0002] 随着现代工业的发展和科技的进步，高分子塑料在现代工业和人们日常生活中用 途与用量迅猛增长，高分子塑料制品品种日益增多，人们对塑料制品的内在质量、尺寸精 度和外观要求也日益提高，用传统的铁合金模具材料制作塑料制品成型模具其导热、散热 性，使用寿命，精密塑料模具加工性，几何尺寸的加工精度和表面光洁度，以及用铁合金模 具材料制作塑料制品精度、表面光洁美观、饰纹清晰程度远不及铜合金模具材料。中国发 明专利200710035227X所述"一种重力低压铸造用低铍铜合金模具材料"，其成分百分比： Be0.5% ~0.8%，Ni 0.9% ~1.2%，Co 0.9% ~1.2%，Ti 0.01% ~0.05%，其余为 Cu。 该合金不含铝，具有较高的强度、硬度和塑性，其硬度HV3Q多200,导电率IACS多50%，抗 拉强度彡700MPa，屈服强度彡500MPa，伸长率彡10%，适用于制造重力低压铸造模具。该 合金不含铝元素，其强度、硬度、压缩强度、耐热疲劳性、耐磨性和耐蚀性远不及本发明的 铝镍青铜合金，而且有含量高、有毒性和污染环境的Be元素及价格昂贵的、稀缺Co元素， 制作成本高。兰州理工大学开发研制了一种高铝不含镍的铜合金模具材料CU-14A1-X铝 青铜合金，以取代35&11 〇等合金模具钢来制作压延模具，该合金成分4112%~16%，？6 2.8%~8.6%，211〇.4%~1.0%，1^0.3%，剩余为(：11及其它微量元素。该合金含铝过高、 不含有利于改善韧牲及耐蚀性的Ni元素，固溶时效处理后的抗拉强度700MPa，硬度42HRC， 其冲击功仅为7J，其韧牲很低。适用于制作拉伸、挤压不锈钢板式换热器的模具。本发明研 制铝青铜合金塑料模具材料具有良好的铸造性，高强度、高硬度，优异的导热性、耐热疲劳 性及良好的耐磨、耐蚀等特点。我国模具行业的快速发展，对模具材料依靠进口，这就导致 企业生产成本很高。针对国内设备、工艺水平的实际情况，实现该种铜合金塑料模具材料的 国产化也就迫在眉睫。
【发明内容】
[0003] 本发明的目的是为了解决和克服现有技术存在的问题和缺陷，根据合金少量多元 交互作用强化的原理，设计并提供一种拉伸及高抗压强度、适用主要承受应力、压延用的新 型铝镍青铜塑料模具材料及其制备方法。本发明的材料具有高强度、高硬度、良好的耐磨 性，优异的导热性和耐热疲劳性。
[0004] 为达到上述目的，本发明解决上述技术问题所采用的一个技术方案是：
[0005] 一种铝镍青铜塑料模具材料，按质量百分比由组分：A1 10%~12%、Ni 3%~ 5%、Fe3% ~5%、Mn 1% ~2%、Ti 0.2% ~0.3%、B 0.2% ~0.3%、Zn 0.05% ~0.1%， 其余为Cu组成，质量总百分比为100%。
[0006] 上述所述的Al、Fe、Ti、B分别为工业纯铝、工业纯铁、工业纯钛、工业纯硼。
[0007] 上述所述的Ni、Mn、Zn、Cu分别为电解镍、电解锰、电解锌、电解铜。
[0008] 为达到上述目的，本发明解决上述技术问题所采用的另一个技术方案是：
[0009] -种铝镍青铜模具材料的制备方法，包括如下步骤：
[0010] 1、组分成分分析和配比
[0011] 对电解铜、电解镍、电解锰、电解锌、工业纯铁、工业纯钛、工业纯铝和工业纯硼进 行化学分析和配比；
[0012] 2、中间合金的制备
[0013] 将电解铜和工业纯铝、电解铜和工业纯硼、电解铜和工业纯钛分别按照质量比：电 解铜：工业纯铝=1:1、电解铜：工业纯硼=50:1、电解铜：工业纯钛=25:3,在真空中频 感应炉中熔炼，制备获得铜铝中间合金、铜硼中间合金及铜钛中间合金；
[0014] 3、塑料模具材料的制备
[0015] (1)将配方中的电解铜、电解镍、电解锰、电解锌、工业纯铁、铜钛中间合金、铜铝中 间合金和铜硼中间合金放在温度为300~350°C的预热坩埚中烘干；
