技术领域
[0001] 本
发明涉及
铜合金材料制备的技术领域，具体是涉及一种高强度耐磨铜合金材料、制备方法及
活塞衬套。
背景技术
[0002] 多元复杂铜合金材料材料具有优异的综合性能，广泛用于机械、
汽车等行业。随着这些行业对材料性能要求的不断提高，开发出具有良好的综合机械性能，如较高的
抗拉强度，
屈服强度，良好的塑性，可靠硬度，尤其是在高温下具备较好性能的材料成为当务之急。例如：
发动机的活塞衬套，一般情况下材料为铜合金材料，为了保证活塞衬套的
质量和使用寿命，对其强度和
耐磨性都有较高的要求。
发明内容
[0003] 本发明的目的是为了克服上述背景技术的不足，提供一种高强度耐磨铜合金材料、制备方法及活塞衬套，该铜合金材料具有较高的抗拉强度、屈服强度、良好的塑性和可靠硬度。
[0004] 本发明提供一种高强度耐磨铜合金材料，由以下质量百分比的元素组成：Cu 66.0～70.0％；Si 0.7～1.3％；Mn≤0.025％；Fe≤0.4％；Pb≤0.09％；Ni≤0.5％；S≤0.003％；Se≤0.003％；Cd≤0.01％；其他单个杂质≤0.05％；其他不可避免的杂质≤0.5％；余量为Zn。
[0005] 本发明
实施例还提供一种基于上述高强度耐磨铜合金材料的制备方法，包括如下步骤：
[0006] A、按照各元素组成质量百分比在炉中加入Cu、Si和Zn来料，升温
熔化；
[0007] B、采用立式半
连铸进行
铸造，将
铸锭切断至一定长度后
挤压到所需的管材尺寸。
[0008] 在上述技术方案的
基础上，步骤A包括如下步骤：
[0009] A1、按照各元素组成质量百分比提供Cu、Si和Zn来料，在炉底先加入部分屑料以及部分Cu和全部Si，升温熔化；
[0010] A2、待炉中料完全熔化后，除渣，继续加入屑料，每加一次屑料熔化后，加入助
溶剂，除渣；
[0011] A3、加入剩余Cu，再加入全部Zn，当Zn全部熔化后，
沸腾2-3分钟，再加入助溶剂，除渣，取样，调整成分，调整元素组成至
指定质量百分比。
[0012] 在上述技术方案的基础上，步骤A1中，加入部分屑料以及Cu、Si来料的同时加入P-Cu合金进行脱
氧。
[0013] 在上述技术方案的基础上，步骤A3中，加入全部Zn后，再加入P-Cu合金进行脱氧。
[0014] 在上述技术方案的基础上，所述助溶剂为
冰晶石。
[0015] 在上述技术方案的基础上，步骤A中，在中频电炉中加入Cu、Si和Zn来料。
[0016] 在上述技术方案的基础上，步骤B包括如下步骤：
[0017] B1、调整
温度至1090℃～1130℃后，用立式半连铸进行直接
水冷铸造；
[0018] B2、将铸锭切断至一定长度后，在690～750℃温度下挤压到所需的管材尺寸。
[0019] 在上述技术方案的基础上，步骤B2之后还包括如下步骤：
[0020] B3、根据产品尺寸要求设计
冷轧工艺，并进行去应
力退火，使其满足材料性能要求。
[0021] 本发明实施例还提供一种活塞衬套，采用上述制备方法制备得到的铜合金材料材料制成。
[0022] 与
现有技术相比，本发明的铜合金材料基体材料的有效化学成分设计依据理由如下：
[0023] Si：可提高合金的强度、硬度、铸造流动性。
[0024] Pb：是
硅黄铜的有害杂质，同时也是欧盟禁限用物质元素。因此要求Pb≤0.09％。
[0025] 同时，本
专利通过的立式半连铸材料制备方法和挤压、冷轧工艺优化，可达到材料的良好综合性能，并且实现材料无铅化，满足环保要求。
具体实施方式
[0026] 本发明实施例提供一种高强度耐磨铜合金材料，由以下质量百分比的元素组成：Cu 66.0～70.0％；Si 0.7～1.3％；Mn≤0.025％；Fe≤0.4％；Pb≤0.09％；Ni≤0.5％；S≤
0.003％；Se≤0.003％；Cd≤0.01％；其他单个杂质≤0.05％；其他不可避免的杂质≤
0.5％；余量为Zn。杂质是原材料带入的，通过控制原材料中的杂质含量来控制。
[0027] 基于上述高强度耐磨铜合金材料的质量百分比，本发明还提供一种高强度耐磨铜合金材料的制备方法，包括如下步骤：
