一种冷变形铜合金及其高精度管棒材制备方法与流程

1.本发明涉及铜合金制备技术领域，特别涉及一种冷变形铜合金及其高精度管棒材制备方法。

背景技术：

2.随着我国近几十年不断加大基础建设投入，广泛运用于挖掘机、水泥泵车等工程机械的柱塞泵、柱塞马达的核心设计及制造技术较多来源于欧美或日本，柱塞泵、柱塞马达中铜合金零部件的新型材料设计及制造也基本为欧美及日本所掌控，而我国国标中现有铜合金材料不能完全满足随液压市场发展不断提升的性能要求，需要自主设计并制造适合运用于液压泵及马达工况的铜合金材料，打破垄断，取代进口。
3.柱塞泵、柱塞马达中的缸体与柱塞，柱塞滑靴总成与斜盘各自构成柱塞泵中重要的摩擦副；其中缸体与柱塞、斜盘采用特殊钢材等黑金属作为基体以具备高强度，与其各自形成摩擦副并承担耐磨的部分，则需采用高强度耐磨铜合金，比如缸体与柱塞两种黑金属，不适合直接形成摩擦副，则在缸体上镶嵌耐磨铜合金缸体衬套，承受柱塞与缸体孔件剧烈的摩擦；柱塞与斜盘也是两种黑金属，则在柱塞球头上设计铜合金滑靴，滑靴一端与柱塞球头扣压旋合形成灵活无阻碍的球面接触摩擦副，滑靴另一端与斜盘平面接触，缸体高速旋转下滑靴大端面与斜盘间形成剧烈摩擦。
4.因以上柱塞液压泵摩擦副结构设计特征，并在复杂的力与运动条件下长期高负荷工作，无论是铜合金缸体衬套还是滑靴铜合金，除良好的耐磨减摩性能要求外，还需要具备高强度、良好塑性、耐烧结、耐疲劳等综合性能。
5.同时，工程机械中高性能柱塞泵小型化设计节约空间、降低成本成为趋势，其中缸体等大体积零部件体积大幅压缩，其内部平均分布的多柱塞孔内径显著减小，镶嵌在缸体柱塞孔内衬套相应减小，传统的复杂铜合金材料及制造工艺难以实现小规格管材原材料的制备，退而采用复杂铜合金实心棒材加工，资源浪费太大。因此需要开发出既能满足性能需求，又可采用新型管材制备工艺的新材料，在原材料利用上达到良好的节能降耗效果。

技术实现要素：

6.本发明实施例提供一种冷变形铜合金及其高精度管棒材制备方法，能解决相关技术中的问题。
7.一方面，本发明实施例提供了一种冷变形铜合金，
8.其组分重量百分比如下：cu：60～64，x：≤1，mn：2.0～3.5， si：0.5～1.5，fe：≤0.25，pb：≤0.5，ni：≤0.5，y：0.1～0.25，zn：余量，其余≤0.3。
9.在一些实施例中，x元素为al、ni、co元素中的一种或几种； y元素为cr、v、mo、ti、nb元素中的一种或几种；所述材料中 mn、si含量为：2.8＜mn：si＜3.3。
10.在一些实施例中，通过冷拉方法制备的高精度棒材，适用于对强度、耐磨性和塑性要求高的液压滑靴；通过冷轧方法制备的高精度小孔薄壁管材，适用于对强度、耐磨性和塑
性要求高的液压泵缸体衬套及类似工况下的耐磨镶套零部件。
11.一方面，提供一种高精度管棒材制备方法
，
包括以下步骤：
12.s01.合金材料的准备；
13.s02.合金材料金属的熔炼；
14.s03.熔炼后的合金材料金属，铸造铸锭并锯切出相应规格的铸锭；
15.s04.铸锭的热挤压塑性变形；
16.s05.变形后的冷变形强化与热处理均匀性强化；
17.s06.强化后的性能的检测。
18.在一些实施例中，所述s01.合金材料的准备，其包括：铜合金材料由一定设计设计元素的质量百分比组成，包括：cu：60～64，x：≤1，mn：2.0～3.5，si：0.5～1.5，fe：≤0.25，pb：≤0.5，ni：≤0.5， y：0.1～0.25，zn：余量，其余≤0.3，其中，x元素为al、ni、co 元素中的一种或几种；y元素为cr、v、mo、ti、nb元素中的一种或几种。
19.在一些实施例中，所述s02.合金材料金属的熔炼，包括以下步骤：
20.s21.准备cu-mn、cu-x等二元合金，按照各元素组成质量百分比进行30％新料配料，剩余采用同材质屑旧料；
21.s22.生产前对1.5t中频熔炼炉炉膛进行宰炉清理，加入全部的铜和cu-mn、cu-x等二元合金，功率调整至350～400kw快速升温熔化，加入wp复杂黄铜专用精炼剂1包(2kg)用作覆盖剂，并将 zn放在炉台预热，随新料熔化逐渐分批加入屑旧料，待完全熔化后关闭电炉功率，低温加入预热的zn；
22.s23.当zn全部熔化后，功率再次调整至350～400kw，升温至沸腾2～3分钟，再次加入wp复杂黄铜专用精炼剂1包(2kg)，充分搅拌并造渣，静置3～5分钟后除渣，取炉前样分析成分；
23.s24.功率调整至30～60kw保温，加入变质剂进行除气细化，用钟罩压入铜液深处与铜水充分反应；加入木炭覆盖液面；
24.s25.调整元素组成至指定质量百分比，炉前成分满足成分控制要求后升温，调整温度至1100～1180℃，然后将功率调整至30～60kw 保温；出汤至预热充分覆盖木炭的中间包。
25.在一些实施例中，所述s03.熔炼后的合金材料金属，铸造铸锭并锯切出相应规格的铸锭，包括以下步骤：
26.s31.浇注至提前图刷好涂料并预热的立式半连铸结晶器，采用二次水冷工艺铸造，采用拉停模式及4m/h左右适中的铸造速度，逐渐拉出铸锭，铸造过程中及时覆盖烟灰并打出结壳铜块防止夹渣卷入；
27.s32.铸造至一半长度，熔炼炉中取中样检测炉前成分；铸造完成前从中间包取尾样检测炉前成分；
28.s33.铸造所得铸锭，采用专用锯床切断至所需要长度的挤压锭，检查铸锭表面有无夹渣缺陷，并作打磨去除。
