一种残膜回收机防缠绕挑膜装置的制 一种秧草收获机用电力驱动行走机构

一种锰铝铁镍青铜合金的冶炼方法与流程

2022-05-18 05:06:20 来源:中国专利 TAG:


1.本发明涉及铜合金锻件领域,尤其涉及一种锰铝铁镍青铜合金铸锭的冶炼方法。


背景技术:

2.铸造锰铝铁青铜合金具有耐蚀性好、比重小、强度高及抗海水冲刷、空泡腐蚀性能优异,在螺旋桨、泵阀系统有极为广泛的应用,如gjb3341-2018 《舰船螺旋桨用铜合金铸件规范》列入的zcual8mn14fe3ni2、zcual8mn13fe3ni2牌号及gb/t1173-2013《铸造铜及铜合金》列入的zcual8mn13fe3、zcual8mn13fe3ni2和zcual8mn14fe3ni2牌号,但这类铜合金牌号均为铸造合金牌号,通常采用离心铸造或砂铸生产,如论文《大型高锰铝青铜轴套的立式离心铸造工艺研究》中的高锰铝青铜zcual8mn13fe3ni2采用离心铸造生产;论文《高锰铝青铜zcual8mn13fe3ni2的生产工艺要点》介绍了采用砂铸和离心铸造生产。
3.铸造锰铝铁青铜合金由于受材料合金元素含量高、合金元素熔点差异大、材料合金元素熔点低、易吸气的因素影响,锰铝铁青铜合金铸造过程过程极易产生疏松、缩孔、偏析的缺陷,导致材料力学性能、耐腐蚀性能降低,由于疏松、缩孔易导致管路及泵阀存在泄漏风险,如某通海管路系统,受显微疏松影响导致泄漏。
4.采用锻造成型工艺方法虽可以焊合部分内部疏松缺陷,提高材料的致密性,但对于疏松、缩孔、气孔缺陷,受缺陷表面改性、气体、伴生夹杂物、锻造变形量及锻造变形方式的影响,缺陷通常不能实现完全焊合,形成分层、缩孔残余、疏松缺陷,无法满足高可靠性应用。
5.在钢铁黑色金属和难熔有色金属领域广泛采用真空自耗、电渣重熔顺序熔化、凝固工艺提高材料的均匀性和致密性,获得高均匀、高致密铸锭。钢铁黑色金属熔点高,通常在1450℃以上,挥发性小,易于真空自耗和电渣重熔。铜合金电渣重熔国内也有相关研究,但主要针对熔点较高的铜镍合金,如铜合金电渣重熔工艺(专利号为cn1580300a)实施例针对的是b30铜镍合金,材料熔点高达1250℃,对于熔点低至950℃的锰铝铁镍青铜合金电渣重熔目前尚未见相关报告。采用自耗熔炼铜合金鲜有报道,且由于铜合金mn含量高,真空自耗需要在充氩气氛下进行,控制难度极高,难以工业批量化生产。因此开发熔点低至950℃的锰铝铁镍青铜合金电渣重熔铸锭需求迫切。
6.电渣重熔通过渣洗可以有效提高材料的纯净度和致密度,提高材料的锻造工艺性能,如铜合金电渣重熔工艺(专利号为cn1580300a)指明,采用合理的电渣重熔工艺后,铸锭质量得到明显提高,合金在锻造中的开裂现象明显减小,提高了材料利用率和生产效率。
7.电渣重熔渣系作为电渣过程的重融热源、净化介质,起到绝缘、隔热、隔绝气氛的作用,是电渣重熔的核心控制因素。自电渣重熔发明以来,渣系伴随着电渣重熔不断发展,但这些重熔渣系绝大多数均是针对铁基合金及镍基合金开发的,可用于铜合金电渣重熔的渣系极少,电渣重熔熔点低至950℃的锰铝铁镍青铜合金及渣系尚未见相关公开报道。国内目前在铜合金电渣已开展一定的研究,如铜合金电渣重熔工艺(专利号为cn1580300a)公布了用于铜合金电渣渣系;一种镍铝青铜合金用电渣重熔渣系(专利号为cn101285125)公布
了为caf248-75%、mgf215-30%、na3alf610-30%的电渣重熔渣系;一种铝青铜合金、锰铜合金或铜银合金电渣重熔渣系(专利号为cn109402412a)公布的渣系情况见表1;江苏科技大学学位论文《铝青铜电渣重熔工艺与组织性能研究》中公开了zqal9-4电渣重熔渣系caf238%、naf57%、al2o35%。表1现有专利中公开的渣系成分配比
8.一种铝青铜合金、锰铜合金或铜银合金电渣重熔渣系(专利号为 cn109402412a)、一种镍铝青铜合金用电渣重熔渣系(专利号为cn101285125) 及论文《铝青铜电渣重熔工艺与组织性能研究》均仅针对φ250以下电渣锭,仅有铜合金电渣重熔工艺(专利号为cn1580300a)针对高熔点b30实施φ250 以上规格。大规格电渣锭重熔时间长,渣系与铜液及冶炼气氛接触时间长,渣系的挥发、烧损产物进入渣系会导致渣系发生变性,目前国内对大规格电渣锭铜合金电渣的研究严重不足,对于锰铝铁镍青铜合金也未见相关研究。
9.锰铝铁镍青铜合金,较铝青铜zqal9-4、铜银合金、铜镍合金具有更低的熔点。且材料含有较高的al含量,目前查询的专利通常均会添加适量的 al2o3以平衡al的氧化反应,控制铝的烧损,但这会导致难熔相的形成,极易导致严重的裹渣缺陷,影响电渣锭质量。因此锰铝铁镍青铜合金电渣在国内仍处于起步阶段,高均质、高致密、大规格锰铝铁镍青铜合金电渣铸锭亟待解决。


