一种提高锡青铜热加工性的方法与流程

本发明涉及有色金属材料的制造领域，尤其是一种提高锡青铜热加工性的方法。

背景技术：
锡青铜具有优良的弹性，耐蚀、耐磨、较好的力学性能，广泛运用于制作弹性元件和耐磨零件。在锡青铜中加入少量的磷具有非常好的脱氧效果，提高锡青铜的铸造性能，从而提高合金的强度、硬度、弹性模量、疲劳强度和耐磨性能。另一方面，磷的加入会缩小锡青铜的α相区而出现Cu3P相，当合金中锡、磷含量达到一定值时，合金中会出现α+δ+Cu3P三元共晶组织，其熔点为628℃。此共晶组织在锡青铜合金进行热加工的过程中容易在晶界处偏析从而引发合金的热脆，并且这种热脆性随着合金中锡磷含量的增加而增加。此三元共晶组织的存在还极大地限制了锡青铜合金的热加工性。现有技术中，锡青铜合金的成型方式主要为铸造或挤压成型，如公开号为CN102304642A的中国专利文献中公开了一种铸造耐磨锡青铜合金及其制备方法，该铸造耐磨锡青铜合金由以下重量百分含量的组分组成：Sn10-14％，Pb2-5％，Ni1-4％，杂质成分Fe、Sb、Al、Zn、P、Si和Bi的总含量≤0.25％，余量为Cu。该铸造耐磨锡青铜合金的制备方法为：将原材料依次熔炼，向熔融液中添加精炼剂，浇注，冷却，得到铸造耐磨锡青铜合金铸锭，再经均匀化退火处理得到铸造耐磨锡青铜合金。又如公开号为CN102321826A的中国专利文献公开了一种挤压成型高锡青铜合金及其制备方法，该挤压成型高锡青铜合金由以下重量百分含量的组分组成：Sn8-12％，Pb1-4％，Ni2-5％，杂质成分Fe、Sb、Al、Zn、P、Si和Bi的总含量≤0.28％，余量为Cu。该挤压成型高锡青铜合金采用压力下凝固结晶成型工艺制备。但铸造成型和挤压成型均存在精度、成品率及生产效率均较低的问题。冲压加工的生产效率高，且操作方便，精度和表面状态优于铸件、锻件，且切削加工量少。但由于锡青铜具有高的强度和力学性能，同时热加工性能较差，在冲压成型过程中难于成型或容易开裂，导致其难以采用冲压的方式进行加工。