29.在一些实施例中，所述s04.铸锭的热挤压塑性变形，包括以下步骤：
30.s41.领用设计的挤压锭规格，采用天然气加热炉或工频电磁感应加热炉，将挤压锭加热到700～780℃并均匀热透，通过正向或反向挤压设备，制造得到相应尺寸的管材，切
除挤压管材工艺料头、料尾各 200mm；按照设计的管材内外径尺寸公差
±
0.5，以及偏心率控制在一定范围以内的偏心控制要求，切除不满足尺寸要求的部分；
31.s42.对尾部挤压管材进行超声波探伤和破断检查，去除挤压缩尾分层缺陷，得到内外部均合格的挤压管材。
32.在一些实施例中，所述s05.变形后的冷变形强化与热处理均匀性强化，包括以下步骤：
33.s51.采用lg60(sm)两辊冷轧机针对小管材突破常规设计专用变形条件冷轧辊型，冷轧制造一定尺寸小规格薄壁紧密管材，管径公差按照
±
0.1mm；
34.s52.对冷轧管材切断料头料尾各100mm，冷轧后24h内完成均匀化热处理，再次提升硬度、力学性能，同时消除冷变形产生的残余应力；
35.s53.采用二辊或多辊矫直机进行精密矫直，设计调整压下量与辊角参数，达到设计的1
‰
直线度；
36.s54.24h内完成去应力热处理，消除残余应力影响；
37.s55.对冷轧管材进行涡流探伤，切除裂纹缺陷，得到可用于零件加工的合格管材。
38.在一些实施例中，所述s06.强化后的性能的检测，包括以下步骤：
39.s61.对管材取样，作化学分析，若检测结果与设计目标基本一致，则性能检测具备代表性；
40.s62.对制作得到的铜合金材料在gb/t230.1-2018，hrb试验条件下进行硬度测试，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，分别对热挤压状态和冷轧管材最终状态进行对比检测，对比结果；
41.s63.采用点接触循环往复摩擦磨损试验机和旋转摩擦pv试验机，在各自标准试验条件下进行摩擦磨损试验对比。
42.本发明提供的技术方案带来的有益效果包括：
43.1、本技术的铜合金在通过挤压工艺成型后仍保持较低的基体硬度和强度，并具备非常好的塑性，达到类似于高铜合金的塑型特征；
44.2、本技术的铜合金具有高强度、适中的硬度，良好的耐磨减磨性、耐烧结性能及耐疲劳性能；
45.3、本技术的铜合金，在材料成型的挤压工序后具备良好的塑形变形特征，为冷变形提供条件，且基于这一特征，即可实施冷拉成型高精度棒材，又可以实施冷轧成型高精度小孔薄壁管材，并且通过矫直工艺获取良好的直线度；
46.4、本技术的铜合金，采用冷拉方法制备的高精度棒材，适合用于对强度、耐磨性和塑性要求高的液压滑靴；
47.5、本技术的铜合金，采用冷轧方法制备的高精度小孔薄壁管材，适合用于对强度、耐磨性、塑性要求高的液压泵缸体衬套及类似工况的耐磨镶套零部件；
48.6、解决了常规高强度耐磨铜合金必须采用挤压棒材用于加工小铜套的局限性，可大幅减小所需的加工余量；
49.7、实现了固溶强化、细晶强化、位错强化、第二相强化及均匀性，得到良好的金属组织与力学性能，从而得到良好的耐磨减摩特性、抗烧结能力、耐疲劳性能。
附图说明
50.为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
51.图1为本发明一种高精度管棒材制备方法的流程图。
具体实施方式
52.为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
53.本发明实施例提供了一种冷变形铜合金，
54.其组分重量百分比如下：cu：60～64，x：≤1，mn：2.0～3.5， si：0.5～1.5，fe：≤0.25，pb：≤0.5，ni：≤0.5，y：0.1～0.25，zn：余量，其余≤0.3。
55.可选的，x元素为al、ni、co元素中的一种或几种；y元素为 cr、v、mo、ti、nb元素中的一种或几种；所述材料中mn、si含量为：2.8＜mn：si＜3.3。
56.可选的，通过冷拉方法制备的高精度棒材，适用于对强度、耐磨性和塑性要求高的液压滑靴；通过冷轧方法制备的高精度小孔薄壁管材，适用于对强度、耐磨性和塑性要求高的液压泵缸体衬套及类似工况下的耐磨镶套零部件。
57.本实施例中，本铜合金初始设计从材料成分开始，与常规复杂锰黄铜成分设计使金属组织以β相为主达到很高的基体硬度和强度不同，而是以实现基体接近全α相为目标得到软基体组织，同时设计特定元素比例得到适宜的强化相组成与比例，在通过挤压工艺成型后仍保持较低的基体硬度和强度，并具备非常良好的塑性，达到类似于高铜含量合金的塑型特征，这种特征下，后续可设计冷塑性变形以及特定的热处理工艺。
58.同时，采用冷拉方法制备的高精度棒材，适合用于对高强度、耐磨性和塑性要求高的液压滑靴，因其外圆精度可达到h9级别，直线度达到0.5
‰
级别，可采用对来料要求极高的棒材加工专机设备如走心机对棒材进行高效率及极小加工余量的加工；
59.采用冷轧方法制备的高精度小孔薄壁管材，适合用于对强度、耐磨性、塑性要求高的液压泵缸衬套及类似工况的耐磨镶套零部件，该方法大幅度改善直接热挤压制备工艺下管材成型时，内孔的尺寸局限性，即可在挤压制备工艺下完成常规尺寸管材成型，再通过进一步冷成型来大幅缩减管材尺寸，规避了挤压工艺细小穿孔针结构强度不能承受高温热挤压工艺的难题，同时，可得到更高的管材精度，从热挤压管材精度