技术实现要素:

10.本发明要解决的技术问题是:提供一种锰铝铁镍青铜合金铸锭的冶炼方法,能够有效的解决锰铝铁镍青铜合金铸造产生气孔、偏析的缺陷以及控制难度大的缺点,实现高均质、低显微疏松铸锭的生产。
11.为了实现上述目的,本发明采用的技术方案是:一种锰铝铁镍青铜合金铸锭的冶炼方法,包括以下步骤:步骤1:清理铜合金电极表面粘砂和飞边的缺陷,确保铜合金电极表面光滑、洁净;步骤2:采用焊接或机械连接方法将铜合金电极连接在电极夹头上;步骤3:在400℃-600℃温度下,烘烤铜合金电极至完全干燥;步骤4:采用电炉对caf
2-naf-alf3三元渣系或caf
2-naf-baf2三元渣系渣料单独进行600℃-800℃烘烤;
步骤5:对烘烤结束后的渣料按比例进行称重、混匀;步骤6:将步骤5混匀后的渣料在结晶器中铺底,采用石墨电极化渣,边化渣边添加混匀的渣料至渣料完全熔清;步骤7:交换铜合金电极电渣重熔,电渣重熔采用保护气氛电渣炉,重熔过程全程充入惰性气氛保护,气氛中氧分压低于800ppm,电渣重熔结束后断电,维持保护气氛缓冷;步骤8:脱除结晶器,清除电渣锭表面渣皮,即得锰铝铁镍青铜合金铸锭。
12.优选的,步骤5中中渣料的比例为:naf渣料的摩尔含量:70%≤naf≤ 75%;caf2渣料的摩尔含量:15%≤caf2≤27%;alf3渣料的摩尔含量:3%≤alf3≤10%。
13.优选的,步骤5中渣料的比例为:naf渣料的摩尔含量:70%≤naf≤ 75%;caf2渣料的摩尔含量:15%≤caf2≤27%;baf2渣料的摩尔含量:3%≤baf2≤10%。
14.优选的,步骤7中的惰性气氛为纯氩。
15.根据上述技术方案,本发明的有益效果是:
16.1、选用氟化物渣系,降低电渣重熔渣系熔点,利用较低的渣阻提高渣池深度,提高渣池的保护性,降低易烧损元素损伤,降低气体含量,避免产生气孔。
17.2、选择高比例的低熔点naf作为主组元,摒弃了传统caf2作为主组元的正常渣系组成,极大地降低电渣重熔渣系熔点、渣阻和粘度,使渣系满足低熔点锰铝铁镍青铜合金渣池物性要求。
18.3、采用的渣系组元均为常用渣系,降低渣系获取难度。
19.4、在naf-caf2二元渣系基础上,进一步添加alf3或baf2,实现电渣重熔渣系熔点的进一步降低,保证电渣重熔渣系熔点低于材料合金熔点150℃以上。
20.5、渣系不含常用于降低渣系熔点的易分解的mgf2,可以有效避免mgf2分解导致的氧化物和渣池放电现象。
21.6、渣系不含通常用于提高渣阻的al2o3,有效避免了难熔相的形成,降低了裹渣风险。
22.7、渣系具有800℃以下的熔点,远低于常规渣系熔点水平,可以获得较薄的渣皮,提高电渣锭散热效果和凝固质量。
23.8、选择低熔点、低透气性、高稳定性caf
2-naf-alf3三元渣系或caf2‑ꢀ
naf-baf2三元渣系,有效避免易烧损元素al的烧损和渣系中难熔相的形成。
