本发明涉及一种耐磨合金及其制备方法，尤其涉及一种含稀土的耐磨铝青铜合金及其制备方法。
背景技术：
：高性能液压泵在军工、矿山、冶金、工程等机械行业上获得广泛的应用，液压技术的先进与否常被用来作为衡量一个国家工业技术水平的标准。液压系统中高性能液压泵的关键件如缸体、铜套、复合烧结铜件、轴瓦、球铰、配油盘等部件均为高强耐磨铜件。液压泵是液压系统中能源转换的心脏部件，其失效绝大部分是由于磨损引起的，其中关键摩擦副的磨损占比约50％，这些摩擦副往往是由钢(铁)和铜合金配对组成。传统摩擦副铜配件一直选用常规青铜合金zqal9-4和zqsn10-1,两者在润滑不良的条件下耐磨性能大大降低，而且强度和硬度偏低，高负荷条件下容易发生断裂或快速磨损导致降低使用寿命，因此要提高耐磨铜合金件在恶劣环境下的使用寿命，必须保证材料具有优异的耐磨性能和较高的强度和硬度。青铜作为常用的耐磨材料，广泛地用于轴承、轴套、轴瓦、滑块、螺母等零件的制造，近年来随着对耐磨零件需求不断增长，已相继开发出无数种耐磨铜合金，cn102304642b专利公开了一种耐磨锡青铜，适用于交通电力领域耐磨关重部件；cn1092817a专利公开了一种耐磨黄铜合金，用于汽车变速箱同步器锥齿环；cn1159486a专利公开了一种高速电气化铁路接触网导线用铜合金，要求强度较高，导电性好，磨耗低，成本较低等性能。鸡西市刘桂英等人研究的zqal8-2-3合金代替价格较贵的锡青铜zqsn6-6-3，耐磨性较好，成本低，满足使用要求。日本三菱伸铜株式会社发明的专利cn100543160c公开了一种耐磨性、切削性、耐蚀性较好的铜合金铸件及铸造方法，用于汽缸体活塞滑履、轴瓦、轴承、螺母等耐磨零件；cn85106324、200610039282专利是添加砷的锡黄铜，具有较好的耐蚀性能，适于做热交换器和冷凝器管。上述专利成果中cn100543160c专利指出合金在铸造和热处理后下使用，其强度仅有300mpa左右，塑性也较低，影响使用寿命；cn1159486a专利强调合金用于高铁导线材料，要求高的电导率，因此添加的合金元素有时牺牲掉对强度和硬度做出贡献的考虑；cn1092817a专利虽然成本较低，但合金元素较多，强度稍高，但室温塑性较低，降低其耐磨寿命；含砷的黄铜合金在制备和使用过程中不可避免地对人体健康和环境有毒副作用，尽量避免使用。目前国内对高强耐磨铜合金研究较少，有的采用等通道角挤压工艺，虽然提高了铜合金的强硬度，但是工艺复杂，模具制作要求高，难以实现工程化应用。因此，研究一种用于矿山、冶金、工程等行业的轴承、轴套、轴瓦、滑块、螺母耐磨铜合金及其制备方法，对提高设备使用寿命、提高产品质量和降低能源消耗具有重大的现实意义。技术实现要素：本发明所要解决的第一个技术问题是提供一种具有优良力学性能、耐磨性和良好的加工性能的含稀土的耐磨铝青铜合金。本发明所要解决的第一个技术问题是提供一种工艺简单、易操作的含稀土的耐磨铝青铜合金的制备方法，制备的青铜铝合金具有优良力学性能、耐磨性和良好的加工性能。本发明解决上述第一个技术问题所采用的技术方案为：一种含稀土的耐磨铝青铜合金，其特征在于：所述耐磨铝青铜合金的主要成分的质量百分比包括：铜：70.0～72.0％、铁：7～9％、锡：0.9～1.2％、锰：6.0～8.0％、硅：2～4％、硼：0.1～0.3％、稀土铈：0.2～0.3％，其余为铝和不可避免的杂质，杂质含量≤0.1％。本发明解决上述第二个技术问题所采用的技术方案为：一种含稀土的耐磨铝青铜合金的制备方法，其特征在于：1)配料：按以下合金成分的质量百分比进行配料：铜：70.0～72.0％、铁：7～9％、锡：0.9～1.2％、锰：6.0～8.0％、硅：2～4％、硼：0.1～0.3％、稀土铈：0.2～0.3％，其余为铝和不可避免的杂质，杂质含量≤0.1％，进行配料；2)熔铸：将合金在中频感应炉中迅速熔化，并且在1200～1250℃下浇铸成ф70～90mm铜铸锭；3)加热：将铜铸锭在700℃～750℃温度下保温8～12小时，进行成分均匀化退火处理，然后空冷；4)挤压：在冷却后的铜铸锭在800℃～820℃温度下进行挤压，挤压成ф30～50mm铜棒；5)退火：在780～850℃温度下进行4～6小时固溶处理，以小于100℃/小时的冷却速度进行冷却，在380-400℃的温度下进行退火，制成成品。