专利名称：一种硅锰铜合金材料及其制作工艺方法
技术领域：
本发明属于有色金属加工领域，具体地讲涉及一种硅锰铜合金材料及其制作工艺方法。
背景技术：
轴向柱塞泵是液压系统的核心液压元件。随着航空航天技术的不断进步与现代工程机械技术的发展，对产生液压动力的液压泵提出了高性能、高可靠性的要求，不仅要求液压泵具有体积小、重量轻、结构紧凑等特点，而且要求液压泵能长期工作在高压(一般为24～32Mpa)、高速(可达6000r/min以上)、高温(可连续工作在200℃油温)等苛刻条件下，并要有很高的容积效率和总效率。这就使得液压泵的转子、柱塞、配油盘等关键零件工况更为恶劣，从而对至关重要的摩擦副配对材料提出了十分苛刻的要求。
作为液压泵核心部件之一的转子与配油盘，是液压泵中至关重要的一对摩擦副，以及相配的柱塞部件中的铜合金滑靴，它们的寿命决定了其所在装备和工程机械的使用寿命和可靠性。目前我国还没有能完全满足要求的材料。
经检索出来的对比文件有公开号1462814公开的《多组元耐磨黄铜合金及其管材成型方法》发明专利，其合金材料中含有Cu、AI、Mn、Si、Fe及添加稀土，主要适用于同步器齿环材料。
公开号1092817公开的《高强度耐磨多元黄铜合金及其热处理工艺》发明专利，其合金材料中含有Cu、AI、Mn、Si、Fe，可以替代锡青铜、铝青铜和其它耐磨黄铜。
公开号1710127公开的《一种高强耐磨黄铜管材的制备方法》发明专利，其合金材料中含有Cu、Zn、Fe、Ni、Mn、Co、Si、Cr、AI，构成多元合金体系，其也是适用于同步器齿环材料。
上述三种铜合金材料均含有提高合金强度和硬度的同时大幅度降低合金塑性的AI组分元素，不含Pb元素。均满足不了目前航空航天技术的不断进步与现代工程机械技术的发展。
发明内容
为克服现有技术的不足，本技术方案提供一种在Cu-Zn二元合金基础上采用添加Mn、Si、Pb合金元素制作成的一种硅锰铜合金材料及其制作工艺方法。
为实现上述发明目的，本发明采用如下技术方案一种硅锰铜合金材料，其金属成分含量为在Cu-Zn二元合金基础上采用添加Mn、Si、Pb合金元素制作成一种硅锰铜合金，其合金材料组分为Cu55～63％、Mn1.2～4.2％、Si0.1～2.5％、Pb0.1～2.5％、Zn为余量。
其制作工艺方法有两种φ50mm以上的硅锰铜棒采用挤制加工；φ50mm≤的硅锰铜棒采用拉制加工。
其一一种硅锰铜合金材料制作的挤制工艺方法采用配料→熔铸→锯切→加热→挤压→酸洗/水洗→探伤→锯切→矫直→检查→包装。
其二一种硅锰铜合金材料制作的拉制工艺方法采用 所述Si、Mn具有很好的溶解特性，添加可以采取溶解的方法。合金中添加Si、Mn可以起到提高合金材料的强度和耐磨性，但过高则造成合金材料的塑性降低，并且Mn在高温下容易产生氧化，加入溶体时极易氧化造渣，并且成分控制困难，故添加中采用Mn+冰晶石一起添加，冰晶石起到清渣剂作用。由此合金元素Si的添加量控制在0.1～2.5％、合金元素Mn的添加量控制在1.2～4.2％。
所述Pb是低熔点金属，采取低温加入方法，另外该合金元素由于含量较低，对本合金性能的影响相对较小，添加Pb可以提高合金材料的切削性，并也可以起到减摩作用，可使该合金在加热和冷却过程中发生固态相变，但添加过高会使该合金在热加工时呈脆性，故合金元素Pb的添加量控制在0.1～2.5％。
