本發(fā)明涉及合金棒材領域，具體涉及一種用于高速機車齒輪的碳化硅增強銻錫銅合金棒及其制備方法。

背景技術：

錫青銅是鑄造收縮率最小的有色金屬合金，通常用來生產形狀復雜、輪廓清晰、氣密性要求不高的鑄件。錫青銅在大氣、海水、淡水和蒸汽中十分耐蝕，廣泛應用于各類耐磨軸瓦、軸套、法蘭及齒輪等方面，尤其用于高速鐵路裝備。

為了提升高錫青銅合金棒的易切削性能，往往在棒料中添加鉛元素，加鉛后的高錫青銅合金棒具有高的耐磨性并易切削加工，被廣泛使用。然而，含鉛高錫青銅合金棒會對環(huán)境造成影響，隨著人們環(huán)保意識的不斷提高，含鉛元素的青銅合金棒已不能滿足國內外高端市場的要求，尤其不能滿足我國快速發(fā)展的高速機車專用齒輪的要求。另外，隨著工業(yè)的發(fā)展，錫青銅的合金硬度需進一步提高。

技術實現要素：

為了解決上述技術問題，本發(fā)明的目的在于提供一種用于高速機車齒輪的碳化硅增強銻錫銅合金棒及其制備方法。

為了實現上述發(fā)明目的，本發(fā)明采用的技術方案如下：

根據本發(fā)明，提供一種用于高速機車齒輪的碳化硅增強銻錫銅合金棒，其特征在于，由以下重量百分數的組分組成：碳化硅(SiC)0.5-1.5％，錫(Sn)6-7.5％，銻(Sb)2-3％，鑭(La)和鈰(Ce)0.1-0.5％，余量為銅。

根據本發(fā)明的一個實施例，一種用于高速機車齒輪的碳化硅增強銻錫銅合金棒由以下重量百分數的組分組成：碳化硅(SiC)0.5％，錫(Sn)6％，銻(Sb)2％，鑭(La)和鈰(Ce)0.1％，余量為銅。

根據本發(fā)明的一個實施例，一種用于高速機車齒輪的碳化硅增強銻錫銅合金棒由以下重量百分數的組分組成：碳化硅(SiC)1.5％，錫(Sn)7.5％，銻(Sb)3％，鑭(La)和鈰(Ce)0.5％，余量為銅。

根據本發(fā)明的一個實施例，一種用于高速機車齒輪的碳化硅增強銻錫銅合金棒由以下重量百分數的組分組成：碳化硅(SiC)1.0％，錫(Sn)6.4％，銻(Sb)2.3％，鑭(La)和鈰(Ce)0.3％，余量為銅。

根據本發(fā)明的一個實施例，所述碳化硅粒徑為100μm-200μm。

根據本發(fā)明，提供一種如上所述的用于高速機車齒輪的碳化硅增強銻錫銅合金棒的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：

1)按照如上所述的配比重量將錫，銻，銅置于坩堝內進行熔煉，加熱到1100-1150℃，加熱完成后保溫至1080℃，形成母合金；

2)按照如上所述的配比重量將碳化硅、鑭(La)和鈰(Ce)置于坩堝內進行攪拌；

3)將步驟2)中攪拌均勻的碳化硅、鑭(La)和鈰(Ce)混合粉末添加到步驟1)的母合金中，同時開啟機械臂進行攪拌；

4)攪拌結束后，對從坩堝內取出的樣品進行成分檢驗，取樣次數為3-6次，以確定其合金成分在合格的范圍之內；

5)將成分合格的合金溶液轉移至鑄造保溫電爐當中，并開啟鑄造震動裝置，采用水平連鑄方法鑄制成規(guī)定直徑和長度的圓形合金棒。

根據本發(fā)明的一個實施例，所述步驟1)中，加熱時間60-90min，保溫時間為20min。

根據本發(fā)明的一個實施例，所述步驟3)中，攪拌速度為400轉/分鐘，攪拌時間為15-20min。

根據本發(fā)明的一個實施例，所述步驟5)中，震動頻率為10次/秒。

本發(fā)明的有益效果是：

1.本發(fā)明將碳化硅均勻分布在熔融合金液體中，利用碳化硅高硬度，高耐磨性和良好的自潤滑及高溫強度大的性能，結合適當的溫度而生產出完全能夠取代含有鉛元素的錫青銅合金棒，不僅去除了對環(huán)境有害的鉛，而且最終碳化硅增強無鉛錫銅合金棒的機械性能也有很大的提高。