进一步，所述步骤2)是在真空中频感应电炉中进行熔炼，锰、锡、硼、铁、硅、铝、稀土铈制成铜系中间合金锭，在熔炼前与电解铜板一起加入石墨坩埚，然后抽真空进行熔炼。优选，所述步骤2)浇注的铜铸锭为ф80mm。最后，所述步骤4)挤压成的铜棒为ф40mm。与现有技术相比，本发明的优点在于：1、不含铅、砷等铜合金材料，消除生产和使用中对环境和人体的危害；2、具有优异的冷热成形性、优良的力学性能，较好的抗腐蚀性能，具有高的强度和耐磨性，热处理后挤制棒材的抗拉强度大于600mpa，伸长率大于10％，在干摩擦条件下，摩擦系数小于0.3，可适用于汽缸体活塞滑履、轴瓦、轴承、轴套、滑块、螺母等零件；3、我国稀土资源丰富，充分利用自有资源，添加稀土后，提高材料的综合性能，极大提高零部件的使用寿命，对提高设备使用寿命、提高产品质量和降低能源消耗具有重大的现实意义；4、生产工艺简单，易于操作，可实现规模化生产。具体实施方式以下结合实施例对本发明作进一步详细描述。实施例1一种含稀土的耐磨铝青铜合金，成分配比如表1所示，其生产工艺流程为：配料－熔铸－加热－挤压－退火－成品。具体制备过程为：采用真空中频感应电炉熔炼，按表1所示成分配料，熔炼温度1200℃，锰、锡、硼、铁、硅、铝、稀土铈制成铜系中间合金锭，在熔炼前与电解铜板一起加入石墨坩埚，然后抽真空进行熔炼，保温后，在1200℃温度下，进行真空浇注成ф80mm铜铸锭，铜铸锭在750℃温度下保温10小时，进行成分均匀化退火处理，然后空冷，在800℃温度下进行挤压，挤压成ф40mm铜棒，在850℃温度下进行5小时固熔处理，以小于100℃/小时的冷却速度进行冷却，在400℃的温度下进行退火，制成成品。性能如表2所示。实施例2一种含稀土的耐磨铝青铜合金，成分配比如表1所示，其生产工艺流程为：配料－熔铸－加热－挤压－退火－成品。具体制备过程为：采用真空中频感应电炉熔炼，按表1所示成分配料，熔炼温度1200℃，锰、锡、硼、铁、硅、铝、稀土铈制成铜系中间合金锭，在熔炼前与电解铜板一起加入石墨坩埚，然后抽真空进行熔炼，保温后，在1250℃温度下，进行真空浇注成ф80mm铜锭，铸锭在730℃温度下保温10小时，进行成分均匀化退火处理，然后空冷，在820℃温度下进行挤压，挤压成ф40mm铜棒，在800℃温度下进行5小时固熔处理，以小于100℃/小时的冷却速度进行冷却，在400℃的温度下进行退火，制成成品。性能如表2所示。实施例3一种含稀土的耐磨铝青铜合金，成分配比如表1所示，其生产工艺流程为：配料－熔铸－加热－挤压－退火－成品。具体制备过程为：采用真空中频感应电炉熔炼，按表1所示成分配料，熔炼温度1200℃，锰、锡、硼、铁、硅、铝、稀土铈制成铜系中间合金锭，在熔炼前与电解铜板一起加入石墨坩埚，然后抽真空进行熔炼，保温后，在1200℃温度下，进行真空浇注成ф80mm铜锭，铸锭在700℃温度下保温10小时，进行成分均匀化退火处理，然后空冷，在810℃温度下进行挤压，挤压成ф40mm铜棒，在780℃温度下进行5小时固熔处理，以小于100℃/小时的冷却速度进行冷却，在380℃的温度下进行退火，制成成品。性能如表2所示。表1耐磨铝青铜合金的成分组成实例实施例cufesnsibmnceal实施例170％9.0％1.2％3％0.3％7.0％0.3％余量实施例271％7.5％1.0％4％0.2％8.0％0.25％余量实施例372％7.0％0.9％2％0.1％6.5％0.2％余量表2耐磨铝青铜合金的力学性能实施例抗拉强度/mpa屈服强度/mpa延伸率/％hb实施例165048012150实施例260543015140实施例362045011120上述三个实施例制备的铝青铜合金的其它性能如下：1.摩擦系数：实施例1：摩擦系数0.26实施例2：摩擦系数0.22实施例3：摩擦系数0.242.磨损率：实施例1：磨损率0.28х10-8mm3.n-1.mm-1实施例2：磨损率0.24х10-8mm3.n-1.mm-1实施例3：磨损率0.26х10-8mm3.n-1.mm-1从以上测试数据可以得出：本发明的铝青铜合金具有优异的冷热成形性、优良力学性能、耐磨性好和良好的加工性能，可适用于矿山、冶金、工程等机械行业用的关键件如铜套、轴瓦等耐磨铜件，同时不含铅、砷等铜合金材料，消除生产和使用中对环境和人体的危害。当前第1页12