[0028] A、按照各元素组成质量百分比在炉中加入Cu、Si和Zn来料，升温熔化。本发明的铜合金材料在中频电炉中制备。
[0029] 具体的，步骤A包括如下步骤：
[0030] A1、按照各元素组成质量百分比提供Cu、Si和Zn来料，在炉底先加入部分屑料以及部分Cu和全部Si，升温熔化。其中，实际操作中，加入的部分Cu为全部铜
块的60％～90％。
[0031] A2、待炉中料完全熔化后，除渣，继续加入屑料，每加一次屑料熔化后，加入助溶剂，除渣。其中，助溶剂为
冰晶石。
[0032] A3、加入剩余Cu，再加入全部Zn，当Zn全部熔化后，沸腾2-3分钟，再加入助溶剂，除渣，取样，调整成分，调整元素组成至指定质量百分比。对应地，剩余Cu为全部铜块的10％～40％，剩余的铜块为常温，加入炉中，起到降温的作用。
[0033] 在原料熔化的过程中，可以P-Cu合金进行脱氧。具体操作为，步骤A1中，加入部分屑料以及Cu、Si来料的同时加入P-Cu合金进行脱氧。步骤A3中，加入全部Zn后，再加入P-Cu合金进行脱氧。
[0034] B、采用立式半连铸进行直接水冷铸造，将铸锭切断至一定长度后挤压到所需的管材尺寸。
[0035] 具体地，步骤B包括如下步骤：
[0036] B1、调整温度至1090℃～1130℃后，用立式半连铸进行直接水冷铸造；
[0037] B2、将铸锭切断至一定长度后，在690～750℃温度下挤压到所需的管材尺寸。
[0038] B3、根据产品尺寸要求设计冷轧工艺，并进行去
应力退火，使其满足材料性能要求。
[0039] 本发明实施例还提供一种活塞衬套，采用上述制备方法制备得到的铜合金材料材料制成。
[0040] 下面通过四个实施例，具体说明本发明的铜合金材料的制备过程。
[0041] 实施例1
[0042] 在本实施例中，铜合金基体材料，其由以下质量百分比的元素组成：Cu 66％；Zn 31.785％；Si 0.7％；Ni 0.5％；Pb 0.09％；Mn 0.025％；Fe 0.4％；S 0.001％；Se
0.0008％；Cd 0.005％；其他单个杂质≤0.05％；其他不可避免的杂质＜0.5％。
[0043] 基于上述高强度耐磨铜合金材料的质量百分比，本发明还提供一种高强度耐磨铜合金材料的制备方法，包括如下步骤：
[0044] 1)、按照各元素组成质量百分比提供Cu、Si和Zn来料，在炉底先加入部分屑料以及部分Cu和全部Si，同时加入P-Cu合金进行脱氧，升温熔化。其中，加入的部分Cu为全部铜块的60％～90％。
[0045] 2)、待炉中料完全熔化后，除渣，继续加入屑料，每加一次屑料熔化后，加入冰晶石，除渣。
[0046] 3)、加入剩余Cu，再加入全部Zn，加入P-Cu合金进行脱氧，当Zn全部熔化后，沸腾2分钟，再加入助溶剂，除渣，取样，调整成分，调整元素组成至指定质量百分比。
[0047] 4)调整温度至1090℃，用立式半连铸进行直接水冷铸造；
[0048] 5)将铸锭切断至一定长度后，在690℃温度下挤压到所需的管材尺寸；
[0049] 6)根据产品尺寸要求设计冷轧工艺，并进行去应力退火，使其满足材料性能要求。
[0050] 实施例2
[0051] 在本实施例中，铜合金基体材料，其由以下质量百分比的元素组成：Cu 66.1％；Zn 32.39％；Si 1.26％；Ni 0.035％；Pb 0.004％；Mn 0.003％；Fe 0.02％；S 0.001％；Se
0.0008％；Cd 0.005％；其他单个杂质≤0.05％；其他不可避免的杂质＜0.5％。
[0052] 基于上述高强度耐磨铜合金材料的质量百分比，本发明还提供一种高强度耐磨铜合金材料的制备方法，包括如下步骤：
[0053] 1)、按照各元素组成质量百分比提供Cu、Si和Zn来料，在炉底先加入部分屑料以及部分Cu和全部Si，同时加入P-Cu合金进行脱氧，升温熔化。其中，加入的部分Cu为全部铜块的60％～90％。
[0054] 2)、待炉中料完全熔化后，除渣，继续加入屑料，每加一次屑料熔化后，加入冰晶石，除渣。
