一种碳化钛增强无铅锡铜合金棒及其制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及合金棒材领域，具体涉及一种碳化钛增强无铅锡铜合金棒及其制备方 法。
【背景技术】
[0002] 碳化钛是一种碳化钛的材料，熔点高，导热性能好，硬度大，化学稳定好，不水解， 高温抗氧化性好。碳化钛是一种高纯度碳化钛粉末，是由二氧化钛与炭黑在通氢气的碳管 炉或调频真空炉内于1600°C-1800°C高温下反应制得。由于碳化钛硬度大，具有良好的力 学性能，因此它是硬质合金生产的重要原料，可用于制造耐磨材料、切削刀具材料、机械零 件等，还可制作熔炼锡、铅、镉、锌等金属的坩埚。
[0003] 锡青铜以锡为主要合金元素的青铜，含锡量一般为3~14质量％，其具有较高的 力学性能、耐磨性能和耐蚀性，易切削加工，钎焊和焊接性能好，收缩系数小，无磁性等优 点，广泛用于弹性元件和耐磨零件的制造。
[0004] 现有的锡青铜材料为了实现改善削切性能往往会添加Pb元素，众所周知，元素铅 对人体和环境都是一种毒害物质，随着人们环保意识的提高，国内外市场日益要求开发新 型不含铅元素并且机械性能较高的铜合金。
【发明内容】
[0005] 为了解决上述技术问题，本发明的目的在于提供一种碳化钛增强无铅锡铜合金棒 及其制备方法，利用碳化钛熔点高，导热性能好，硬度大等一系列优点，在不增加成本的情 况下，不仅保留了现有锡青铜的削切性能，同时去除了对环境有害的铅，而且最终碳化钛增 强无铅锡铜合金棒的机械性能也有很大的提尚。
[0006] 为了实现上述发明目的，本发明采用的技术方案如下：
[0007] -种碳化钛增强无铅锡铜合金棒，由以下重量百分数的组分组成：锌1-4. 5%，锡 6-8 %，硅0. 5-1. 5 %，碳化钛5. 5-9 %，余量为铜。
[0008] 优选地，本发明的碳化钛增强无铅锡铜合金棒，由以下重量百分数的组分组成：锌 2%，锡7%，硅1.25%，碳化钛7%，余量为铜。
[0009] 优选地，本发明的碳化钛增强无铅锡铜合金棒，由以下重量百分数的组分组成：锌 4. 5%，锡8%，硅0. 5%，碳化钛5. 5%，余量为铜。
[0010] 优选地，本发明的碳化钛增强无铅锡铜合金棒，由以下重量百分数的组分组成：锌 1%，锡6%，硅1. 5%，碳化钛9%，余量为铜。
[0011] 进一步地，所述铜为电解铜。
[0012] 进一步地，所述碳化钛粒径为300μm-500μm。
[0013] 本发明提供一种碳化钛增强无铅锡铜合金棒的制备方法，包括以下步骤：
[0014] 1)按照配比重量将电解铜、锡、锌、硅置于电炉内，加热到1250-1300°C待完全熔 化后，保温至1200°C，保温时间为30-40min;
[0015] 2)按照配比重量将碳化钛添加到步骤1)中的熔融合金液体当中；
[0016] 3)将步骤2)中混合有碳化钛粉末的合金熔融液体转移至保温炉中，用搅拌工具 将完全熔化的合金液体充分搅拌后，在其上面覆盖高纯度鳞片状石墨粉以防止其氧化，将 保温炉设定温度在1200°C保温，保温时间为20-30min;
[0017] 4)保温结束后，采用德国进口斯派克直读光谱仪对从炉内取出的样品进行成分检 验，取样次数为3-5次，以确定其合金成分在合格的范围之内；
[0018] 5)进一步保温10-20分钟后，重新升温至1300°C，并开启工频电炉的振动装置，振 动频率为10次/秒，采用水平连铸方法铸制成规定直径和长度的实心合金棒；
[0019] 6)挤压前退火，用箱式退火炉对合金棒进行退火处理：退火温度为150-180°C，退 火时间为30-40分钟，以便于挤压；
