技术领域
[0001] 本
发明涉及
铜合金制备的技术领域，具体是涉及一种高强度耐磨无铅铜合金材料、制备方法及液压元件应用如滑靴。
背景技术
[0002] 多元复杂铜合金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，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：
液压泵或者
液压马达的滑靴，滑靴材料一般采用铜合金，滑靴配合
柱塞形成柱塞组件，在
液压泵或者液压马达中实现吸油或者排油，滑靴具有球形凹槽，包裹柱塞的球头，液压泵或者液压马达工作时，柱塞的球头在滑靴内转动，对滑靴材料的
耐磨性和强度都有较高的要求。
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无铅铜合金材料、制备方法及液压元件的应用，该铜合金具有较高的抗拉强度、良好的塑性和可靠硬度。
[0004] 本发明提供一种高强度耐磨无铅铜合金材料，由以下
质量百分比的元素组成：
[0005] Al 3.0～4.5％；
[0006] Fe 0.5～1.3％；
[0007] Si 0.5～1.5％；
[0008] Ni 2.0～4.0％；
[0009] Zn 26～30％；
[0010] Co≤1.0％；
[0011] 余量为Cu。
[0012] 本发明
实施例还提供一种基于上述高强度耐磨无铅铜合金材料的制备方法，该方法包括如下步骤：
[0013] A、先在炉底加入屑料及精炼剂，然后加Cu、Cu-Co-Al
三元合金、Al-Fe-Si-Ni四元合金，升温
熔化；
[0014] B、Cu熔化后分批加入屑料和精炼剂；
[0015] C、
炉料熔化完后，加入屑料或成型回炉料降温，再加入Zn；
[0016] D、Zn完全熔化后，升温
沸腾后，加入精炼剂，充分搅拌，静置后扒渣；
[0017] E、采用立式半
连铸进行
循环水冷
铸造，将
铸锭切断至一定长度后
挤压到所需的管材或棒材尺寸。
[0018] 在上述技术方案的
基础上，步骤A中，所述Cu-Co-Al三元合金是由Cu、Co、Al熔
化成含Al 4～7％、Co8～12％、Cu82～86％的三元中间合金。
[0019] 在上述技术方案的基础上，步骤A中，所述Al-Fe-Si-Ni四元合金是由Al、Fe、Si、Ni熔化成的含Al 43～48％、Fe7～12％、Si9～14％、和Ni32～35％的四元中间合金。
[0020] 在上述技术方案的基础上，步骤C中，熔炼
温度在1000～1050℃时，加入Zn。
[0021] 在上述技术方案的基础上，步骤D具体步骤为：Zn完全熔化后，升温到1080-1120℃，沸腾2～3分钟，加入精炼剂，充分搅拌，静置3～5分钟后扒渣。
[0022] 在上述技术方案的基础上，步骤E中，采用立式半连铸进行循环水冷铸造之前，在温度1080℃以上进行取样，对取样进行
光谱分析，检测出各元素的含量，若各元素含量符合所述铜合金材料的质量百分比，则视为合格。
[0023] 在上述技术方案的基础上，步骤E包括如下步骤：
[0024] E1、温度调整至1100℃后，用立式半连铸进行循环水冷铸造，
铸造速度为990～1230Kg/h；
[0025] E2、将铸锭切断至一定长度后，在670～780℃温度下，挤压到所需的管材或棒材尺寸。
[0026] 本发明实施例还提供液压元件如滑靴等，采用上述制备方法制备得到的铜合金材料制成。
[0027] 与
现有技术相比，本发明的铜合金基体材料的有效化学成分设计依据的理由如下：
[0028] Al：显著提高材料强度、抗拉强度、
屈服强度，提高合金流动性和耐蚀性，降低Zn的烧损。
[0029] Fe：细化合金组织，可提高材料强度、硬度等性能，但同样会降低材料塑性，加入量应在不显著降低塑性的同时提高强度。
[0030] Ni：扩大α相区，会降低材料强度和硬度，含量需严格控制。
[0031] Si：可提高合金的强度、硬度、铸造流动性。
[0032] 同时，本发明通过特殊的立式半连铸材料制备方法和挤压工艺优化，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
[0033] 本发明实施例提供一种高强度耐磨无铅铜合金材料，由以下质量百分比的元素组成：Al 3.0～4.5％；Fe 0.5～1.3％；Si 0.5～1.5％；Ni 2.0～4.0％；Zn 26～30％；Co≤1.0％；余量为Cu。
[0034] 基于上述高强度耐磨无铅铜合金的质量百分比，本发明还提供一种高强度耐磨无铅铜合金材料的制备方法，包括如下步骤：
