本发明属于合金
技术领域：
，具体涉及一种无铅铜棒及其制备工艺。
背景技术：
：铜，因其具有优良的性能被广泛应用于管线、水龙头、供水/排水系统的金属装置或金属阀等制品。目前，随着该行业的进一步发展以及人们环保意识的提高，对铜材料的要求越来越高，限制含铅合金的使用已成为目前的趋势。但是现有的铜棒含铅量高，耐磨性差，导致与铜棒相关的产品安全性和耐磨性较差，使用寿命短，不能很好的满足市场需求。因此，市场上急切需要一种可替代含铅黄铜，且兼顾铸造性能、切削性、耐腐蚀性、与机械性能的合金配方。技术实现要素：针对上述问题，本发明提出了一种无铅铜棒及其制备工艺，采用本发明可以获得无铅且耐磨性好的铜棒。本发明所述的一种铜棒，包括强化剂和基础原料，所述铜棒通过强化剂对基础原料强化获得；以质量百分比计，所述基础原料的组成为：bi0.5-0.8%，zn10-20%，c0.2-0.5%，nb0.5-1%，余量为铜及不可避免的杂质；所述强化剂选自碳化硅。所述强化剂与基础原料的质量比为1-10：100。所述强化剂粒径为3-5微米。本发明所述的一种铜棒的制备工艺，其具体步骤为：（1）上引连铸铜杆：在熔炼装置内熔炼、上引连续铸造，熔炼装置内覆盖有木炭和石墨鳞片，采用牵引机组上引连续铸造铜杆；（2）铣削：将步骤（1）所得的铜杆进行铣削；（3）连续轧制：将步骤（2）所得的铜杆为原料，采用多机架的二辊轧机轧制铜棒，轧制速度0.1-0.2米/秒；（4）退火：采用保护气氛光亮炉进行退火，退火温度为300~500℃，保温时间为6~10小时，退火后铜棒的晶粒尺寸为0.01~0.03mm；（5）拉拔：将铜棒进行拉拔变形，变形系数为1.15-1.5；拉拔变形的速度小于8m/min；（6）矫直：将铜棒材进行矫直变形，变形系数为1.01-1.05；矫直变形后铜棒的扭拧度每米不大于0.5mm，铜棒的平面度每米不大于1mm，铜棒的直度每米不大于0.5mm；（7）分切：将铜棒材进行分切；步骤（1）中具体的熔炼过程为：先加入50-60%的纯铜锭，待纯铜锭熔化后加热到1150～1200℃，然后依次加入bi，锌，搅拌均匀后恒温10～15min；再依次加入c和nb，以及余量的纯铜锭，搅拌均匀后升温至1200～1250℃下熔炼15～20min，得到熔炼的混合液；在熔炼的同时将强化剂预热至500-600℃，并将其加入混合液中。步骤（1）中上引连续铸造铜杆的直径为15~45mm，上引连续铸造铜杆的速度为200~300mm/min。步骤（1）中铜杆铣削的尺寸为0.2~1mm。本发明中，强化粒子的加入有效的提高了耐磨性，si元素的引入能提高脆硬相浓度，增强切削性能和合金耐腐蚀性能；铌是强碳化物形成元素，铌碳化物以弥散颗粒分布，阻止滑移变形过程的进行和碳化物聚集长大，阻止晶粒长大，从而细化组织，另外铜棒在使用过程中，遇酸在表面能形成一层富集cu、nb等元素的钝化膜，因而具有较高的耐硫酸露点腐蚀性能；bi可以改善铌碳化物与铜基体的润湿性，使铌碳化物颗粒很好的与铜基体进行融合，进一步增加铜棒的耐摩擦能力和强度，而且bi在一定程度上能够起到替代铅的作用，使得黄铜中不含铅，更加环保友好。采用本发明获得的铜棒无铅，安全性好且兼顾铸造性能、切削性、耐腐蚀性与机械性能。