LCT铜合金的研制及在压铸模压射头上的应用.docx

铜合金的研制及在压铸模压射头上的应用l c t龚红英罗晨苗陈学文张彦敏 (洛阳工学院 洛阳471039)摘 要研制了一种新型 l c t 铜合金, 研究了这种 l c t 铜合金的各项性能, 结果表明, l c t 铜合金各项性能优于传统压铸模压射头材料的, 用于压铸模压射头, 可使其寿命明显提高。关键词铜合金 压射头 压铸模 寿命a ppl ica t ion of l ct copper a l loy on p lun ger s of d ie ca st in g m ouldg ong h ong y ing l uo c henm iao c hen x uew enz hang y anm in(l uoyang in st itu te of t echno logy, l uoyang 471039, ch ina)a bstra c t a new k ind of l c t copp e r a lloy is deve lop ed. t h e p rop e r t ie s of l c t copp e r a lloy a re stud ied. t h ere su lt s show th a t th e p rop e r t ie s of l c t copp e r a lloy h ave m o re advan tage s th an th a t of t rad it iona l m a te r ia ls of p lunge r s of d ie ca st ing m ou ld and th e life2sp an of l c t p lunge r is longe r th an th a t of th e t rad it iona l p lunge r m a2te r ia ls.l ife2sp ankeywords copp e r a lloy p lunge r d ie ca st ing m ou ld压力铸造 (简称压铸) 是一种高效地生产少切削或无切削铸件的工艺方法。它生产的铸件具有 尺寸精确、表面光洁、切削量小、内部质量好等特点, 在汽车、电子、机械等行业中均具有广泛的应用前景, 如汽车变速器壳体、摩托车的左右曲轴箱 等均已采用压铸件。压铸技术的推广及应用中最关键的问题之一是压铸模寿命低, 不能较好地满 足实际生产需要, 而压射头是压铸模上传递压力的 关 键 部 件。在 压 铸 生 产 过 程 中, 压 射 头 以 100m s 的速度及2103m p a 的比压作用于液态金属 上, 使液态金属充满压铸模型腔, 从而获得优质压铸件。压射头因其工作环境十分恶劣, 极易损耗,压射头寿命长短直接影响了压铸模的寿命。因此,如何提高压铸模压射头的寿命已成为压铸生产中 亟待解决的问题。l c t 铜合金是新研制开发的一 种压射头材料, 它能有效地提高压铸模压射头寿命, 我们就上述问题进行了探索与研究。1国内外常用压铸模压射头材料目前, 较常用的压射头材料为耐热合金工具钢、一般铸铁、球墨铸铁和铜合金, 铜合金绝大部分为铍青铜材料, 如 q b e2. 0, 其中w (b e) 为1. 9% 2. 2% , w (n i) 为 0. 2% 0. 5% ; a m p co lloy 83220, 其 中 w (b e ) 为 2% ; a m p co lloy91220, 其 中w (b e) 为0. 5% , w (co ) 为1% , w (n i) 为1% 1 。这几种材料的主要特点如表1所示。表1几种常用压射头材料性能特点材料主 要 特 点压 射 头 与 压 室 材 料 相 似, 硬 度 相近, 易 磨 损 或 擦 伤, 造 成 压 室 使 用寿命缩短, 不经济实用。2c r2w 8v4c r5m os iv (h 13)耐 磨 性 好, 价 格 便 宜, 但 使 用 寿 命较短。q t 6022强 度、硬 度 高, 耐 磨 性 及 冲 击 韧 性好, 使用寿命长, 价格昂贵。q b e2. 0收稿日期: 1999205226修回日期: 1999206224由表1可知, 铍青铜压射头寿命较高, 性能较25第14卷第5期龚红英等: l c t 铜合金的研制及在压铸模压射头上的应用好, 但铍青铜价格昂贵, 且铍青铜在熔炼过程中产生剧毒的烟雾, 污染环境, 国家限制生产。因此, 铍 青铜难以被企业广泛采用。新研制的 l c t 铜合金 是以 c u 作为基体, 加入 a l、c r、n i、s i 等元素, 以 提高其耐磨性。该合金无毒, 强度与硬度较高, 并且价格比铍青铜便宜, 各项性能接近铍青铜, 适于 推广应用。关铜合金中 s i、c r 等的强化机理, 选用2 号 电 解铜, 添加 a l、s i、c r、n i 等合金元素。合金元素总量 控制在5% (质量分数) 左右, 采用真空熔炼和真空浇铸法, 直接浇铸成直径不等的棒坯 (直径范围50 100 mm ) , 分别经直接切削加工或经锻造后再 切削加工等不同的加工工艺, 加工成测试力学性能用的试样和测试寿命用的压射头。2. 1l c t 铜合金的组织观察图1、图2分别为 l c t 铜合金铸造后经850 2压射头用 l c t铜合金的研制保温3 h 淬火后的金相组织和固溶后再淬火,为了获得类似铍青铜的各项性能, 参考了有图1 铸造后固溶组织 200图2 淬火时效组织 (锻态) 400450 时效3 h 的金相组织 (浸蚀剂为三氯化铁酒精溶液)。图1为固溶体 单相组织, 晶粒为粗大 的等轴或柱状晶粒。图2所示的组织中白色发亮的针、片状组织为时效过程中析出的 相, 相是由s i、a l、n i 等合金元素形成的化合物, 黑色组织为铜基体及少量析出夹杂物。经锻造后 相晶粒被细化。2. 