技术实现要素：
本发明提供了一种提高锡青铜热加工性的方法，通过在冲压处理前进行预热处理，控制预热处理的温度及保温时间，并设计合理的工艺路线，实现了采用冲压工艺制造锡青铜合金，该方法可有效减少锡青铜合金中三元共析组织的偏析，细化合金晶粒，减少冲压过程中产生的缺陷，使冲压成型后的锡青铜合金的力学性能得到有效提高。本发明公开了一种提高锡青铜热加工性的方法，步骤如下：(1)按锡青铜合金各化学元素的质量百分比称取原材料，熔化后冷却成锭；所述锡青铜合金含有的化学元素的质量百分比为：Sn6.5～9.0，P0.01～0.5，Zn≤0.20，Ni≤0.20，Fe≤0.01，Pb≤0.05，余量为Cu；(2)将步骤(1)的锭加热至750～800℃后进行挤压处理，再冷却至室温，经冷拔、切削处理后得到棒料；(3)对步骤(2)的棒料进行预热处理，再进行冲压处理，所述预热处理温度为750～820℃，时间为5～10min。经试验发现，将原料中的Sn与P的质量百分比控制在Sn6.5～9.0，P0.01～0.5范围时，才可通过冲压成型制造锡青铜合金，超出该范围，冲压成型后易开裂。作为优选，步骤(1)中，所述锡青铜合金中，Sn、P的质量百分比为：Sn7.0～8.0，P0.1～0.2。进一步优选，所述锡青铜合金中，Sn与P的质量比为40～80:1。经进一步试验发现，所述锡青铜合金中，Sn、P的质量百分比为：Sn8.0，P0.1时，最终获得的锡青铜合金的性能最佳。作为优选，步骤(2)中，所述挤压处理过程中，挤压比例为6.25。作为优选，步骤(3)中，利用300T的压力机进行冲压成型，冲压方向与锡青铜棒料的轴向一致，冲压时间为1～2s。进一步优选，步骤(3)中，所述预热处理的温度为767℃，时间为5min。经过该特定条件的热处理工艺后，锡青铜合金在冲压后组织再结晶良好，晶粒细化明显，三元共晶组织的偏析得到了很好的控制，合金具有较好的综合力学性能。作为优选，步骤(2)中，经冷拔、切削处理后得到一定的尺寸，以符合冲压工艺对材料的尺寸要求。合金在进行热加工的过程中，既要通过提高预热处理温度以保证具有较小的加工阻力，又要防止由于预热温度过高或者保温时间过长而引起的三元共晶组织的偏析、聚集和熔化，从而引起合金的热脆。本发明对铸态锡青铜组织进行了预处理，通过挤压工艺有效的消除了合金铸态组织中的树枝晶组织，使合金组织再结晶，减小了磷锡的偏析，为之后的热冲压工艺作准备。本发明对锡青铜冲压前的预热处理工艺进行了优化，发现在锡青铜的加热温度为750～820℃，保温时间为5～10min时合金具有较好的加工性能。在此温度区间和保温时间时，锡青铜合金一方面得到了充分的加热，加工变形均匀；另一方面，对保温时间的控制又很好的抑制了三元共晶组织的偏析和熔化。经过预处理后热加工合金组织再结晶良好，热加工过程中的组织缺陷得到了有效的控制，综合提高了锡青铜合金的热加工性能。与现有技术相比，本发明具有如下优点：本发明通过对锡青铜合金进行预处理，通过合适的挤压工艺，有效的消除了合金铸态组织中的树枝状晶。使得合金在挤压的过程中较好的再结晶，细化了合金的晶粒，减小了合金中三元共晶组织的偏析，有利于锡青铜合金的进一步加工。通过对合金预热加工的加热温度和保温时间的控制使合金既得到了充分的加热，在预热加工过程中具有小的加工阻力，可以很好的发生形变，又很好的抑制了三元共晶组织的偏析和熔化。经过预热加工后合金组织再结晶良好，热加工过程中产生的缺陷得到了有效的控制。综合提高了锡青铜合金的热加工性能。本发明提供的一种锡青铜冲压的预处理工艺，使得锡青铜适应于冲压加工，用来生产一些较小的形状较简单的部件。这种工艺可以部分代替以往锡青铜的铸造成型，提高了生产效率，节约了工业成本，在未来具有很好的应用前景。附图说明图1为实施例1中经挤压后的锡青铜合金相组织的金相图；图2为实施例1中经冲压后的锡青铜合金相组织的金相图；图3为实施例2中经冲压后的锡青铜合金相组织的金相图；图4为实施例3中经冲压后的锡青铜合金相组织的金相图；图5为对比例1中经冲压后的锡青铜合金相组织的金相图；图6为对比例2中经冲压后的锡青铜合金相组织的金相图。具体实施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1(1)按下述质量百分比并考虑烧损称取原材料，将原材料投入炉中熔化后再冷却成锭；Sn8.0，P0.1，Zn≤0.20，Ni≤0.20，Fe≤0.01，Pb≤0.05，余量为Cu。(2)将步骤(1)得到的锭加热至750～800℃，取出样品立刻进行挤压，挤压比例为6.25，再放入空气中冷却即可。(3)将挤压所得棒料进行冷拔，得到直径为80mm的锡青铜棒料，再进行车加工切削成直径为34mm，长度为50mm的棒料。(4)利用天然气喷枪将步骤(3)得到的锡青铜棒料加热至820℃并保温5min，然后放入MecolPress300T压力机中进行冲压，冲压方向与棒料轴向一致，冲压时间为1～2s。本实施例经步骤(2)挤压后的合金相组织的金相图如图1所示，经挤压预处理后合金组织的树枝状结构消失，合金中出现再结晶，晶粒中有大量滑移带。经步骤(4)冲压后的锡青铜合金组织的金相图如图2所示，可以看到，此时合金组织晶粒明显细化，且再结晶情况良好，晶粒尺寸一致性好。实施例2制备工艺与实施例1基本相同，区别仅在于步骤(4)中，热加工的温度为750℃，时间为5min。本实施例经冲压后的锡青铜合金组织的金相图，如图3所示，与图2相似。实施例3制备工艺与实施例1基本相同，区别仅在于步骤(4)中，热加工的温度为767℃，时间为5min。图4为本实施例经冲压后的锡青铜合金组织的金相图，可知，合金组织晶粒明显细化。对比例1制备工艺与实施例1基本相同，区别仅在于步骤(4)中，热加工的温度为850℃，时间为5min。图5为本对比例经冲压后的锡青铜合金组织的金相图，可知，850℃下冲压后试样产生宏观裂纹带，裂纹方向垂直于挤压方向。对比例2与实施例1的制备工艺相比，去除了挤压工艺过程。本对比例经冲压后的锡青铜合金组织的金相图如图6所示，未经挤压处理，将锡青铜铸态组织直接冲压成型过程中合金组织也存在再结晶过程，但是合金组织晶粒较实施例中的粗化，且晶粒尺寸一致性较差，容易造成在冲压过程中出现裂纹等缺陷，从而恶化冲压成型后合金的整体性能。