铜合金齿环基体材料及其制备方法
【专利摘要】本发明提供了一种铜合金齿环基体材料，无毒且有效降低了铜合金齿环基体材料的成本；此外，本发明提供的铜合金齿环基体材料强度及硬度较高。本发明另外提供了该铜合金齿环基体材料的制备方法，通过Al-Ni-Fe-Si-Mn五元中间合金的制备，可有效降低高熔点元素熔点、提高熔化效率，降低成本。
【专利说明】铜合金齿环基体材料及其制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种铜合金材料及其制备方法，尤其涉及一种铜合金齿环基体材料及 其制备方法。
【背景技术】
[0002] 同步器齿环是汽车变速箱中换挡用的汽车零部件，一般情况下材料为铜合金。目 前，为改善齿环材料的切削性能，业内的铜合金齿环基体材料一般含有Pb，由于Pb是有毒 的，被国际环保组织列入禁用物质之列，根据汽车行业《GB/T30512-2014》要求，高含量的 Pb材料生产的零件是禁用的，即使是低含量的也必须进行申报，进出口也会被受阻；此外， 目前的齿环材料含铜量较高，铜属于较贵的金属，因此，目前的齿环材料成本较高。
[0003]
【发明内容】
[0004] 有鉴于此，本发明的目的在于提出一种无毒、低成本且强度较高的铜合金齿环基 体材料及其制备方法。
[0005] 本发明一方面提供了一种铜合金齿环基体材料，其由以下质量百分比的元素组 成：Cu 55 ?61;Α1 3·5?4·5;Μη 1.2 ?2.0;Si 0· 7 ?1· 3 ;Fe 0· 5 ?1· 1 ; Ni 3. 6?4. 5;余量为Zn。
[0006] 本发明另一方面提供了一种铜合金齿环基体材料的制备方法，其包括以下步骤： A，按照各元素组成质量百分比提供Al、Ni、Fe、Si、Μη的来料，加热熔化后浇注成型，得 到Al-Ni-Fe-Si-Mn五元中间合金； B，按照各元素组成质量百分比提供Cu、Zn的来料，将Cu的来料、Al-Ni-Fe-Si-Mn五元 中间合金加热熔化后加 Zn的来料，继续升温熔化后，调整元素组成至指定质量百分比，浇 注成型后得到所需的铜合金齿环基体材料。
[0007] 本发明与现有技术相比所带来的有益效果是：本发明提供的铜合金齿环基体材料 无毒、成本低；此外，本发明提供的铜合金齿环基体材料强度及硬度较高。本发明提供的铜 合金齿环基体材料的制备方法，通过Al-Ni-Fe-Si-Mn五元中间合金的制备，可有效降低高 烙点元素烙点、提高烙化效率，降低成本。
【具体实施方式】
[0008] 下面结合实施例对本发明作进一步的详细说明，以下实施例是对本发明的解释而 本发明并不局限于以下实施例。本发明对其加入量进行限定，只是便于本发明的实施，并不 说明在本发明所限定的范围外不能实施。
[0009] 提供的铜合金齿环基体材料，其由以下质量百分比的元素组成：Cu 55?61 ;A1 3. 5 ?4. 5 ;Mn 1. 2 ?2. 0 ;Si 0· 7 ?1. 3 ;Fe 0· 5 ?1. 1 ;Ni 3. 6 ?4. 5;余量 为Zn。
[0010] 其中，A1的加入可以增强材料的强度；Ni的加入可以提高材料的韧性；Mn、Si的加 入可以形成高硬度的强化相，提高材料的强度。
[0011] 本发明提供的铜合金齿环基体材料的制备方法，其包括以下步骤： A，按照各元素组成质量百分比提供Al、Ni、Fe、Si、Μη的来料，加热熔化后浇注成型，得 到Al-Ni-Fe-Si-Mn五元中间合金； B，按照各元素组成质量百分比提供Cu、Zn的来料，将Cu的来料、Al-Ni-Fe-Si-Mn五元 中间合金加热熔化后加 Zn的来料，继续升温熔化后，调整元素组成至指定质量百分比，浇 注成型后得到所需的铜合金齿环基体材料。