2.本發(fā)明通過特定的熔煉、攪拌、鑄造工藝，將非金屬材料(碳化硅)與金屬材料(銅、銻、錫)進行融合，從而制成復合材料，該復合材料的硬度(硬度可達到130-150HBW)和耐磨性能(摩擦系數μ為0.1～0.12)均優(yōu)越于傳統的添加鉛元素的錫青銅合金(硬度70-80HBW)和耐磨性能(摩擦系數μ為0.15～0.20)。從而進一步滿足高速機車專用齒輪的要求。

具體實施方式

為了使本發(fā)明的目的、技術方案及優(yōu)點更加清楚明白，下面結合實施例，對本發(fā)明進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。

實施例1

一種用于高速機車齒輪的碳化硅增強銻錫銅合金棒，由以下重量百分數的組分組成：碳化硅(SiC)0.5％，錫(Sn)6％，銻(Sb)2％，鑭(La)和鈰(Ce)0.1％，余量為銅；碳化硅粒徑為100μm-200μm。

在本實施例中用于高速機車齒輪的碳化硅增強銻錫銅合金棒由以下步驟制得：

1)按照配比重量將錫、銻、銅置于容量為500kg的坩堝內進行熔煉，加熱到1100-1150℃，加熱時間60-90分鐘，加熱完成后保溫至1080℃，保溫時間為20min，形成母合金；

2)按照配比重量將碳化硅、鑭(La)和鈰(Ce)置于容量為500kg的坩堝內進行攪拌，攪拌時間為5min；

3)將步驟2)中攪拌均勻的碳化硅、鑭(La)和鈰(Ce)混合粉末添加到步驟1)的母合金中，保溫狀態(tài)下同時開啟機械臂進行攪拌，攪拌速度為400轉/分鐘，攪拌時間為15-20min；

4)攪拌結束后，對從坩堝內取出的樣品進行成分檢驗，取樣次數為3-6次，以確定其合金成分在合格的范圍之內；

5)將成分合格的合金溶液轉移至容量為800-1000kg的鑄造保溫電爐當中，并開啟鑄造震動裝置，震動頻率為10次/秒，采用水平連鑄方法鑄制成規(guī)定直徑和長度的圓形合金棒。

實施例2

一種用于高速機車齒輪的碳化硅增強銻錫銅合金棒，由以下重量百分數的組分組成：碳化硅(SiC)1.5％，錫(Sn)7.5％，銻(Sb)3％，鑭(La)和鈰(Ce)0.5％，余量為銅；碳化硅粒徑為100μm-200μm。

上述用于高速機車齒輪的碳化硅增強銻錫銅合金棒通過與實施例1相同的方法得到。

實施例3

一種用于高速機車齒輪的碳化硅增強銻錫銅合金棒，由以下重量百分數的組分組成：碳化硅(SiC)1.0％，錫(Sn)6.4％，銻(Sb)2.3％，鑭(La)和鈰(Ce)0.3％，余量為銅；碳化硅粒徑為100μm-200μm。

上述用于高速機車齒輪的碳化硅增強銻錫銅合金棒通過與實施例1相同的方法得到。

比較例1

在比較例中，傳統的鉛錫銅合金棒由以下重量百分數的組分組成：鋅6％，錫5％，鉛3％，余量為銅。

通過傳統的熱處理工藝，即反復退火、回火及蘸火等熱處理工藝，制備得到上述鉛錫銅合金材料。

比較例2

在比較例中，傳統的鉛錫銅合金棒由以下重量百分數的組分組成：鋅5％，錫4％，鉛6％，余量為銅。

通過傳統的熱處理工藝，即反復退火、回火及蘸火等熱處理工藝，制備得到上述鉛錫銅合金材料。

本發(fā)明的實施例1-3和對比例1-2所得的合金棒材的力學性能具體結果如下表1所示：

表1

根據上述表1的數據可以看出，本發(fā)明通過特定的熔煉、攪拌、鑄造工藝，將非金屬材料(碳化硅)與金屬材料(銅、銻、錫)進行融合，從而制成復合材料，該復合材料的硬度(硬度可達到130-150HBW)和耐磨性能(摩擦系數μ為0.1～0.12)均優(yōu)越于傳統的添加鉛元素的錫青銅合金(硬度70-80HBW)和耐磨性能(摩擦系數μ為0.15～0.20)。從而進一步滿足高速機車專用齒輪的要求。

關于以上所述的儀器及操作步驟和參數，應理解的是，其為描述性而非限定性的，可通過等價置換的方式在以上說明書及權利要求所述的范圍內做出修改。即，本發(fā)明的范圍應參照所附權利要求的全部范圍而確定，而不是參照上面的說明而確定。總之，應理解的是本發(fā)明能夠進行多種修正和變化。