[0016] (2)将剪切成宽40mmX长300mm的电解铜、宽15mmX长120mm的电解镍和直径 6mmX长120mm的工业纯铁，分别加入到高频感应炉中熔化，熔化温度为1190~1230°C ;
[0017] (3)待步骤（2)炉料充分搅拌熔化后，按熔点高低依次分别加入铜钛中间合金和 铜硼中间合金，并加入炉料总量的1. 〇%~1. 2%的覆盖剂，升温至1230~1250°C ;
[0018] (4)待步骤（3)炉料充分搅拌熔化后，加入宽20mmX长120mm的电解锰、宽10mmX 长30mm的电解锌、铜铝中间合金，并加入炉料总量1. 0%~1. 2%的覆盖剂，升温至1250~ 1270°C，待炉料熔化后搅拌扒渣得到塑料模具材料的合金铜液；
[0019] (5)将步骤（4)的合金铜液出炉，撒入炉料总量1. 0%~1. 2%的干草木灰集渣，静 置lmin后扒渣、挡渣，浇注入铁模，并在浇注补缩冒口上方撒入炉料总量0. 8%~1. 0%的 保温剂，获得成分均匀、无夹渣、无气孔的塑料模具材料的合金铸锭；
[0020] (6)将步骤（5)获得的合金铸锭，清砂处理，切除浇注系统，车削剥皮去除表面铸 造缺陷；
[0021] (7)根据模具尺寸热锻成模具毛坯，然后加热至940°C保温2h水冷固溶，最后将固 溶处理的模具毛坯加热至490°C保温4h空冷时效。
[0022] 其中，步骤（2)和步骤（3)所述的覆盖剂为70%的玻璃+30%硼砂的混合物。
[0023] 步骤（5)所述的保温剂为30% C+20% A1203+15%硼砂+35% (CaO+MgO)的混合 物。
[0024] 步骤（5)所述的浇注的出炉温度为1220~1250°C，浇注温度为1150~1170°C。
[0025] 本发明的特点和有益效果是：
[0026] 1、本发明的材料的组织主要由a相（a-Cu)、0 '相（A1Cu3)、丫2相（A1 4Cu9)和 k相（FeAl)所组成，其中y2相和k相是过饱和固溶体0 '脱溶析出的产物，弥散分布 于基体和晶界上。经固溶时效处理后的抗拉强度840~880MPa，硬度35~45HRC，压缩强 度 1040~1175MPa，热扩散系数为 16. 6~24. 2mm2/s，磨损率为（1. 1~1.8)X 105mg/cm。
[0027] 2、本发明的材料具有更高的压缩强度和良好的导热、散热性，耐热疲劳性，耐磨性 及耐蚀性，模具使用寿命长，经久耐用，使用寿命比传统的铁合金钢塑料模具材料要高出 3~6倍；该合金冷、热加工成型性好，模具加工表面光洁，用作高分子塑料成型，塑料制品 尺寸精度高，纹饰清晰，表面美观，性价比远高于铁合金模具材料。
【具体实施方式】
[0028] 为更加清楚地理解本发明的技术方案，下面结合具体实施例对本发明作进一步的 详细说明。
[0029] 实施例1
[0030] 一、组分成分分析和配比
[0031] 1、对电解铜、电解镍、电解锰、电解锌、工业纯铁、工业纯钛、工业纯铝和工业纯硼 进行化学分析，
[0032] 2、按质量百分比含量配比：A1 11%、Ni 4%、Fe 4%、Mn 1. 5%、Ti 0? 25%、B 0. 25%、Zn 0. 07%，其余为Cu，质量总百分比为100%。
[0033] 二、中间合金的制备
[0034] 将电解铜和工业纯铝、电解铜和工业纯硼、电解铜和工业纯钛分别按照质量比：电 解铜：工业纯铝=1:1、电解铜：工业纯硼=50:1、电解铜：工业纯钛=25:3,在真空中频 感应炉中熔炼，制备获得铜铝中间合金、铜硼中间合金及铜钛中间合金；
[0035] 三、塑料模具材料的制备
[0036] (1)将配方中的电解铜、电解镍、电解锰、电解锌、工业纯铁、铜钛中间合金、铜铝中 间合金和铜硼中间合金放在温度为300~350°C的预热坩埚中烘干；