[0055] 3)、加入剩余Cu，再加入全部Zn，加入P-Cu合金进行脱氧，当Zn全部熔化后，沸腾2分钟，再加入助溶剂，除渣，取样，调整成分，调整元素组成至指定质量百分比。
[0056] 4)调整温度至1110℃，用立式半连铸进行直接水冷铸造；
[0057] 5)将铸锭切断至一定长度后，在730℃温度下挤压到所需的管材尺寸；
[0058] 6)根据产品尺寸要求设计冷轧工艺，并进行去应力退火，使其满足材料性能要求。
[0059] 实施例3
[0060] 在本实施例中，铜合金基体材料，其由以下质量百分比的元素组成：Cu 67.2％；Zn 31.66％；Si 0.97％；Ni 0.033％；Pb 0.007％；Mn0.012％；Fe 0.022％；S 0.001％；Se
0.0008％；Cd 0.005％；其他单个杂质≤0.05％；其他不可避免的杂质＜0.5％。
[0061] 基于上述高强度耐磨铜合金材料的质量百分比，本发明还提供一种高强度耐磨铜合金材料的制备方法，包括如下步骤：
[0062] 1)、按照各元素组成质量百分比提供Cu、Si和Zn来料，在炉底先加入部分屑料以及部分Cu和全部Si，同时加入P-Cu合金进行脱氧，升温熔化。其中，加入的部分Cu为全部铜块的60％～90％。
[0063] 2)、待炉中料完全熔化后，除渣，继续加入屑料，每加一次屑料熔化后，加入冰晶石，除渣。
[0064] 3)、加入剩余Cu，再加入全部Zn，加入P-Cu合金进行脱氧，当Zn全部熔化后，沸腾3分钟，再加入助溶剂，除渣，取样，调整成分，调整元素组成至指定质量百分比。
[0065] 4)调整温度至1110℃，用立式半连铸进行直接水冷铸造；
[0066] 5)将铸锭切断至一定长度后，在730℃温度下挤压到所需的管材尺寸；
[0067] 6)根据产品尺寸要求设计冷轧工艺，并进行去应力退火，使其满足材料性能要求。
[0068] 实施例4
[0069] 在本实施例中，铜合金基体材料，其由以下质量百分比的元素组成：Cu 69.5％；Zn 29.58％；Si 0.75％；Ni 0.059％；Pb 0.006％；Mn0.006％；Fe 0.015％；S 0.001％；Se
0.0008％；Cd 0.005％；其他单个杂质≤0.05％；其他不可避免的杂质＜0.5％。
[0070] 基于上述高强度耐磨铜合金材料的质量百分比，本发明还提供一种高强度耐磨铜合金材料的制备方法，包括如下步骤：
[0071] 1)、按照各元素组成质量百分比提供Cu、Si和Zn来料，在炉底先加入部分屑料以及部分Cu和全部Si，同时加入P-Cu合金进行脱氧，升温熔化。其中，加入的部分Cu为全部铜块的60％～90％。
[0072] 2)、待炉中料完全熔化后，除渣，继续加入屑料，每加一次屑料熔化后，加入冰晶石，除渣。
[0073] 3)、加入剩余Cu，再加入全部Zn，加入P-Cu合金进行脱氧，当Zn全部熔化后，沸腾3分钟，再加入助溶剂，除渣，取样，调整成分，调整元素组成至指定质量百分比。
[0074] 4)调整温度至1130℃，用立式半连铸进行直接水冷铸造；
[0075] 5)将铸锭切断至一定长度后，在750℃温度下挤压到所需的管材尺寸；
[0076] 6)根据产品尺寸要求设计冷轧工艺，并进行去应力退火，使其满足材料性能要求。
[0077] 对实施例1、2、3、4制备得到的铜合金基体材料在GB/T230.1-2009，HRB1.5875/100试验条件下进行硬度测试，试验结果见表1。
[0078] 表1
[0079]
[0080] 在GB/T 228B试验条件下，采用GB/T 228.1-2010试验方法进行力学性能试验，试验结果见表2。
[0081] 表2
[0082]
[0083] 由表1和表2可知，本发明提供的铜合金基体材料硬度可达到HRB180～HRB195，抗拉强度可达到640MPa～674MPa，屈服强度可达到513MPa～550MPa，延伸率可达到11.5％～17.5％。
[0084] 本领域的技术人员可以对本发明实施例进行各种
修改和变型，倘若这些修改和变型在本发明
权利要求及其等同技术的范围之内，则这些修改和变型也在本发明的保护范围之内。
[0085]
说明书中未详细描述的内容为本领域技术人员公知的现有技术。
