1.本发明涉及一种铜套的制备方法。
背景技术：
2.铜套是发动机的主要配件之一，以过盈配合方式镶于活塞销孔或连杆小头，与活塞销为间隙配合，用于降低活塞销孔及连杆的表面接触应力，提高工作的可靠性。
3.传统的铜套制备采用挤压后冷拉拔的方式得到成品，但在成形过程中，金属的塑性变形和材料流动变形的不均匀，导致残余应力的产生。残余应力会使铜套的性能发生变化，从而导致在加工过程中发生形变、尺寸精度改变等问题，甚至会在使用过程中开裂，进而使得整个活塞-连杆机构失效。
4.目前去除残余应力的方法主要有自然时效法、振动时效法、电脉冲法、超声波法、热处理法等，其中以去应力退火的热处理方式最为常用。然而，退火后往往会使得铜套的强度和硬度有所下降。因此，亟需摸索一种既不降低力学性能要求，又可去除残余应力的铜套的制备方法。
技术实现要素：
5.本发明所要解决的技术问题是提供一种既符合力学性能要求又可去除残余应力的铜套的制备方法。
6.本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种铜套的制备方法，其特征在于：该铜套的质量百分比组成为zn：28.5～33.5％、si：0.7～1.3％、pb≤0.1％、fe≤0.5％，余量为cu和不可避免的杂质；该铜套的制备工艺流程包括：铸造
→
成形
→
淬火
→
退火；淬火时，铜套从成形设备上取下至淬入水槽的转移时间不超过15s；所述退火温度为250℃～300℃，保温时间2h～3h，取出铜套后空冷。
7.作为优选，所述成形方式采用挤压，挤压成形工艺参数：挤压温度350℃～450℃，挤压速率11mm/s～13mm/s，挤压比4～6。
8.作为优选，所述成形方式采用旋压，旋压成形工艺参数：旋压温度250℃～350℃，旋压1～3道次，每次旋压的减薄率不超过30％，进给比为1mm/r～1.2mm/r。
9.作为优选，退火后铜套的相组成包括α-cu相、β相，β相的面积含量为10％以上，β相的尺寸≤5μm。
10.由于变形前的坯料由铸造而成，冷却速度较快，抑制了β相的形成，获得几乎单一的、富含zn、si的过饱和α固溶体结构。而在变形后，由于温度的升高，再加上变形力的作用，材料内部畸变能增加，提高了zn析出的驱动能，使得zn原子在位错集结处、小角度晶界处以点状β相形式析出。高强硬β相的增加也使得硅黄铜衬套的强度和硬度有较大提升。低温的去应力退火仅仅将材料内部的应力释放，并未改变其显微组织。现有技术变形温度和退火温度均较高，材料内部畸变能得到大量释放，β相析出较少。
11.作为优选，退火后铜套的抗拉强度≥600mpa，布氏硬度≥180hb，轴向残余应力≤
30mpa，周向残余应力≤20mpa。
12.与现有技术相比，本发明的优点在于：本发明在成形后先进行淬火，既保证了铜套的强度和硬度，又极大程度地去除了由塑性变形产生的残余应力。淬火后再退火处理，将退火温度控制在铜套的再结晶温度以下，避免了材料因回复再结晶而产生的性能下降，又进一步去除了材料内部的残余应力，退火后铜套的抗拉强度≥600mpa，布氏硬度≥180hb，轴向残余应力≤30mpa，周向残余应力≤20mpa，可有效避免使用过程中铜套的变形、开裂等现象。
具体实施方式
13.以下结合实施例对本发明作进一步详细描述。
14.实施例1：
15.1)按照表1的成分进行配料，熔铸成铸锭。
16.2)成形：采用挤压方式成形，挤压温度400℃，挤压速率12mm/s，挤压比5，润滑方式采用水剂石墨涂料。
17.3)淬火：在挤压成形后结束后迅速放入冷水中进行淬火处理，铜套从设备上取下至全部淬入水槽的转移时间不超过15s。
18.4)退火：将淬火后的铜套放置于热处理炉中进行退火处理。退火温度250℃，保温时间3h，空冷。