[0035] A、先在炉底加入屑料及精炼剂，然后加Cu、Cu-Co-Al三元合金、Al-Fe-Si-Ni四元合金，升温熔化。具体的，Cu-Co-Al三元合金是由Cu、Co、Al熔化成的含Al 4～7％、Co8～12％、Cu82～86％的三元中间合金，Al-Fe-Si-Ni四元合金是由Al、Fe、Si、Ni熔化成的含Al
43～48％、Fe 7～12％、Si 9～14％、和Ni 32～35％的四元中间合金。
[0036] B、Cu熔化后分批加入屑料和精炼剂。当本发明的制备方法在中频电炉制造时，加料时需准确预估炉量，预留250Kg左右炉量。屑料每次加入1桶(200KG)，同时加入精炼剂1KG。
[0037] C、炉料熔化完后，加入屑料或成型回炉料降温，再加入Zn。熔炼温度在1000～1050℃时，加入Zn，便于在低温下加入Zn。同时，预先将Zn放在炉口
烘烤预热。其中，成型回炉料为铸锭或者挤压
型材的工艺料头剩余材料。
[0038] D、Zn完全熔化后，升温沸腾后，加入精炼剂，充分搅拌，静置后扒渣。作为优选，具体的操作过程为：Zn完全熔化后，升温到1080-1120℃，沸腾2～3分钟，加入精炼剂，充分搅拌，静置3～5分钟后扒渣。
[0039] E、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或棒材尺寸。此外，
挤压成型后，可以进行矫直，并去应
力退火，使其满足材料性能要求。
[0040] 在采用立式半连铸进行铸造之前，还可以进一步取样，检测样品中各元素的含量，保证产品质量。当各元素的含量达到本发明的铜合金材料的质量百分比时，则合格；当各元素的含量达到本发明的铜合金材料的质量百分比时，则不合格，通过调加不合格元素达到满足合格标准为止。具体地，可以采用光谱取样分析的方法，在温度1080℃以上进行取样，对取样进行光谱分析，检测出各元素的含量，若各元素含量符合铜合金材料的质量百分比，则视为合格。
[0041] 作为优选，步骤E可以具体包括如下步骤：
[0042] E1、温度调整至1100℃后，用立式半连铸进行循环水冷铸造，铸造速度为990～1230Kg/h；
[0043] E2、将铸锭切断至一定长度后，在670～780℃温度下，挤压到所需的管材或棒材尺寸。
[0044] 本发明实施例还提供一种滑靴，采用上述制备方法制备得到的铜合金材料制成。该滑靴适用于安装在液压泵或者液压马达内。
[0045] 下面通过三个实施例，具体说明本发明的铜合金材料地制备过程。
[0046] 实施例1
[0047] 在本实施例中，铜合金材料，其由以下质量百分比的元素组成：Cu 64.0％；Al 3.31％；Fe 0.7％；Si 1.09％；Ni 3.0％；Zn 27.39％；Co 0.51％。
[0048] 基于上述高强度耐磨无铅铜合金的质量百分比，该铜合金材料的制备方法，包括如下步骤：
[0049] 1)、先在炉底加入屑料及精炼剂，然后加Cu、Cu-Co-Al三元合金、Al-Fe-Si-Ni四元合金，升温熔化。具体的，Cu-Co-Al三元合金是由Cu、Co、Al熔化成的含Al 5％、Co9％、Cu86％的三元中间合金，Al-Fe-Si-Ni四元合金是由Al、Fe、Si、Ni熔化成的含Al 43％、Fe8％、Si 14％和Ni35％的四元中间合金。
[0050] 2)、Cu熔化后分批加入屑料和精炼剂。当本发明的制备方法在中频电炉制造时，加料时需准确预估炉量，预留250Kg左右炉量。屑料每次加入1桶(200KG)，同时加入精炼剂1KG。
[0051] 3)、炉料熔化完后，加入屑料或成型回炉料降温，再加入Zn。熔炼温度在1000℃时，加入Zn，便于在低温下加入Zn。同时，预先将Zn放在炉口烘烤预热。
[0052] 4)、Zn完全熔化后，升温沸腾后，加入精炼剂，充分搅拌，静置后扒渣。作为优选，具体的操作过程为：Zn完全熔化后，升温到1080℃，沸腾2分钟，加入精炼剂，充分搅拌，静置3分钟后扒渣。
[0053] 5)、采用光谱取样分析的方法，在温度1080℃以上进行取样，对取样进行光谱分析，检测出各元素的含量，若各元素含量符合铜合金材料的质量百分比，则视为合格；若不合格，通过调加不合格元素达到满足合格标准为止；
[0054] 6)温度调整至1100℃后，用立式半连铸进行循环水冷铸造，铸造速度为1080Kg/h；将铸锭切断至一定长度后，在680℃温度下，挤压到所需的管材或棒材尺寸。然后，进行矫直，并去
应力退火，使其满足材料性能要求。
[0055] 实施例2
[0056] 在本实施例中，铜合金材料，其由以下质量百分比的元素组成：Cu 63％；Al 3.6％；Fe 1％；Si 0.81％；Ni 2.7％；Zn 28.19％；Co 0.7％。