2热处理工艺对 l c t 铜合金性能的影响不同热处理工艺处理后 l c t 铜合金的力学 性能试验结果如表2、表3、表4和图3所示。表2l c t 铜合金的力学性能抗拉强度b m p a屈服强度0. 2 m p a热膨胀系数k - 1 10- 6硬度h r c状态冷加工30%850淬火75042070022016. 316. 42112 850淬火, 450时效3h 1050 970 16. 6 32 表3固溶处理温度对 l c t 铜合金性能的影响固溶处理温度固溶处理时间m in450时效时间h抗拉强度 b m p a屈服强度 0. 2 m p a82582587530303034. 531023. 5987. 31104. 5940894983 975 30 5 1011. 3 927 1994-2014 china academic journal electronic publishing house. all rights reserved. 26材 料 开发与 应 用1999年10月表4 l c t 铜合金3h 不同温度时效后的硬度铜合金在时效过程中, 过饱和固溶体通过连续脱溶方式, 最终形成稳定的第二相 相, 这些析出的 相呈弥散分布, 起到强化作用, 使 l c t 铜合金 的强度与硬度有较大幅度的提高。当时效温度高 于 450, 或保温时间超过3 h 时, 相则 急 剧 长 大, 组织粗化, 组织的不均匀性也随之增大, l c t 铜合金的强度和硬度也急剧下降, 会产生过时效。 因此, l c t 铜合金合适的热处理工艺为: 875固 溶, 450时效3 h。时效温度350400450硬度 h v1)349344342注: 1) 875固溶后未经时效的硬度 h v 为256。3l c t铜合金压铸模压射头的使用寿命现场试验3. 1 l c t 铜合金压铸模压射头寿命现场测试为了考核 l c t 铜合金压射头在实际工作条 件 下 的 使 用 寿 命, 试 验 采 用 同 种 规 格 ( 外 径图3l c t 铜合金硬度与固溶处理温度的关系50- 0. 05- 0. 10 mm ) 的 l c t 铜合金压射头及 q t 6022球铁压射头各6 套进行寿命对比测试。测试设备为j 1113b 型卧式冷室压铸机, 测试用润滑剂为机油+ m os2。以每次更换压铸模压射头后生产出的合 格产品的数量作为压射头的使用寿命 ( 模) , 测试结果见表5。由表5 可知, l c t 铜合金压射头的寿命是球 铁 q t 6022压射头的6倍多。3. 2压射头磨损机理用扫描电镜对现场试验的 l c t 铜合金压射 头 与 q t 6022 球 铁 压 射 头 磨 损 面 磨 痕 进 行 了 观察, 结果如图4和图5所示。选取 l c t 铜合金的淬火温度为875, 淬火加热保温时间为30 m in。在这个工艺条件下, l c t铜合金中所添加的 a l、s i 等合金元素形成的强化 相能够充分固溶, 并且强化相的晶粒度适中。由表3、图3可知, 当淬火温度超过890或保温时间超过4. 5 h 时, l c t 铜合金的晶粒会急剧长大, 强度 和硬度明显下降。由表2可知, l c t 铜合金固溶处 理后, 再进行时效, 强度与硬度均有显著提高。根 据 t 时效 = ( 0. 5 0. 6) t 熔 , 估算出 l c t 铜合金的 时效温度为430 450, 保温时间为1 3 h。l c t表5 l c t 铜合金及 q t 6022球铁压射头寿命测试结果材料原始尺寸mm磨损后的尺寸mm使用寿命模平均寿命模49. 9249. 9349. 9049. 9049. 9149. 9249. 9449. 9349. 9549. 9249. 9249. 7049. 7249. 6849. 7249. 7049. 6849. 7849. 7249. 6749. 7349. 75410053106413570062306540842852865774921l c t 铜合金5715836q t 6022 49. 94 49. 72 763 1994-2014 china academic journal electronic publishing house. all rights reserved. 27第14卷第5期龚红英等: l c t 铜合金的研制及在压铸模压射头上的应用图4 l c t 铜合金压射头磨损面 500图5 球铁 q t 6022压射头磨损面500压射头工作时, 与压室的摩擦带处于干摩擦与边界摩擦状态2 , 加之尘屑和液态压铸件残留 物形成的粒状物进入摩擦面, 压射头的磨损形式 为粘着磨损、腐蚀磨损与磨粒磨损等多种形式的 综合, 但以磨粒磨损为主。从图4、图5 可以看出,l c t 铜合金压射头磨粒磨损形成的“犁沟”条纹 比 q t 6022 的少,“犁沟”深度也比 q t 6022 的浅,这主要是因为 l c t 铜合金基体硬度比q t 6022的 低, 塑性好, 硬质点难以形成深的“犁沟”, 而且已形成的“犁沟”两侧的凸脊在压射头的不断运动中被 压平。而 q t 6022 基体较硬, 形成“犁沟”后, 凸 脊被折断, 从而形成更多的硬质点, 加快了“犁沟” 的形成。c r、n i 等合金元素研制而成的 l c t 铜合金, 是一种价格便宜、性能优良的新型耐磨材料, 经875 固溶, 450时效3 h 后, 其硬度可达 h r c 32, 屈服强 度 0. 2 可 达 983m p a, 抗 拉 强 度 b 可 达 1104. 5m p a。与 q t 6022 球 墨 铸 铁 压 铸 模 压 射 头 相 比, l c t 铜合金压铸模压射头的使用寿命提高了近6倍, 适于推广应用。参考文献1 t y leco te r f. a h isto ry of m e ta llu rgy. t h e m e