19.实施例2：
20.1)按照表1的成分进行配料，熔铸成铸锭。
21.2)成形：采用旋压方式成形，旋压2道次，一次旋压的减薄率20％，旋压温度270℃，进给比为1mm/r。
22.3)淬火：在挤压成形后结束后迅速放入冷水中进行淬火处理，铜套从设备上取下至全部淬入水槽的转移时间不超过15s。
23.4)退火：将淬火后的铜套放置于热处理炉中进行退火处理。退火温度300℃，保温时间2h，空冷。
24.实施例3
25.1)按照表1的成分进行配料，熔铸成铸锭。
26.2)成形：采用挤压方式成形，挤压温度380℃，挤压速率11mm/s，挤压比5，润滑方式采用水剂石墨涂料。
27.3)淬火：在挤压成形后结束后迅速放入冷水中进行淬火处理，铜套从设备上取下至全部淬入水槽的转移时间不超过15s。
28.4)退火：将淬火后的铜套放置于热处理炉中进行退火处理。退火温度280℃，保温时间2h，空冷。
29.实施例4：
30.1)按照表1的成分进行配料，熔铸成铸锭。
31.2)成形：采用旋压方式成形，旋压2道次，一次旋压的减薄率15％，旋压温度300℃，进给比为1.1mm/r。
32.3)淬火：在挤压成形后结束后迅速放入冷水中进行淬火处理，铜套从设备上取下
至全部淬入水槽的转移时间不超过15s。
33.4)退火：将淬火后的铜套放置于热处理炉中进行退火处理。退火温度300℃，保温时间2h，空冷。
34.对比例
35.1)按照表1的成分进行配料，熔铸成铸锭。
36.2)成形：采用热挤压+冷拔方式成形，挤压温度800℃，挤压速率7mm/s，挤压比5，润滑方式采用水剂石墨涂料。热挤后经过多道次拉拔，形成铜套。
37.3)退火：将成型后的铜套放置于热处理炉中进行退火处理。退火温度500℃，保温时间1h，空冷。
38.表1 实施例和对比例的化学成分
[0039][0040]
表2 实施例和对比例的相组成
[0041][0042]
表3 实施例和对比例的性能
[0043]
技术特征：
1.一种铜套的制备方法，其特征在于：该铜套的质量百分比组成为zn：28.5～33.5％、si：0.7～1.3％、pb≤0.1％、fe≤0.5％，余量为cu和不可避免的杂质；该铜套的制备工艺流程包括：铸造
→
成形
→
淬火
→
退火；淬火时，铜套从成形设备上取下至淬入水槽的转移时间不超过15s；所述退火温度为250℃～300℃，保温时间2h～3h，取出铜套后空冷。2.根据权利要求1所述的铜套的制备方法，其特征在于：所述成形方式采用挤压，挤压成形工艺参数：挤压温度350℃～450℃，挤压速率11mm/s～13mm/s，挤压比4～6。3.根据权利要求1所述的铜套的制备方法，其特征在于：所述成形方式采用旋压，旋压成形工艺参数：旋压温度250℃～350℃，旋压1～3道次，每次旋压的减薄率不超过30％，进给比为1mm/r～1.2mm/r。4.根据权利要求1至3任一权利要求所述的铜套的制备方法，其特征在于：退火后铜套的相组成包括α-cu相、β相，β相的面积含量为10％以上，β相的尺寸≤5μm。5.根据权利要求1所述的铜套的制备方法，其特征在于：退火后铜套的抗拉强度≥600mpa，布氏硬度≥180hb，轴向残余应力≤30mpa，周向残余应力≤20mpa。
技术总结
本发明公开了一种铜套的制备方法，其特征在于：该铜套的质量百分比组成为Zn：28.5～33.5％、Si：0.7～1.3％、Pb≤0.1％、Fe≤0.5％，余量为Cu和不可避免的杂质；该铜套的制备工艺流程包括：铸造
技术研发人员：洪晓露 徐恒秋 黄涛 郭亚明 彭银江 徐英 陈大辉 朱鸿磊 张将 刘永强 侯林冲
受保护的技术使用者：中国兵器科学研究院宁波分院
技术研发日：2021.11.24
技术公布日：2022/2/28