±
0.5大幅提升至
±
0.1，更适宜加工工序对来料的精细要求。
60.其中，在如液压缸体衬套等空心零件上，当内孔尺寸减小到 10～20mm时，仍可通过该材料及制备工艺实现管材成型，解决了常规高强度耐磨铜合金必须采用挤压棒材用于加工铜套的局限性，并且，由于精度提升，可大幅减小所需的加工余量。
61.一方面，提供一种高精度管棒材制备方法
，
包括以下步骤：
62.s01.合金材料的准备；
63.s02.合金材料金属的熔炼；
64.s03.熔炼后的合金材料金属，铸造铸锭并锯切出相应规格的铸锭；
65.s04.铸锭的热挤压塑性变形；
66.s05.变形后的冷变形强化与热处理均匀性强化；
67.s06.强化后的性能的检测。
68.本实施例中，在熔炼、铸造工序中，实现固溶强化，并加入专用变质剂细化晶粒，后续在挤压和冷变形塑性加工工序完成变形强化，包含位错强化、细晶强化与第二相强化等多种机制，基体上均匀有序分布强化相，得到比传统复杂黄铜细小的晶粒组织，并在热处理工序中，完成均匀化，本技术的铜合金通过特定成分设计及制备工艺，达到高强度、适中的硬度、良好的耐磨减磨性能、耐烧结性能及耐疲劳性能。
69.同时，本技术的铜合金，在材料成型的挤压工序后具备良好的塑性变形特征，为冷变形提供条件，基于这一特征，即可实施冷拉成型高精度棒材，又可实时冷轧成型高精度小孔薄壁管材，并且，通过矫直工艺获取良好的直线度。
70.可选的，所述s01.合金材料的准备，其包括：铜合金材料由一定设计设计元素的质量百分比组成，包括：cu：60～64，x：≤1，mn： 2.0～3.5，si：0.5～1.5，fe：≤0.25，pb：≤0.5，ni：≤0.5，y：0.1～0.25， zn：余量，其余≤0.3，其中，x元素为al、ni、co元素中的一种或几种；y元素为cr、v、mo、ti、nb元素中的一种或几种。
71.可选的，所述s02.合金材料金属的熔炼，包括以下步骤：
72.s21.准备cu-mn、cu-x等二元合金，按照各元素组成质量百分比进行30％新料配料，剩余采用同材质屑旧料；
73.s22.生产前对1.5t中频熔炼炉炉膛进行宰炉清理，加入全部的铜和cu-mn、cu-x等二元合金，功率调整至350～400kw快速升温熔化，加入wp复杂黄铜专用精炼剂1包(2kg)用作覆盖剂，并将zn放在炉台预热，随新料熔化逐渐分批加入屑旧料，待完全熔化后关闭电炉功率，低温加入预热的zn；
74.s23.当zn全部熔化后，功率再次调整至350～400kw，升温至沸腾2～3分钟，再次加入wp复杂黄铜专用精炼剂1包(2kg)，充分搅拌并造渣，静置3～5分钟后除渣，取炉前样分析成分；
75.s24.功率调整至30～60kw保温，加入变质剂进行除气细化，用钟罩压入铜液深处与铜水充分反应；加入木炭覆盖液面；
76.s25.调整元素组成至指定质量百分比，炉前成分满足成分控制要求后升温，调整温度至1100～1180℃，然后将功率调整至30～60kw 保温；出汤至预热充分覆盖木炭的中间包。
77.可选的，所述s03.熔炼后的合金材料金属，铸造铸锭并锯切出相应规格的铸锭，包括以下步骤：
78.s31.浇注至提前图刷好涂料并预热的立式半连铸结晶器，采用二次水冷工艺铸造，采用拉停模式及4m/h左右适中的铸造速度，逐渐拉出铸锭，铸造过程中及时覆盖烟灰并打出结壳铜块防止夹渣卷入；
79.s32.铸造至一半长度，熔炼炉中取中样检测炉前成分；铸造完成前从中间包取尾样检测炉前成分；
80.s33.铸造所得铸锭，采用专用锯床切断至所需要长度的挤压锭，检查铸锭表面有无夹渣缺陷，并作打磨去除。
81.可选的，所述s04.铸锭的热挤压塑性变形，包括以下步骤：
82.s41.领用设计的挤压锭规格，采用天然气加热炉或工频电磁感应加热炉，将挤压锭加热到700～780℃并均匀热透，通过正向或反向挤压设备，制造得到相应尺寸的管材，切除挤压管材工艺料头、料尾各 200mm；按照设计的管材内外径尺寸公差
±
0.5，以及偏心率控制在一定范围以内的偏心控制要求，切除不满足尺寸要求的部分；
83.s42.对尾部挤压管材进行超声波探伤和破断检查，去除挤压缩尾分层缺陷，得到内外部均合格的挤压管材。
84.可选的，所述s05.变形后的冷变形强化与热处理均匀性强化，包括以下步骤：
85.s51.采用lg60(sm)两辊冷轧机针对小管材突破常规设计专用变形条件冷轧辊型，冷轧制造一定尺寸小规格薄壁紧密管材，管径公差按照
±
0.1mm；
86.s52.对冷轧管材切断料头料尾各100mm，冷轧后24h内完成均匀化热处理，再次提升硬度、力学性能，同时消除冷变形产生的残余应力；
87.s53.采用二辊或多辊矫直机进行精密矫直，设计调整压下量与辊角参数，达到设计的1
‰
直线度；
88.s54.24h内完成去应力热处理，消除残余应力影响；
89.s55.对冷轧管材进行涡流探伤，切除裂纹缺陷，得到可用于零件加工的合格管材。
90.可选的，所述s06.强化后的性能的检测，包括以下步骤：
91.s61.对管材取样，作化学分析，若检测结果与设计目标基本一致，则性能检测具备代表性；
92.s62.对制作得到的铜合金材料在gb/t230.1-2018，hrb试验条件下进行硬度测试，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，分别对热挤压状态和冷轧管材最终状态进行对比检测，对比结果；