[0012] 优选的，所述步骤A包括以下几个步骤： A1，提供按照各元素组成质量百分比提供的Al、Ni、Fe、Si、Μη的来料； Α2,将全部的Ni、Fe及部分的Α1加热熔化； A3,加入全部的Si及部分的A1，并加热熔化； A4,加入全部的Mn，并加热熔化； A5,加入剩余A1，并加热熔化。
[0013] 通过将A1分步加入，可利用A1在加热熔化过程中放热的性质，降低能耗。具体的， 所述步骤A1中加入1/5?1/4的A1，步骤A2中加入2/5?3/4的A1。
[0014] 更优化的，所述步骤A4中边Μη边加入冰晶石。冰晶石作为助熔剂可有效降低熔 点。
[0015] 更优化的，在所述步骤Α5之后，保持温度保持在1200?1350°C之间，保温20? 30min〇
[0016] 优选的，所述步骤B包括以下几个步骤： B1，将全部的Cu、Al-Ni-Fe-Si-Mn五元中间合金加热熔化； B2,加入全部的Zn，继续升温熔化； B3,升温到1100?1150°C，取样，调整元素组成至指定质量百分比； B4,调整温度至1080?1100°C，浇注成型后得到所需的铜合金齿环基体材料。
[0017] 更优选的，可将步骤Μ得到的成型回炉料加入所述步骤B1或B2中。如此，可将 成型回炉料循环利用，防止浪费。
[0018] 更优选的，在步骤Β1中的金属全部熔化后，加冰晶石精炼并除去氧化浮渣。
[0019] 更优选的，在步骤Β2中的金属全部熔化后，加冰晶石精炼并除去氧化浮渣，并加 木炭覆盖熔化液表面。木炭一方面可起保温作用，防止在后续的元素组成调整过程中析出 金属，另一方面也可以防止表面的烙化液被氧化。
[0020] 以下结合【具体实施方式】介绍本发明的铜合金齿环基体材料及其制备方法。
[0021] 实施例一 提供 58. 6kg 的 Cu、29. 83kg 的 Ζη，1. lkg 的 Si，3. 9kg 的 Ni，4. lkg 的 Α1，1. 67kg 的 Μη， 0. 8kg的Fe作为来料。
[0022] Al-Ni-Fe-Si-Mn五元中间合金的制备步骤如下：先放1/5?1/4的Al、全部的Ni 和Fe到中频电炉内；升温熔化，待Al、Ni、Fe全部熔化后，放入剩余1/2的Al及全部的Si， 升温熔化；待Si熔化后，升温，待溶液颜色变浅后，加入全部的Mn，边加 Μη边加入冰晶石； 待Μη溶化后加入剩余的Α1进彳了溶化；待全部来料溶化后，保温20?30min，保持温度保持 在1200?1350°C之间，保证高熔点金属能全部熔化；然后搅拌、静置并除去氧化浮渣；最后 烧注成型Al-Ni-Fe-Si-Mn五元中间合金。
[0023] Al-Ni-Fe-Si-Mn五元中间合金浇注成型后将炉膛清理干净，加入全部的Cu、 Al-Ni-Fe-Si-Mn五元中间合金及部分冰晶石，升温熔化，继续加入成型回炉料；待上述材 料熔化后，加冰晶石精炼并除去氧化浮渣，继续加入成型回炉料并加冰晶石，升温熔化，沸 腾2分钟左右；捞净氧化浮渣后加入成型回炉料降温，然后加入全部的Zn，继续升温熔化； 待材料全部熔化完后，升温沸腾2?3分钟，加入冰晶石搅拌，并除去氧化浮渣，然后加木 炭覆盖熔化液表面；升温到1100?1150°C，静置，取样，调整元素组成至指定质量百分比； 调整温度至1080?1KKTC，半连铸成Φ 205 X 4200mm的铸锭；将铸锭切断至一定长度挤压 锭，后在700?780°C下挤压到所需规格管材。