具体实施方式实施例1一种铜棒，包括强化剂和基础原料，所述铜棒通过强化剂对基础原料强化获得；以质量百分比计，所述基础原料的组成为：bi0.5%，zn15%，c0.3%，nb0.7%，余量为铜及不可避免的杂质；所述强化剂选自碳化硅。所述强化剂与基础原料的质量比为7：100。所述强化剂粒径为3-5微米。其具体制备步骤为：（1）上引连铸铜杆：在熔炼装置内熔炼、上引连续铸造，熔炼装置内覆盖有木炭和石墨鳞片，采用牵引机组上引连续铸造铜杆；（4）铣削：将步骤（1）所得的铜杆进行铣削；（5）连续轧制：将步骤（2）所得的铜杆为原料，采用多机架的二辊轧机轧制铜棒，轧制速度0.1米/秒；（4）退火：采用保护气氛光亮炉进行退火，退火温度为500℃，保温时间为6小时，退火后铜棒的晶粒尺寸为0.01~0.03mm；（5）拉拔：将铜棒进行拉拔变形，变形系数为1.15-1.5；拉拔变形的速度小于8m/min，乳化液或者植物油做为拉拔润滑液；（6）矫直：将铜棒材进行矫直变形，变形系数为1.01-1.05；矫直变形后铜棒的扭拧度每米不大于0.5mm，铜棒的平面度每米不大于1mm，铜棒的直度每米不大于0.5mm；（7）分切：将铜棒材进行分切；步骤（1）中具体的熔炼过程为：先加入50%的纯铜锭，待纯铜锭熔化后加热到1200℃，然后依次加入bi，锌，搅拌均匀后恒温10min；再依次加入c和nb，以及余量的纯铜锭，搅拌均匀后升温至1250℃下熔炼15min，得到熔炼的混合液；在熔炼的同时将强化剂预热至600℃，并将其加入混合液中。步骤（1）中上引连续铸造铜杆的直径为15~45mm，上引连续铸造铜杆的速度为200~300mm/min。步骤（1）中铜杆铣削的尺寸为0.2~1mm。实施例2一种铜棒，包括强化剂和基础原料，所述铜棒通过强化剂对基础原料强化获得；以质量百分比计，所述基础原料的组成为：bi0.8%，zn20%，c0.5%，nb0.5%，余量为铜及不可避免的杂质；所述强化剂选自碳化硅。所述强化剂与基础原料的质量比为5：100。所述强化剂粒径为3-5微米。其具体制备步骤为：（1）上引连铸铜杆：在熔炼装置内熔炼、上引连续铸造，熔炼装置内覆盖有木炭和石墨鳞片，采用牵引机组上引连续铸造铜杆；（6）铣削：将步骤（1）所得的铜杆进行铣削；（7）连续轧制：将步骤（2）所得的铜杆为原料，采用多机架的二辊轧机轧制铜棒，轧制速度0.2米/秒；（4）退火：采用保护气氛光亮炉进行退火，退火温度为400℃，保温时间为7小时，退火后铜棒的晶粒尺寸为0.01~0.03mm；（5）拉拔：将铜棒进行拉拔变形，变形系数为1.15-1.5；拉拔变形的速度小于8m/min，乳化液或者植物油做为拉拔润滑液；（6）矫直：将铜棒材进行矫直变形，变形系数为1.01-1.05；矫直变形后铜棒的扭拧度每米不大于0.5mm，铜棒的平面度每米不大于1mm，铜棒的直度每米不大于0.5mm；（7）分切：将铜棒材进行分切；步骤（1）中具体的熔炼过程为：先加入60%的纯铜锭，待纯铜锭熔化后加热到1200℃，然后依次加入bi，锌，搅拌均匀后恒温15min；再依次加入c和nb，以及余量的纯铜锭，搅拌均匀后升温至1250℃下熔炼20min，得到熔炼的混合液；在熔炼的同时将强化剂预热至600℃，并将其加入混合液中。步骤（1）中上引连续铸造铜杆的直径为15~45mm，上引连续铸造铜杆的速度为200~300mm/min。