93.s63.采用点接触循环往复摩擦磨损试验机和旋转摩擦pv试验机，在各自标准试验条件下进行摩擦磨损试验对比。
94.本发明实施例一：
95.在本实施例中，铜合金材料由以下设计元素的质量百分比组成： cu 63.0％；mn 2.8％；x 0.9％；si 0.7％；zn 32.0％；y 0.25％；pb 0.25％； fe 0.1％；ni 0.1％，其中，x元素为al、ni、co元素中的一种或几种；y元素为cr、v、mo、ti、nb元素中的一种或几种；所述材料中mn、si含量为：2.8＜mn：si＜3.3。
96.其制备方式如下：
97.a、准备cu-mn、cu-x等二元合金，按照各元素组成质量百分比进行30％新料配料，剩余采用同材质屑旧料；
98.b、生产前，对1.5t中频熔炼炉炉膛进行宰炉清理，加入全部的铜和cu-mn、cu-x等二元中间合金，功率调整至350～400kw快速升温熔化，加入wp复杂黄铜专用精炼剂1包(2kg)用作覆盖剂，并将zn放在炉台预热；随新料熔化逐渐分批加入屑旧料，待完全熔化后关闭电炉功率，低温加入预热的zn；
99.c、当zn全部熔化后，功率再次调整至350～400kw，升温至沸腾2～3分钟，再次加入
wp复杂黄铜专用精炼剂1包(2kg)，充分搅拌并造渣，静置3～5分钟后除渣，取炉前样分析成分；
100.d、功率调整至30～60kw保温，加入变质剂进行除气细化，用钟罩压入铜液深处与铜水充分反应；加入木炭覆盖液面；
101.e、调整元素组成至指定质量百分比；炉前成分满足成分控制要求后升温，调整温度至1100～1180℃，然后将功率调整至30～60kw 保温；出汤至预热充分覆盖木炭的中间包；
102.f、浇注至提前图刷好涂料并预热的立式半连铸结晶器，采用二次水冷工艺铸造，采用拉停模式4m/h铸造速度，逐渐拉出铸锭，铸造过程中及时覆盖烟灰并打出结壳铜块防止夹渣卷入；
103.g、铸造至一半长度，熔炼炉中取中样检测炉前成分；铸造完成前从中间包取尾样检测炉前成分；
104.h、铸造所得铸锭，采用专用锯床切断至所需要长度的挤压锭，检查铸锭表面有无夹渣缺陷，并作打磨去除；
105.i、选用设计规格压锭，采用天然气加热炉或工频电磁感应加热炉，将挤压锭加热到700～780℃并均匀热透，通过正向或反向挤压设备，制造得到φ35*φ25管材，切除挤压管材工艺料头、料尾各200mm；按照管材内外径尺寸公差
±
0.5，以及偏心率控制在8％以内要求，切除不满足尺寸要求的部分；
106.j、对尾部挤压管材进行超声波探伤和破断检查，去除挤压缩尾分层缺陷，得到内外部均合格的挤压管材；
107.k、采用lg60(sm)两辊冷轧机针对小管材突破常规设计专用变形条件冷轧辊型，冷轧制造φ20*φ14小规格薄壁精密管材，管径公差达到
±
0.1mm；
108.l、对冷轧管材切断料头料尾各100mm，冷轧后24h内完成均匀化热处理，再次提升硬度、力学性能，同时消除冷变形产生的残余应力；
109.m、采用二辊或多辊矫直机进行精密矫直，设计调整压下量与辊角参数，达到设计的1
‰
直线度；
110.n、24h内完成去应力热处理，及时消除残余应力影响，避免开裂；
111.o、对冷轧管材进行涡流探伤，切除裂纹缺陷，得到可用于零件加工的合格管材；
112.p、对该实施例管材进行各项性能检测，结果如下：
113.(1)对实施例管材取样，作化学分析检测结果如下：cu 63.1％； mn 2.65；x 0.96％；si 0.65％；zn余量(31.93％)；y 0.25％；pb 0.29％； fe 0.07％；ni 0.1％，检测结果与设计目标基本一致，性能检测具备代表性；
114.(2)对上述实施例制备得到的铜合金材料在gb/t 230.1-2018， hrb试验条件下进行硬度测试，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，分别对热挤压状态和冷轧管材最终状态进行对比检测，对比结果显示冷轧管材在挤压管材基础上强化效果达到50％水平；
[0115][0116]
(3)采用点接触循环往复摩擦磨损试验机和旋转摩擦pv试验机，在给自标准试验条件下进行摩擦磨损试验对比，实施例管材制样的试验结果为：摩擦系数0.078，磨痕深度13.805μm，耐烧结能力 pv值13.3pa*m/s。
[0117]
备注：实施例管材耐磨减磨性能及耐烧结性能，与当前应用性能良好的高强度耐磨复杂黄铜相当(现行性能良好的高强度耐磨复杂黄铜在同等条件下的对比数据，摩擦系数0.078，磨损深度11.508μm， pv值12.1pa*m/s)。
[0118]
本发明实施例二：
[0119]
在本实施例中，铜合金材料由以下质量百分比的元素组成：cu 63％；mn 2.8％；x 0.4％；si 0.7％；zn 32.5％；y 0.2％；pb 0.25％； fe 0.1％；ni 0.1％，其中，x元素为al、ni、co元素中的一种或几种；y元素为cr、v、mo、ti、nb元素中的一种或几种；所述材料中mn、si含量为：2.8＜mn：si＜3.3。
[0120]
其制备方式如下：
[0121]
a、准备cu-mn、cu-x等二元合金，按照各元素组成质量百分比进行30％新料配料，剩余采用同材质屑旧料；
[0122]