24.9、由于锰铝铁镍青铜合金极易吸气并在后续的凝固过程中形成气孔缺陷,本发明采用预熔渣和液渣启动,有效清除重熔前渣系中的气体及活性成分,提高铸锭凝固质量,避免气孔的缺陷。
25.10、电渣重熔过程选择惰性气氛保护,电渣过程气氛中氧分压低于 800ppm,有效控制渣系的吸气和al的氧化,避免形成难熔相影响电渣过程顺利实施以及铸锭气孔的形成。
附图说明
26.图1为本发明电渣重熔铸锭与真空熔炼铸锭凝固组织对比图。
具体实施方式
27.下面结合附图及具体实施例对本发明作进一步的详细说明。
28.一种锰铝铁镍青铜合金铸锭的冶炼方法,包括以下步骤:步骤1:清理铜合金电极表面粘砂和飞边的缺陷,确保铜合金电极表面光滑、洁净;步骤2:采用焊接或机械连接方法将铜合金电极连接在电极夹头上;步骤3:在400℃-600℃温度下,烘烤铜合金电极至完全干燥;步骤4:采用电炉对caf
2-naf-alf3三元渣系或caf
2-naf-baf2三元渣系渣料单独进行600℃-800℃烘烤;步骤5:对烘烤结束后的渣料按比例进行称重、混匀,渣料的比例为:naf渣料的摩尔含量:70%≤naf≤75%;caf2渣料的摩尔含量:15%≤caf2≤27%;alf3或 baf2渣料的摩尔含量:3%≤alf3≤10%;步骤6:将步骤5混匀后的渣料在结晶器中铺底,采用石墨电极化渣,边化渣边添加混匀的渣料至渣料完全熔清;步骤7:交换铜合金电极电渣重熔,电渣重熔采用保护气氛电渣炉,重熔过程全程充入纯氩惰性气氛保护,气氛中氧分压低于800ppm,电渣重熔结束后断电,维持保护气氛缓冷;步骤8:脱除结晶器,清除电渣锭表面渣皮,即得锰铝铁镍青铜合金铸锭。
29.如图1,左侧为锰铝铁镍青铜合金电渣重熔铸锭中心凝固质量,右侧为锰铝铁镍青铜合金真空熔炼铸锭电极凝固质量,由图可见:电渣重熔铸锭后材料组织细小、分布均匀,放大200倍高倍观察无任何可见显微疏松缺陷,凝固质量远优于真空熔炼铸锭水平。
30.采用3t真空感应炉熔炼直径φ360电极,熔炼合金材料化学成分如表2 所示:表2、熔炼合金材料化学成分
31.实施例1-4,依据表3的渣系配方:对1#、2#铜合金电极进行电渣重熔,渣系选择本发明渣系配方,配方见表3,采用保护气氛电渣炉,熔炼φ500规格电渣锭,电渣前需将渣料充分烘干,采用石墨电极棒化渣,采用供电制度:电压70-80v、电流:9000-12000a进行熔炼,渣量100-150kg。制备的电渣锭表面及心部质量优异,经加热锻造,铸锭具有优异的锻造性能。电渣铸锭表面、铁偏析及凝固质量情况见表3。由表3可见,本发明制备的大规格铸锭铁偏析小,表面及内部质量优异。表3、渣系配方、电渣参数及电渣铸锭实验结果
32.需要说明的是,上述实施例仅用来说明本发明,但本发明并不局限于上述实施例,凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰,均落入本发明的保护范围内。
再多了解一些

本文用于企业家、创业者技术爱好者查询,结果仅供参考。

发表评论 共有条评论
用户名: 密码:
验证码: 匿名发表

相关文献