[0020] 7)用光锭机对退火后的毛坯实心合金棒进行表面加工，加工为表面光洁的实心合 金棒，采用3000吨双动挤压机挤压，实心合金棒加热温度为150-200°C，挤压温度为450°C， 挤压速度V= 3mm/s，经过多次挤压后得到半成品规格的直径和长度的实心合金棒；
[0021] 8)将挤压而成的实心合金棒用超声波探伤仪进行裂痕及气孔探伤，以挑出不合格 广品进行回炉；
[0022] 9)用高精度车床对探伤完成后的实心合金棒进行表面车削，得到成品规格的直径 和长度的实心合金棒，并对实心合金棒的两端去毛刺后包装入库。
[0023] 进一步地，步骤1)中所述电炉为工频电炉，并处于氩气氛保护下。
[0024] 进一步地，步骤3)中进行所述搅拌工具为特制石墨工具。
[0025] 进一步地，步骤3)中所述高纯度鳞片状石墨粉的厚度为10_12cm。
[0026] 本发明的有益效果是：
[0027] 1.本发明将碳化钛段均匀分布在熔融合金液体中，利用碳化钛熔点高，导热性能 好，硬度大的性能，结合适当的温度，通过连续铸造毛坯锭，用挤压机挤压而生产出完全能 够取代含有铅元素的锡青铜合金棒，不仅保留了现有锡青铜的削切性能，同时去除了对环 境有害的铅，而且最终碳化钛增强无铅锡铜合金棒的机械性能也有很大的提高。
[0028] 2.本发明所得到的碳化钛增强无铅锡铜合金棒，通过改变碳化钛、硅、锡、锌和电 解铜的重量百分比，能有效的提高最终碳化钛增强无铅锡铜合金棒的强度、硬度及伸长率。 碳化钛增强无铅锡铜合金棒的机械性能有显著提高，抗拉强度由245MPa提高至350MPa，硬 度由70耶提高至160耶，伸长率由10%提高至16%。
【附图说明】
[0029] 图1是本发明的碳化钛增强无铅锡铜合金棒的方法的流程图。
【具体实施方式】
[0030] 为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，下面结合附图及实施例，对 本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不 用于限定本发明。
[0031] 实施例1
[0032] -种碳化钛增强无铅锡铜合金棒，由以下重量百分数的组分组成：：锌2%，锡 7%，硅1. 25%，碳化钛7%，余量为铜，其中铜为电解铜并且碳化钛粒径为300μm-500μm。
[0033] 在本实施例中上述碳化钛增强无铅锡铜合金棒由以下步骤制得（如图1所示）：
[0034] 1)按照配比重量将电解铜、锡、锌、硅置于氩气氛保护的工频电炉内，加热到 1250-1300°C待完全熔化后，保温至1200°C，保温时间为30-40min;
[0035] 2)按照配比重量将碳化钛添加到步骤1)中的熔融合金液体当中；
[0036] 3)将步骤2)中混合有碳化钛粉末的合金熔融液体转移至保温炉中，用特制石墨 工具将完全熔化的合金液体充分搅拌后，在其上面覆盖高纯度鳞片状石墨粉以防止其氧 化，厚度为l〇-12cm。将保温炉设定温度在1200°C保温，保温时间为20-30min;
[0037] 4)保温结束后，采用德国进口斯派克直读光谱仪对从炉内取出的样品进行成分检 验，取样次数为3-5次，以确定其合金成分在合格的范围之内；
[0038] 5)进一步保温10-20分钟后，重新升温至1300°C，并开启工频电炉的振动装置，振 动频率为10次/秒，采用水平连铸方法铸制成直径为280mm，长度为500mm的实心合金棒；
[0039] 6)挤压前退火，用箱式退火炉对合金棒进行退火处理：退火温度为150_180°C，退 火时间为30-40分钟，以便于挤压；
[0040] 7)用光锭机对退火后的毛坯实心合金棒进行表面加工，加工为表面光洁直径为