步骤（1）中铜杆铣削的尺寸为0.2~1mm。实施例3一种铜棒，包括强化剂和基础原料，所述铜棒通过强化剂对基础原料强化获得；以质量百分比计，所述基础原料的组成为：bi0.7%，zn10%，c0.2%，nb1%，余量为铜及不可避免的杂质；所述强化剂选自碳化硅。所述强化剂与基础原料的质量比为10：100。所述强化剂粒径为3-5微米。其具体制备步骤为：（1）上引连铸铜杆：在熔炼装置内熔炼、上引连续铸造，熔炼装置内覆盖有木炭和石墨鳞片，采用牵引机组上引连续铸造铜杆；（8）铣削：将步骤（1）所得的铜杆进行铣削；（9）连续轧制：将步骤（2）所得的铜杆为原料，采用多机架的二辊轧机轧制铜棒，轧制速度0.1米/秒；（4）退火：采用保护气氛光亮炉进行退火，退火温度为500℃，保温时间为8小时，退火后铜棒的晶粒尺寸为0.01~0.03mm；（5）拉拔：将铜棒进行拉拔变形，变形系数为1.15-1.5；拉拔变形的速度小于8m/min，乳化液或者植物油做为拉拔润滑液；（6）矫直：将铜棒材进行矫直变形，变形系数为1.01-1.05；矫直变形后铜棒的扭拧度每米不大于0.5mm，铜棒的平面度每米不大于1mm，铜棒的直度每米不大于0.5mm；（7）分切：将铜棒材进行分切；步骤（1）中具体的熔炼过程为：先加入55%的纯铜锭，待纯铜锭熔化后加热到1150℃，然后依次加入bi，锌，搅拌均匀后恒温10min；再依次加入c和nb，以及余量的纯铜锭，搅拌均匀后升温至1200℃下熔炼20min，得到熔炼的混合液；在熔炼的同时将强化剂预热至600℃，并将其加入混合液中。步骤（1）中上引连续铸造铜杆的直径为15~45mm，上引连续铸造铜杆的速度为200~300mm/min。步骤（1）中铜杆铣削的尺寸为0.2~1mm。实施例4一种铜棒，包括强化剂和基础原料，所述铜棒通过强化剂对基础原料强化获得；以质量百分比计，所述基础原料的组成为：bi0.6%，zn15%，c0.3%，nb0.6%，余量为铜及不可避免的杂质；所述强化剂选自碳化硅。所述强化剂与基础原料的质量比为1：100。所述强化剂粒径为3-5微米。其具体制备步骤为：（1）上引连铸铜杆：在熔炼装置内熔炼、上引连续铸造，熔炼装置内覆盖有木炭和石墨鳞片，采用牵引机组上引连续铸造铜杆；（10）铣削：将步骤（1）所得的铜杆进行铣削；（11）连续轧制：将步骤（2）所得的铜杆为原料，采用多机架的二辊轧机轧制铜棒，轧制速度0.2米/秒；（4）退火：采用保护气氛光亮炉进行退火，退火温度为300℃，保温时间为10小时，退火后铜棒的晶粒尺寸为0.01~0.03mm；（5）拉拔：将铜棒进行拉拔变形，变形系数为1.15-1.5；拉拔变形的速度小于8m/min，乳化液或者植物油做为拉拔润滑液；（6）矫直：将铜棒材进行矫直变形，变形系数为1.01-1.05；矫直变形后铜棒的扭拧度每米不大于0.5mm，铜棒的平面度每米不大于1mm，铜棒的直度每米不大于0.5mm；（7）分切：将铜棒材进行分切；步骤（1）中具体的熔炼过程为：先加入50%的纯铜锭，待纯铜锭熔化后加热到1200℃，然后依次加入bi，锌，搅拌均匀后恒温15min；再依次加入c和nb，以及余量的纯铜锭，搅拌均匀后升温至1250℃下熔炼20min，得到熔炼的混合液；在熔炼的同时将强化剂预热至500℃，并将其加入混合液中。步骤（1）中上引连续铸造铜杆的直径为15~45mm，上引连续铸造铜杆的速度为200~300mm/min。步骤（1）中铜杆铣削的尺寸为0.2~1mm。表1本发明获得的铜棒性能检测结果编号抗拉强度/mpa摩擦系数磨损率mg/km切削性实施例17300.207090%实施例27500.186390%实施例37700.185890%实施例48000.196690%当前第1页1 2 3