[0057] 基于上述高强度耐磨无铅铜合金的质量百分比，该铜合金材料的制备方法，包括如下步骤：
[0058] 1)、先在炉底加入屑料及精炼剂，然后加Cu、Cu-Co-Al三元合金、Al-Fe-Si-Ni四元合金，升温熔化。具体的，Cu-Co-Al三元合金是由Cu、Co、Al熔化成的含Al 5％、Co9％、Cu86％的三元中间合金，Al-Fe-Si-Ni四元合金是由Al、Fe、Si、Ni熔化成的含Al 45％、Fe11％、Si 11％和Ni33％的四元中间合金。
[0059] 2)、Cu熔化后分批加入屑料和精炼剂。当本发明的制备方法在中频电炉制造时，加料时需准确预估炉量，预留250Kg左右炉量。屑料每次加入1桶(200KG)，同时加入精炼剂1KG。
[0060] 3)、炉料熔化完后，加入屑料或成型回炉料降温，再加入Zn。熔炼温度在1025℃时，加入Zn，便于在低温下加入Zn。同时，预先将Zn放在炉口烘烤预热。
[0061] 4)、Zn完全熔化后，升温沸腾后，加入精炼剂，充分搅拌，静置后扒渣。作为优选，具体的操作过程为：Zn完全熔化后，升温到1100℃，沸腾2.5分钟，加入精炼剂，充分搅拌，静置4分钟后扒渣。
[0062] 5)、采用光谱取样分析的方法，在温度1080℃以上进行取样，对取样进行光谱分析，检测出各元素的含量，若各元素含量符合铜合金材料的质量百分比，则视为合格；若不合格，通过调加不合格元素达到满足合格标准为止；
[0063] 6)温度调整至1100℃后，用立式半连铸进行循环水冷铸造，铸造速度为1120Kg/h；将铸锭切断至一定长度后，在700℃温度下，挤压到所需的管材或棒材尺寸。然后，进行矫直，并去应力退火，使其满足材料性能要求。
[0064] 实施例3
[0065] 在本实施例中，铜合金材料，其由以下质量百分比的元素组成：Cu 62％；Al 3.9％；Fe 0.80％；Si 0.7％；Ni 2.6％；Zn 29.4％；Co 0.6％。
[0066] 基于上述高强度耐磨无铅铜合金的质量百分比，该铜合金材料的制备方法，包括如下步骤：
[0067] 1)、先在炉底加入屑料及精炼剂，然后加Cu、Cu-Co-Al三元合金、Al-Fe-Si-Ni四元合金，升温熔化。具体的，Cu-Co-Al三元合金是由的Cu、Co、Al熔化成的含Al 5％、Co9％、Cu86％的三元中间合金，Al-Fe-Si-Ni四元合金是由Al、Fe、Si、Ni熔化成的含Al 49％、Fe10％、Si 9％和Ni32％的四元中间合金。
[0068] 2)、Cu熔化后分批加入屑料和精炼剂。当本发明的制备方法在中频电炉制造时，加料时需准确预估炉量，预留250Kg左右炉量。屑料每次加入1桶(200KG)，同时加入精炼剂1KG。
[0069] 3)、炉料熔化完后，加入屑料或成型回炉料降温，再加入Zn。熔炼温度在1050℃时，加入Zn，便于在低温下加入Zn。同时，预先将Zn放在炉口烘烤预热。
[0070] 4)、Zn完全熔化后，升温沸腾后，加入精炼剂，充分搅拌，静置后扒渣。作为优选，具体的操作过程为：Zn完全熔化后，升温到1120℃，沸腾3分钟，加入精炼剂，充分搅拌，静置5分钟后扒渣。
[0071] 5)、采用光谱取样分析的方法，在温度1080℃以上进行取样，对取样进行光谱分析，检测出各元素的含量，若各元素含量符合铜合金材料的质量百分比，则视为合格；若不合格，通过调加不合格元素达到满足合格标准为止；
[0072] 6)温度调整至1100℃后，用立式半连铸进行循环水冷铸造，铸造速度为1160Kg/h；将铸锭切断至一定长度后，在720℃温度下，挤压到所需的管材或棒材尺寸。然后，进行矫直，并去应力退火，使其满足材料性能要求。
[0073] 对实施例1、2、3制备得到的铜合金材料在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。
[0074] 表1
[0075]
[0076]
[0077] 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。
[0078] 表2
[0079]
[0080] 由表1和表2可知，本发明提供的铜合金材料硬度可达到HRB87～HRB98，抗拉强度可达到627MPa～668MPa，延伸率可达到15％～20％。
[0081] 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。
[0082]
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。