b、生产前对1.5t中频熔炼炉炉膛进行宰炉清理，加入全部的铜和cu-mn、cu-x等二元中间合金，功率调整至350～400kw快速升温熔化，加入wp复杂黄铜专用精炼剂1包(2kg)用作覆盖剂，并将zn放在炉台预热；随新料熔化逐渐分批加入屑旧料，待完全熔化后关闭电炉功率，低温加入预热的zn；
[0123]
c、当zn全部熔化后，功率再次调整至350～400kw，升温至沸腾2～3分钟，再次加入wp复杂黄铜专用精炼剂1包(2kg)，充分搅拌并造渣，静置3～5分钟后除渣，取炉前样分析成分；
[0124]
d、功率调整至30～60kw保温，加入变质剂进行除气细化，用钟罩压入铜液深处与铜水充分反应；加入木炭覆盖液面；
[0125]
e、调整元素组成至指定质量百分比；炉前成分满足成分控制要求后升温，调整温度至1100～1180℃，然后将功率调整至30～60kw 保温；出汤至预热充分覆盖木炭的中间包；
[0126]
f、浇注至提前图刷好涂料并预热的立式半连铸结晶器，采用二次水冷工艺铸造，采用拉停模式及4m/h左右适中的铸造速度，逐渐拉出铸锭，铸造过程中及时覆盖烟灰并打出结壳铜块防止夹渣卷入；
[0127]
g、铸造至一半长度，熔炼炉中取中样检测炉前成分；铸造完成前从中间包取尾样检测炉前成分；
[0128]
h、铸造所得铸锭，采用专用锯床切断至所需要长度的挤压锭，检查铸锭表面有无
夹渣缺陷，并作打磨去除；
[0129]
i、领用设计的挤压锭规格，采用天然气加热炉或工频电磁感应加热炉，将挤压锭加热到700～780℃并均匀热透，通过正向或反向挤压设备，制造得到φ40*φ30管材，切除挤压管材工艺料头、料尾各200mm；按照设计的管材内外径尺寸公差
±
0.5，以及偏心率控制在5％以内的偏心控制要求，切除不满足尺寸要求的部分；
[0130]
j、对尾部挤压管材进行超声波探伤和破断检查，去除挤压缩尾分层缺陷，得到内外部均合格的挤压管材；
[0131]
k、采用lg60(sm)两辊冷轧机针对小管材突破常规设计专用变形条件冷轧辊型，冷轧制造φ18*φ12小规格薄壁精密管材，管径公差按照
±
0.1mm；
[0132]
l、对冷轧管材切断料头料尾各100mm，冷轧后24h内完成均匀化热处理，再次提升硬度、力学性能，同时消除冷变形产生的残余应力；
[0133]
m、采用二辊或多辊矫直机进行精密矫直，设计调整压下量与辊角参数，达到设计的1
‰
直线度；
[0134]
n、24h内完成去应力热处理，消除残余应力影响；
[0135]
o、对冷轧管材进行涡流探伤，切除裂纹缺陷，得到可用于零件加工的合格管材；
[0136]
p、对该实施例管材进行各项性能检测，结果如下：
[0137]
(1)对实施例管材取样，作化学分析检测结果如下：cu62.83％；mn2.55；x0.33％；si0.65％；zn余量(33.02％)；y0.16％；pb0.28％；fe0.07％；ni0.11％，检测结果与设计目标基本一致，性能检测具备代表性；
[0138]
(2)对上述实施例制备得到的铜合金材料在gb/t230.1-2018，hrb试验条件下进行硬度测试，在gb/t228b试验条件下，采用gb/t228.1-2010试验方法进行力学性能试验，分别对热挤压状态和冷轧管材最终状态进行对比检测，对比结果显示冷轧管材在挤压管材基础上强化效果达到50％水平；
[0139][0140]
(3)采用点接触循环往复摩擦磨损试验机和旋转摩擦pv试验机，在各自标准试验条件下进行摩擦磨损试验对比，实施例管材制样的试验结果为：摩擦系数0.078，磨痕深度13.873μm，耐烧结能力pv值17.4pa*m/s。
[0141]
备注：实施例管材耐磨减摩性能略低于当前应用性能良好的高强度耐磨复杂黄铜相当，耐烧结性能则优于现行性能良好的高强度耐磨复杂黄铜(现行性能良好的高强度耐磨复杂黄铜在同等条件下的对比数据，摩擦系数0.078，磨损深度11.508μm，pv值12.1pa*m/s)
[0142]
本发明实施例三：
[0143]
在本实施例中，铜合金材料及铸造制备方法同实施例一，不同在于采用挤压+冷拉方法制备高精度棒材。
[0144]
在本实施例中，铜合金材料由以下设计元素的质量百分比组成： cu 63.0％；mn 2.8％；x 0.9％；si 0.7％；zn 32.0％；y 0.25％；pb 0.25％； fe 0.1％；ni 0.1％，其中，x元素为al、ni、co元素中的一种或几种；y元素为cr、v、mo、ti、nb元素中的一种或几种；所述材料中mn、si含量为：2.8＜mn：si＜3.3。
[0145]
其制备方式如下：
[0146]
a、准备cu-mn、cu-x等二元合金，按照各元素组成质量百分比进行30％新料配料，剩余采用同材质屑旧料；
[0147]
b、生产前，对1.5t中频熔炼炉炉膛进行宰炉清理，加入全部的铜和cu-mn、cu-x等二元中间合金，功率调整至350～400kw快速升温熔化，加入wp复杂黄铜专用精炼剂1包(2kg)用作覆盖剂，并将zn放在炉台预热；随新料熔化逐渐分批加入屑旧料，待完全熔化后关闭电炉功率，低温加入预热的zn；
[0148]
c、当zn全部熔化后，功率再次调整至350～400kw，升温至沸腾2～3分钟，再次加入wp复杂黄铜专用精炼剂1包(2kg)，充分搅拌并造渣，静置3～5分钟后除渣，取炉前样分析成分；
[0149]