Cu、ZnCu与Zn形成二元合金基体，故合金元素Cu含量控制在55～63％，Zn为余量。
其所述的挤制工艺方法配料→熔铸→锯切→加热→挤压→酸洗/水洗→探伤→锯切→矫直→检查→包装。
配料按要求分别称重进行配料。
熔铸采用半连续铸造方式。其中投料顺序(1)阴极铜+本公司产生的紫铜旧料，(2)锰，(3)硅，(4)铅+锌；分别投料后进行充分搅拌；熔炼温度1100～1400℃；铸造采用直接水冷结晶器方式进行铸锭，引锭方式采用拉3秒停3秒，铸造速度1～6m/h，冷却水压0.01～0.3MPa。熔炼中采用木炭覆盖液面并且结晶器润滑剂采用脱水硼砂。
锯切采用锯床对铸锭进行锯切。
加热采用加热炉对铸锭进行加热，铸锭加热温度550～800℃。
挤压采用挤压机对加热的铸锭进行80～95％的大变形量挤制加工。
酸洗/水洗对挤制的棒材采用酸洗，或水洗，棒材表面干净无残留。
探伤采用超声波对棒材进行无损探伤。
锯切采用锯床对棒材进行头尾锯切。
矫直采用矫直机对棒材进行矫直。
检查对棒材进行检查。其力学性能R状态抗拉强度Rm，≥400MPa、延伸率A≥20％。
包装按合同要求进行成品包装及发货。
其所述的拉制工艺方法 配料按要求分别称重进行配料。
熔铸采用半连续铸造方式。其中投料顺序1)阴极铜+本公司产生的紫铜旧料，2)锰，3)硅，4)铅+锌；分别投料后进行充分搅拌；熔炼温度1100～1400℃；铸造采用直接水冷结晶器方式进行铸锭，引锭方式采用拉3秒停3秒，铸造速度1～6m/h，冷却水压0.01～0.3MPa。熔炼中采用木炭覆盖液面并且结晶器润滑剂采用脱水硼砂。
锯切采用锯床对铸锭进行锯切。
加热采用加热炉对铸锭进行加热，铸锭加热温度550～800℃。
挤压采用挤压机对加热的铸锭进行80～95％的大变形量挤制加工。
折断口、切头尾将棒材进行横向锯切三分之二折断后进行断口检查，无夹渣、空洞、裂纹等缺陷，合格后进行头尾锯切。
酸洗/水洗对挤制的棒材采用酸洗或水洗，棒材表面干净无残留。
矫直采用矫直机对棒材进行矫直。
拉伸拉伸采用小变形量加工，可以起到冷加工强化作用。拉伸道次延伸系数1.0～2.3。加工率过小将造成管材表面质量差且弯曲度大，矫直困难，过大则造成冷作头难度大，拉伸过程中出现断头、纵裂，甚至闷车现象。小于φ20mm的棒材需要多次拉伸。
退火退火分中间退火和成品退火两种，即拉伸一次进行中间退火一次，拉伸至成品后的退火为成品退火；成品退火温度460～520℃、保温时间70～120分钟；中间退火400～650℃、保温时间60～120分钟。
锯切采用锯床对棒材进行头尾锯切。
检查对棒材进行检查。其力学性能Y状态抗拉强度Rm，MPa≥475、延伸率A≥16％。
包装按合同要求进行成品包装及发货。
由于采用了如上所述技术方案，本发明具有如下积极效果可以制作出满足24～32Mpa的高压、6000r/min以上的高速、200℃的高温油温等苛刻条件下使用的转子、配油盘、滑靴使用的硅锰铜合金材料，满足航空航天技术的不断进步与现代工程机械技术的发展。
图1为挤制方法工艺流程图。
图2为拉制方法工艺流程图。
具体实施例方式