[0024] 实施例二 提供 58. 9kg 的 Cu、29. 53kg 的 Zn，1. 06kg 的 Si，3. 95kg 的 Ni，4. 03kg 的 Al，1. 68kg 的 Mn，0. 85kg的Fe作为来料。
[0025] 其余制备过程与实施例一相同。
[0026] 实施例三 提供 59. 2kg 的 Cu、29. 5kg 的 Zn，1. 03kg 的 Si，3. 86kg 的 Ni，3. 96kg 的 Al，1. 66kg 的 Mn，0. 79kg的Fe作为来料。
[0027] 其余制备过程与实施例一相同。
[0028] 将最终得到的管材分别取样进行化学成分分析，化学成分和硬度结果见表1。
[0029] 表 1
【权利要求】
1. 一种铜合金齿环基体材料，其由以下质量百分比的元素组成： Cu55 ?61 ; A13. 5 ?4. 5 ; Mnl. 2 ?2. 0 ; SiO. 7 ?1. 3 ; FeO. 5 ?1. 1 ; Ni3. 6 ?4. 5; 余量为Zn。
2. 如权利要求1所述的铜合金齿环基体材料的制备方法，其包括以下步骤： A，按照各元素组成质量百分比提供Al、Ni、Fe、Si、Μη的来料，加热熔化后浇注成型，得 到Al-Ni-Fe-Si-Mn五元中间合金； B，按照各元素组成质量百分比提供Cu、Zn的来料，将Cu的来料、Al-Ni-Fe-Si-Mn五元 中间合金加热熔化后加 Zn的来料，继续升温熔化后，调整元素组成至指定质量百分比，浇 注成型后得到所需的铜合金齿环基体材料。
3. 如权利要求2所述的铜合金齿环基体材料的制备方法，其特征在于：所述步骤A包 括以下几个步骤： A1，提供按照各元素组成质量百分比提供的Al、Ni、Fe、Si、Μη的来料； Α2,将全部的Ni、Fe及部分的Α1加热熔化； A3,加入全部的Si及部分的A1，并加热熔化； A4,加入全部的Mn，并加热熔化； A5,加入剩余A1，并加热熔化。
4. 如权利要求3所述的铜合金齿环基体材料的制备方法，其特征在于：所述步骤A4中 边Μη边加入冰晶石。
5. 如权利要求3所述的铜合金齿环基体材料的制备方法，其特征在于：所述步骤Α1中 加入1/5?1/4的Α1，步骤Α2中加入2/5?3/4的Α1。
6. 如权利要求3所述的铜合金齿环基体材料的制备方法，其特征在于：在所述步骤Α5 之后，保持温度保持在1200?1350°C之间，保温20?30min。
7. 如权利要求2所述的铜合金齿环基体材料的制备方法，其特征在于：所述步骤B包 括以下几个步骤： B1，将全部的Cu、Al-Ni-Fe-Si-Mn五元中间合金加热熔化； B2,加入全部的Zn，继续升温熔化； B3,升温到1100?1150°C，取样，调整元素组成至指定质量百分比； B4,调整温度至1080?1100°C，浇注成型后得到所需的铜合金齿环基体材料。
8. 如权利要求7所述的铜合金齿环基体材料的制备方法，其特征在于：将步骤Μ得到 的成型回炉料加入所述步骤Β1或Β2中。
9. 如权利要求7所述的铜合金齿环基体材料的制备方法，其特征在于：在步骤Β1中的 金属全部熔化后，加冰晶石精炼并除去氧化浮渣。
10. 如权利要求7所述的铜合金齿环基体材料的制备方法，其特征在于：在步骤Β2中 的金属全部熔化后，加冰晶石精炼并除去氧化浮渣，并加木炭覆盖熔化液表面。
【文档编号】C22C9/04GK104152743SQ201410375285
【公开日】2014年11月19日 申请日期:2014年8月1日 优先权日:2014年8月1日
【发明者】叶甲旺, 姚联, 徐星辉, 李论 申请人:武汉泛洲中越合金有限公司