d、功率调整至30～60kw保温，加入变质剂进行除气细化，用钟罩压入铜液深处与铜水充分反应；加入木炭覆盖液面；
[0150]
e、调整元素组成至指定质量百分比；炉前成分满足成分控制要求后升温，调整温度至1100～1180℃，然后将功率调整至30～60kw 保温；出汤至预热充分覆盖木炭的中间包；
[0151]
f、浇注至提前图刷好涂料并预热的立式半连铸结晶器，采用二次水冷工艺铸造，采用拉停模式4m/h铸造速度，逐渐拉出铸锭，铸造过程中及时覆盖烟灰并打出结壳铜块防止夹渣卷入；
[0152]
g、铸造至一半长度，熔炼炉中取中样检测炉前成分；铸造完成前从中间包取尾样检测炉前成分；
[0153]
h、铸造所得铸锭，采用专用锯床切断至所需要长度的挤压锭，检查铸锭表面有无夹渣缺陷，并作打磨去除；
[0154]
i、选用设计规格挤压锭，采用天然气加热炉或工频电磁感应加热炉，将挤压锭加热到700～780℃并均匀热透，通过正向或反向挤压设备，制造得到φ36.8棒材，切除挤压管材工艺料头、料尾各200mm；按照管材内外径尺寸公差
±
0.5，切除不满足尺寸要求的部分；
[0155]
j、对尾部挤压棒材进行破断检查，切除挤压缩尾分层缺陷，得到内外部均合格的挤压管材；
[0156]
k、采用车头机制造冷拉夹头，外径尺寸车至φ33mm；
[0157]
l、采用30t冷拉机及高精度冷拉模具，冷拉制造φ44高精密棒材，棒材精度达到h9级别；
[0158]
m、对冷拉棒材切断料头料尾各100mm，24h内完成均匀化热处理，消除冷变形产生的残余应力；采用二辊或多辊矫直机进行精密矫直，设计调整压下量与辊角参数，达到设计的1
‰
直线度；
[0159]
n、24h内完成去应力热处理，及时消除残余应力影响，避免开裂；
[0160]
o、对冷拉棒材进行涡流探伤，切除裂纹缺陷，得到可用于零件加工的合格棒材；
[0161]
p、对该实施例棒材进行各项性能检测，结果如下：
[0162]
(1)对实施例棒材取样，作化学分析检测结果如下：cu 63.1％； mn 2.65；x 0.96％；si 0.65％；zn余量(31.93％)；y 0.25％；pb 0.29％； fe 0.07％；ni 0.1％，检测结果与设计目标基本一致，性能检测具备代表性；
[0163]
(2)对上述实施例制备得到的铜合金材料在gb/t 230.1-2018， hrb试验条件下进行硬度测试，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，分别对热挤压状态和冷拉棒材最终状态进行对比检测，对比结果显示冷拉棒材在挤压棒材基础上强化效果达到30％水平；
[0164][0165]
(3)采用点接触循环往复摩擦磨损试验机和旋转摩擦pv试验机，在各自标准试验条件下进行摩擦磨损试验对比，实施例管材制样的试验结果为：摩擦系数0.078，磨痕深度13.573μm，耐烧结能力 pv值13.7pa*m/s。
[0166]
备注：实施例管材耐磨减摩性能及耐烧结性能，与当前应用性能良好的高强度耐磨复杂黄铜相当(现行性能良好的高强度耐磨复杂黄铜在同等条件下的对比数据，摩擦系数0.078，磨损深度11.508μm， pv值12.1pa*m/s)。
[0167]
本发明实施例四：
[0168]
在本实施例中，铜合金材料及铸造制备方法同实施例二，不同在于采用挤压+冷拉方法制备高精度棒材。
[0169]
在本实施例中，铜合金材料由以下质量百分比的元素组成：cu 63％；mn 2.8％；x 0.4％；si 0.7％；zn 32.5％；y 0.2％；pb 0.25％； fe 0.1％；ni 0.1％，其中，x元素为al、ni、co元素中的一种或几种；y元素为cr、v、mo、ti、nb元素中的一种或几种；所述材料中mn、si含量为：2.8＜mn：si＜3.3。
[0170]
其制备方式如下：
[0171]
a、准备cu-mn、cu-x等二元合金，按照各元素组成质量百分比进行30％新料配料，剩余采用同材质屑旧料；
[0172]
b、生产前对1.5t中频熔炼炉炉膛进行宰炉清理，加入全部的铜和cu-mn、cu-x等二元中间合金，功率调整至350～400kw快速升温熔化，加入wp复杂黄铜专用精炼剂1包(2kg)用作覆盖剂，并将zn放在炉台预热；随新料熔化逐渐分批加入屑旧料，待完全熔化后关闭电炉功率，低温加入预热的zn；
[0173]
c、当zn全部熔化后，功率再次调整至350～400kw，升温至沸腾2～3分钟，再次加入wp复杂黄铜专用精炼剂1包(2kg)，充分搅拌并造渣，静置3～5分钟后除渣，取炉前样分析成分；
[0174]
d、功率调整至30～60kw保温，加入变质剂进行除气细化，用钟罩压入铜液深处与铜水充分反应；加入木炭覆盖液面；
[0175]
e、调整元素组成至指定质量百分比；炉前成分满足成分控制要求后升温，调整温度至1100～1180℃，然后将功率调整至30～60kw 保温；出汤至预热充分覆盖木炭的中间包；
[0176]
f、浇注至提前图刷好涂料并预热的立式半连铸结晶器，采用二次水冷工艺铸造，采用拉停模式4m/h铸造速度，逐渐拉出铸锭，铸造过程中及时覆盖烟灰并打出结壳铜块防止夹渣卷入；
[0177]
g、铸造至一半长度，熔炼炉中取中样检测炉前成分；铸造完成前从中间包取尾样检测炉前成分；
[0178]