实施例1φ80mm的HMn60-3-1-0.75挤制棒材。
配料按要求分别称重进行配料。
熔铸采用半连续铸造方式。其中投料顺序(1)阴极铜+本公司产生的紫铜旧料，(2)锰，(3)硅，(4)铅+锌；分别投料后进行充分搅拌；熔炼温度1100℃；铸造采用直接水冷结晶器方式进行铸锭，引锭方式采用拉3秒停3秒，铸造速度1/h，冷却水压0.01MPa。熔炼中采用木炭覆盖液面并且结晶器润滑剂采用脱水硼砂。
锯切采用锯床对铸锭进行锯切。
加热采用加热炉对铸锭进行加热，铸锭加热温度550℃。
挤压采用挤压机对加热的铸锭进行80％的大变形量挤制加工。
酸洗对挤制的棒材采用酸洗，棒材表面干净无残留。
探伤采用超声波对棒材进行无损探伤。
锯切采用锯床对棒材进行头尾锯切。
矫直采用矫直机对棒材进行矫直。
检查对棒材进行检查。其力学性能R状态抗拉强度Rm≥400MPa，延伸率A≥20％；合金组分Cu55％、Mn1.2％、Si0.1％、Pb0.1％、Zn余量。
实施例2
φ20mm的HMn60-3-1-0.75拉制棒材。
配料按要求分别称重进行配料。
熔铸采用半连续铸造方式。其中投料顺序(1)阴极铜+本公司产生的紫铜旧料，(2)锰，(3)硅，(4)铅+锌；分别投料后进行充分搅拌；熔炼温度1400℃；铸造采用直接水冷结晶器方式进行铸锭，引锭方式采用拉3秒停3秒，铸造速度6m/h，冷却水压0.3MPa。熔炼中采用木炭覆盖液面并且结晶器润滑剂采用脱水硼砂。
锯切采用锯床对铸锭进行锯切。
加热采用加热炉对铸锭进行加热，铸锭加热温度800℃。
挤压采用挤压机对加热的铸锭进行95％的大变形量挤制加工。
折断口、切头尾将棒材进行横向锯切三分之二折断后进行断口检查，无夹渣、空洞、裂纹等缺陷，合格后进行头尾锯切。
水洗对挤制的棒材采用水洗，棒材表面干净无残留。
矫直采用矫直机对棒材进行矫直。
拉伸拉伸采用小变形量加工，可以起到冷加工强化作用。拉伸道次延伸系数2.3。
成品退火成品退火温度460℃、保温时间120分钟。
锯切采用锯床对棒材进行头尾锯切。
检查对棒材进行检查。其力学性能Y状态抗拉强度Rm，≥475MPa、延伸率A≥16％；合金组分Cu63％、Mn4.2％、Si2.5％、Pb2.5％、Zn余量。
包装按合同要求进行成品包装及发货。
实施例3φ15mm的HMn60-3-1-0.75拉制棒材。
配料按要求分别称重进行配料。
熔铸采用半连续铸造方式。其中投料顺序1)阴极铜+本公司产生的紫铜旧料，2)锰，3)硅，4)铅+锌；分别投料后进行充分搅拌；熔炼温度1300℃；铸造采用直接水冷结晶器方式进行铸锭，引锭方式采用拉3秒停3秒，铸造速度4m/h，冷却水压0.2MPa。熔炼中采用木炭覆盖液面并且结晶器润滑剂采用脱水硼砂。
锯切采用锯床对铸锭进行锯切。
加热采用加热炉对铸锭进行加热，铸锭加热温度800℃。
挤压采用挤压机对加热的铸锭进行85％的大变形量挤制加工。
折断口、切头尾将棒材进行横向锯切三分之二折断后进行断口检查，无夹渣、空洞、裂纹等缺陷，合格后进行头尾锯切。
酸洗对挤制的棒材采用酸洗，棒材表面干净无残留。
矫直采用矫直机对棒材进行矫直。
拉伸拉伸采用小变形量加工，可以起到冷加工强化作用。拉伸道次延伸系数1.5。