技术特征：1.一种铜棒，其特征在于，所述铜棒包括强化剂和基础原料，所述铜棒通过强化剂对基础原料强化获得；以质量百分比计，所述基础原料的组成为：bi0.5-0.8%，zn10-20%，c0.2-0.5%，nb0.5-1%，余量为铜及不可避免的杂质；所述强化剂选自碳化硅。
2.根据权利要求1所述的一种铜棒，其特征在于，所述强化剂与基础原料的质量比为1-10：100。
3.根据权利要求1所述的一种铜棒，其特征在于，所述强化剂粒径为3-5微米。
4.制备权利要求1或2或3所述的一种铜棒的工艺，其特征在于，其具体步骤为：
（1）上引连铸铜杆：在熔炼装置内熔炼、上引连续铸造，熔炼装置内覆盖有木炭和石墨鳞片，采用牵引机组上引连续铸造铜杆；
铣削：将步骤（1）所得的铜杆进行铣削；
连续轧制：将步骤（2）所得的铜杆为原料，采用多机架的二辊轧机轧制铜棒，轧制速度0.1～0.2米/秒；
（4）退火：采用保护气氛光亮炉进行退火，退火温度为300～500℃，保温时间为6～10小时，退火后铜棒的晶粒尺寸为0.01～0.03mm；
（5）拉拔：将铜棒进行拉拔变形，变形系数为1.15～1.5；拉拔变形的速度小于8m/min；
（6）矫直：将铜棒材进行矫直变形，变形系数为1.01～1.05；矫直变形后铜棒的扭拧度每米不大于0.5mm，铜棒的平面度每米不大于1mm，铜棒的直度每米不大于0.5mm；
（7）分切：将铜棒材进行分切。
5.根据权利要求4所述的一种铜棒的制备工艺，其特征在于，步骤（1）中具体的熔炼过程为：先加入50-60%的纯铜锭，待纯铜锭熔化后加热到1150～1200℃，然后依次加入bi，锌，搅拌均匀后恒温10～15min；再依次加入c和nb，以及余量的纯铜锭，搅拌均匀后升温至1200～1250℃下熔炼15～20min，得到熔炼的混合液；在熔炼的同时将强化剂预热至500～600℃，并将其加入混合液中。
6.根据权利要求4所述的一种铜棒的制备工艺，其特征在于，步骤（1）中上引连续铸造铜杆的直径为15～45mm，上引连续铸造铜杆的速度为200～300mm/min。
7.根据权利要求4所述的一种铜棒的制备工艺，其特征在于，步骤（1）中铜杆铣削的尺寸为0.2～1mm。
技术总结本发明属于合金技术领域，具体涉及一种无铅铜棒及其制备工艺。所述铜棒包括强化剂和基础原料，所述铜棒通过强化剂对基础原料强化获得；以质量百分比计，所述基础原料的组成为：Bi 0.5‑0.8%，Zn 10‑20%，C 0.2‑0.5%，Nb 0.5‑1%，余量为铜及不可避免的杂质；所述强化剂选自碳化硅。采用本发明获得的铜棒无铅，安全性好且兼顾铸造性能、切削性、耐腐蚀性与机械性能。
技术研发人员：王朝阳;连超燕;金昌锡;祝云霞;杨月红;胡朝辉;戴春光;杨骑峰;王玉堂
受保护的技术使用者：宁波华成阀门有限公司
技术研发日：2021.05.04
技术公布日：2021.08.03