h、铸造所得铸锭，采用专用锯床切断至所需要长度的挤压锭，检查铸锭表面有无夹渣缺陷，并作打磨去除；
[0179]
i、选用设计规格挤压锭，采用天然气加热炉或工频电磁感应加热炉，将挤压锭加热到700～780℃并均匀热透，通过正向或反向挤压设备，制造得到φ36.8棒材，切除挤压管材工艺料头、料尾各200mm；按照管材内外径尺寸公差
±
0.5，切除不满足尺寸要求的部分；
[0180]
j、对尾部挤压棒材进行破断检查，切除挤压缩尾分层缺陷，得到内外部均合格的挤压管材；
[0181]
k、采用车头机制造冷拉夹头，外径尺寸车至φ33mm；
[0182]
l、采用30t冷拉机及高精度冷拉模具，冷拉制造φ44高精密棒材，棒材精度达到h9级别；
[0183]
m、对冷拉棒材切断料头料尾各100mm，24h内完成均匀化热处理，消除冷变形产生的残余应力；采用二辊或多辊矫直机进行精密矫直，设计调整压下量与辊角参数，达到设计的1
‰
直线度；
[0184]
n、24h内完成去应力热处理，及时消除残余应力影响，避免开裂；
[0185]
o、对冷拉棒材进行涡流探伤，切除裂纹缺陷，得到可用于零件加工的合格棒材；
[0186]
p、对该实施例棒材进行各项性能检测，结果如下：
[0187]
(1)对实施例棒材取样，cu 62.83％；mn 2.55；x 0.33％；si 0.65％； zn余量(33.02％)；y 0.16％；pb 0.28％；fe 0.07％；ni 0.11％，检测结果与设计目标基本一致，性能检测具备代表性；
[0188]
(2)对上述实施例制备得到的铜合金材料在gb/t 230.1-2018， hrb试验条件下进行硬度测试，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，分别对热挤压状态和冷拉棒材最终状态进行对比检测，对比结果显示冷拉棒材在挤压棒材基础上强化效果达到30％水平；
[0189][0190]
(3)采用点接触循环往复摩擦磨损试验机和旋转摩擦pv试验机，在各自标准试验条件下进行摩擦磨损试验对比，实施例管材制样的试验结果为：摩擦系数0.076，磨痕深度12.761μm，耐烧结能力pv值 13.9pa*m/s。
[0191]
备注：实施例管材耐磨减摩性能及耐烧结性能，与当前应用性能良好的高强度耐磨复杂黄铜相当(现行性能良好的高强度耐磨复杂黄铜在同等条件下的对比数据，摩擦系数0.078，磨损深度11.508μm， pv值12.1pa*m/s)。
[0192]
本发明的有益效果在于：
[0193]
1、本技术的铜合金在通过挤压工艺成型后仍保持较低的基体硬度和强度，并具备非常好的塑性，达到类似于高铜合金的塑型特征；
[0194]
2、本技术的铜合金具有高强度、适中的硬度，良好的耐磨减磨性、耐烧结性能及耐疲劳性能；
[0195]
3、本技术的铜合金，在材料成型的挤压工序后具备良好的塑形变形特征，为冷变形提供条件，且基于这一特征，即可实施冷拉成型高精度棒材，又可以实施冷轧成型高精度小孔薄壁管材，并且通过矫直工艺获取良好的直线度；
[0196]
4、本技术的铜合金，采用冷拉方法制备的高精度棒材，适合用于对强度、耐磨性和塑性要求高的液压滑靴；
[0197]
5、本技术的铜合金，采用冷轧方法制备的高精度小孔薄壁管材，适合用于对强度、耐磨性、塑性要求高的液压泵缸体衬套及类似工况的耐磨镶套零部件；
[0198]
6、解决了常规高强度耐磨铜合金必须采用挤压棒材用于加工小铜套的局限性，可大幅减小所需的加工余量；
[0199]
7、实现了固溶强化、细晶强化、位错强化、第二相强化及均匀性，得到良好的金属组织与力学性能，从而得到良好的耐磨减摩特性、抗烧结能力、耐疲劳性能。
[0200]
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
[0201]
需要说明的是，在本技术中，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、或者其任何其他变体意在涵盖
非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。
[0202]
以上所述仅是本发明的具体实施方式，使本领域技术人员能够理解或实现本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所发明的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

技术特征：

1.一种冷变形铜合金，其特征在于，其组分重量百分比如下：cu：60～64，x：≤1，mn：2.0～3.5，si：0.5～1.5，fe：≤0.25，pb：≤0.5，ni：≤0.5，y：0.1～0.25，zn：余量，其余≤0.3。2.如权利要求1所述的一种冷变形铜合金，其特征在于，x元素为al、ni、co元素中的一种或几种；y元素为cr、v、mo、ti、nb元素中的一种或几种；所述材料中mn、si含量为：2.8＜mn：si＜3.3。3.如权利要求1-2任意一项所述的一种冷变形铜合金，其特征在于，通过冷拉方法制备的高精度棒材，适用于对强度、耐磨性和塑性要求高的液压滑靴；通过冷轧方法制备的高精度小孔薄壁管材，适用于对强度、耐磨性和塑性要求高的液压泵缸体衬套及类似工况下的耐磨镶套零部件。4.