中间退火退火温度400℃、保温时间120分钟。
拉伸拉伸采用小变形量加工，可以起到冷加工强化作用。拉伸道次延伸系数1.5。
成品退火退火温度650℃、保温时间70分钟。
锯切采用锯床对棒材进行头尾锯切。
检查对棒材进行检查。其力学性能Y状态抗拉强度Rm，MPa≥475、延伸率A≥16％。合金组分Cu60％、Mn3.2％、Si2.0％、Pb2.0％、Zn余量。
包装按合同要求进行成品包装及发货。
权利要求
1.一种硅锰铜合金材料，其特征在于其金属成分含量为在Cu-Zn二元合金基础上采用添加Mn、Si、Pb合金元素制作成一种硅锰铜合金，其合金材料组分为Cu55～63％、Mn1.2～4.2％、Si0.1～2.5％、Pb0.1～2.5％、Zn为余量。
2.一种硅锰铜合金材料制作工艺方法，其特征在于ф50mm以上的硅锰铜棒采用挤制工艺方法进行加工，挤制工艺方法采用步骤为配料→熔铸→锯切→加热→挤压→酸洗/水洗→探伤→锯切→矫直→检查→包装。
3.一种硅锰铜合金材料制作工艺方法，其特征在于ф50mm≤的硅锰铜棒采用拉制工艺方法进行加工，拉制工艺方法采用步骤为 其中的拉伸、退火工序可以多次进行。
4.根据权利要求2或3所述的一种硅锰铜合金材料制作工艺方法，其特征在于所述熔铸工艺采用投料顺序①阴极铜+本公司产生的紫铜旧料，②锰，③硅，④铅+锌；分别投料后进行充分搅拌；熔炼温度为1100～1400℃；铸造采用直接水冷结晶器方式进行铸锭，引锭方式采用拉3秒停3秒，铸造速度1～6m/h，冷却水压0.01～0.3MPa。熔炼中采用木炭覆盖液面并且结晶器润滑剂采用脱水硼砂。
5，根据权利要求2或3所述的一种硅锰铜合金材料制作工艺方法，其特征在于铸锭加热温度550～800℃。
6.根据权利要求3所述的一种硅锰铜合金材料制作工艺方法，其特征在于所述拉伸工艺采用小变形量加工，可以起到冷加工强化作用，拉伸道次延伸系数1.0～2.3；小于ф20mm的棒材需要多次拉伸。
7.根据权利要求3所述的一种硅锰铜合金材料制作工艺方法，其特征在于其退火工艺；分中间退火和成品退火两种，其中成品退火温度460～520℃、保温时间70～120分钟；中间退火温度400～650℃、保温时间60～120分钟；制作出的硅锰铜合金棒材R状态抗拉强度Rm≥400MPa、延伸率A≥20％；Y状态抗拉强度Rm≥475MPa、延伸率A≥16％。
全文摘要
一种硅锰铜合金材料及其制作工艺方法，在Cu－Zn二元合金基础上采用添加Mn、Si、Pb合金元素制作成一种硅锰铜合金，其合金材料组分Cu55～63％、Mn1.2～4.2％、Si0.1～2.5％、Pb0.1～2.5％、Zn余量。并根据产品尺寸分别采用挤制和拉制两种工艺方法进行加工；制作的硅锰铜合金棒材R状态抗拉强度Rm≥400MPa、延伸率A≥20％；Y状态抗拉强度Rm≥475MPa、延伸率A≥16％。
文档编号C22C1/02GK101029363SQ20071005421
公开日2007年9月5日 申请日期2007年4月12日 优先权日2007年4月12日
发明者牛立业, 娄花芬, 黄国兴, 龚祥敏, 郭慧稳, 黄亚飞, 王弟珍, 李湘海, 卢燕, 黄洋, 叶成效, 王刚, 谢致遥, 赵万花, 陈志 申请人:中铝洛阳铜业有限公司