一种高精度管棒材制备方法，其特征在于，包括以下步骤：s01.合金材料的准备；s02.合金材料金属的熔炼；s03.熔炼后的合金材料金属，铸造铸锭并锯切出相应规格的铸锭；s04.铸锭的热挤压塑性变形；s05.变形后的冷变形强化与热处理均匀性强化；s06.强化后的性能的检测。5.如权利要求4所述的一种高精度管棒材制备方法，其特征在于，所述s01.合金材料的准备，其包括：铜合金材料由一定设计设计元素的质量百分比组成，包括：cu：60～64，x：≤1，mn：2.0～3.5，si：0.5～1.5，fe：≤0.25，pb：≤0.5，ni：≤0.5，y：0.1～0.25，zn：余量，其余≤0.3，其中，x元素为al、ni、co元素中的一种或几种；y元素为cr、v、mo、ti、nb元素中的一种或几种。6.如权利要求4所述的一种高精度管棒材制备方法，其特征在于，所述s02.合金材料金属的熔炼，包括以下步骤：s21.准备cu-mn、cu-x等二元合金，按照各元素组成质量百分比进行30％新料配料，剩余采用同材质屑旧料；s22.生产前对1.5t中频熔炼炉炉膛进行宰炉清理，加入全部的铜和cu-mn、cu-x等二元合金，功率调整至350～400kw快速升温熔化，加入wp复杂黄铜专用精炼剂1包(2kg)用作覆盖剂，并将zn放在炉台预热，随新料熔化逐渐分批加入屑旧料，待完全熔化后关闭电炉功率，低温加入预热的zn；s23.当zn全部熔化后，功率再次调整至350～400kw，升温至沸腾2～3分钟，再次加入wp复杂黄铜专用精炼剂1包(2kg)，充分搅拌并造渣，静置3～5分钟后除渣，取炉前样分析成分；s24.功率调整至30～60kw保温，加入变质剂进行除气细化，用钟罩压入铜液深处与铜水充分反应；加入木炭覆盖液面；s25.调整元素组成至指定质量百分比，炉前成分满足成分控制要求后升温，调整温度至1100～1180℃，然后将功率调整至30～60kw保温；出汤至预热充分覆盖木炭的中间包。7.如权利要求4所述的一种高精度管棒材制备方法，其特征在于，所述s03.熔炼后的合金材料金属，铸造铸锭并锯切出相应规格的铸锭，包括以下步骤：
s31.浇注至提前图刷好涂料并预热的立式半连铸结晶器，采用二次水冷工艺铸造，采用拉停模式及4m/h左右适中的铸造速度，逐渐拉出铸锭，铸造过程中及时覆盖烟灰并打出结壳铜块防止夹渣卷入；s32.铸造至一半长度，熔炼炉中取中样检测炉前成分；铸造完成前从中间包取尾样检测炉前成分；s33.铸造所得铸锭，采用专用锯床切断至所需要长度的挤压锭，检查铸锭表面有无夹渣缺陷，并作打磨去除。8.如权利要求4所述的一种高精度管棒材制备方法，其特征在于，所述s04.铸锭的热挤压塑性变形，包括以下步骤：s41.领用设计的挤压锭规格，采用天然气加热炉或工频电磁感应加热炉，将挤压锭加热到700～780℃并均匀热透，通过正向或反向挤压设备，制造得到相应尺寸的管材，切除挤压管材工艺料头、料尾各200mm；按照设计的管材内外径尺寸公差
±
0.5，以及偏心率控制在一定范围以内的偏心控制要求，切除不满足尺寸要求的部分；s42.对尾部挤压管材进行超声波探伤和破断检查，去除挤压缩尾分层缺陷，得到内外部均合格的挤压管材。9.如权利要求4所述的一种高精度管棒材制备方法，其特征在于，所述s05.变形后的冷变形强化与热处理均匀性强化，包括以下步骤：s51.采用lg60(sm)两辊冷轧机针对小管材突破常规设计专用变形条件冷轧辊型，冷轧制造一定尺寸小规格薄壁紧密管材，管径公差按照
±
0.1mm；s52.对冷轧管材切断料头料尾各100mm，冷轧后24h内完成均匀化热处理，再次提升硬度、力学性能，同时消除冷变形产生的残余应力；s53.采用二辊或多辊矫直机进行精密矫直，设计调整压下量与辊角参数，达到设计的1
‰
直线度；s54.24h内完成去应力热处理，消除残余应力影响；s55.对冷轧管材进行涡流探伤，切除裂纹缺陷，得到可用于零件加工的合格管材。10.如权利要求4所述的一种高精度管棒材制备方法，其特征在于，所述s06.强化后的性能的检测，包括以下步骤：s61.对管材取样，作化学分析，若检测结果与设计目标基本一致，则性能检测具备代表性；s62.对制作得到的铜合金材料在gb/t230.1-2018，hrb试验条件下进行硬度测试，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，分别对热挤压状态和冷轧管材最终状态进行对比检测，对比结果；s63.采用点接触循环往复摩擦磨损试验机和旋转摩擦pv试验机，在各自标准试验条件下进行摩擦磨损试验对比。

技术总结

本发明涉及一种冷变形铜合金及其高精度管棒材制备方法，其组分重量百分比如下：Cu：60～64，X：≤1，Mn：2.0～3.5，Si：0.5～1.5，Fe：≤0.25，Pb：≤0.5，Ni：≤0.5，Y：0.1～0.25，Zn：余量，其余≤0.3。本发明的有益效果在于：1、具有高强度、适中的硬度，良好的耐磨减磨性、耐烧结性能及耐疲劳性能；2、采用冷拉方法制备的高精度棒材，适合用于对强度、耐磨性和塑性要求高的液压滑靴；3、采用冷轧方法制备的高精度小孔薄壁管材，适合用于对强度、耐磨性、塑性要求高的液压泵缸体衬套及类似工况的耐磨镶套零部件；4、解决了常规高强度耐磨铜合金必须采用挤压棒材用于加工小铜套的局限性，可大幅减小所需的加工余量。需的加工余量。需的加工余量。