專利名稱：一類制造防爆工具的材料的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及防爆工具合金，尤其涉及銅-鋅-錳-鎳合金。
眾所周知，在生產(chǎn)或貯存易燃易爆物質(zhì)的車間和庫房，任何小小的火花都將導(dǎo)致令人悲慘后果和財產(chǎn)損失。在這類場所中使用的任何工具應(yīng)在撞擊和摩擦條件下不產(chǎn)生大花，即無引爆性能。制造防爆工具的理想材料應(yīng)具備以下性能有良好的導(dǎo)電性和導(dǎo)熱性，有優(yōu)良的抗腐蝕性、有良好的機(jī)械加工性和成形性、有較高的韌性和機(jī)械強(qiáng)度，最好還有良好的可焊接性、著色性和抗磁化性。
以往，常用的防爆材料是鈹青銅，其成份是1.8～3.0%Be、0.2%的Ni或CO、其余為CU，其機(jī)械性能為σb≥105kgf/mm2、HB＞325、δ10＝2%，缺點(diǎn)是其制品容易脆裂，而且該合金制造工藝復(fù)雜、制造成本高還易造成鋃中毒。針對上述缺點(diǎn)，專利申請CN86105368“一類不產(chǎn)生火花材料的工具”一種銅基合金，其化學(xué)成分是10～11.8%Al、4.5～5.5%Fe、4.5～5.5%Ni、1.5～2%Mn、其余為CU。該合金的機(jī)械性能為σb≥70kg/mm2、δ10＝5～7%、Hg≥252，故該合金僅能用來制造技術(shù)要求不高的防爆工具，遠(yuǎn)無取代鈹青銅的可能。
從上述制造防爆工具材料的必備性能考慮，本發(fā)明確認(rèn)基于銅有良好的導(dǎo)電性和導(dǎo)熱性，以銅作為合金的主要材質(zhì)是適宜的;錳能對合金提供良好的機(jī)械強(qiáng)度和抗磁性，應(yīng)是合金的重要組分之一;鎳能提高合金的硬度和抗腐蝕性，也應(yīng)是合金組分之一;出于焊接加工考慮，鋅應(yīng)是該合金的必要組分。所以本防爆工具材料亦屬銅-鋅-錳-鎳合金。
關(guān)于銅-鋅-錳-鎳合金，US4，631，171專利給出了專用于焊接的合金，其化學(xué)成分為30～70%CU、15～45%Zn、5～20%Mn、1～20%Ni、0.05～2%Si，該合金具有極佳的熔焊性，特別適用于焊接含碳化物的金屬焊接。US4，147，568專利，給出了替代德銀合金、用之制造鐘表的擺、軸、彈簧的合金，其化學(xué)成分是36～44%CU、21～28%Zn、18～25%Ni、10～18%Mn、鈹與稀土至少有一個含量為0.05～0.4%，該合金比德銀合金硬度高、韌性好，其不足之處是該合金沒有擺脫毒性元素鈹。
本發(fā)明旨在提供一種完全不含鈹?shù)?、而其機(jī)械性能與鈹青銅相當(dāng)甚至更高的銅基合金，為制造防爆工具提供價格低廉、易于加工、性能優(yōu)良的理想材料。
本發(fā)明提供的合金有二種，其化學(xué)成分分別為(一)20～30%Zn、15～25%Ni、10～20%Mn、0.5%以下的Cr或其它微量元素、其余為CU;(二)18～24%Zn、15～25%Ni、10～20%Mn、2～6%Al、0.5%以下的Cr或其它微量元素、其余為CU。上述二種合金，其最佳化學(xué)成分為(一)23～25%Zn、19～21%Ni、14～16%Mn、0.4%以下的Cr或其它微量元素、其余為CU;(二)18～19%Zn、19～21%Ni、14～16%Mn3～6%Al、0.4%以下的Cr或其它微量元素，其余為CU。
該材料采用常規(guī)方法熔煉，其中Ni、Mn、Cr最好以中間合金形式加入。在熔煉中加入的覆蓋劑為木炭，由于合金成分中有鋅，故不需另添其它脫氧物質(zhì)，鋅的加入量應(yīng)稍大于理論加入量。
將上述二種合金鑄錠，在780～880℃下鍛造后，經(jīng)機(jī)械切削加工，將制件放入電爐，在390±10℃下時效40小時，出爐空冷。經(jīng)測試證明，二種合金的機(jī)械性能為σb＞105kgf/mm2、HB＞325、δ10＝2%，完全達(dá)到與青銅相同的技術(shù)指標(biāo)，實(shí)驗(yàn)還表明(二)號合金與(一)號合金相比，具有更高的抗沖擊性能。一般說，強(qiáng)化熱處理溫度以390±10℃為佳，時效時間以大于40小時為佳。
本發(fā)明的二種合金，不僅易于熔煉、價格便宜，而且其強(qiáng)化不必象普通銅基合金那樣需要冷變形處理，其強(qiáng)度和硬度的提高是通過延長時效時間這樣的強(qiáng)化熱處理方法達(dá)到的。其熱處理溫度以390±10℃為佳、時效以大于40小時為佳。
用本合金制作的防爆工具，按JISM7002-84《防爆用銅合金制工具的不引燃性試驗(yàn)方法》進(jìn)行試驗(yàn)，證實(shí)完全達(dá)標(biāo)，完全可以取代鈹青銅。實(shí)驗(yàn)還證明，這種銅含量小于60%的防爆工具完全能用于乙炔的場合，證明本合金之防爆性能優(yōu)于鈹青銅和鋁青銅。
權(quán)利要求
1.一類制造防爆工具的材料，其特征在于這類合金有二種，其化學(xué)成分分別如下(一)20～30%Zn、15～25%Ni、10～20%Mn、0.5%以下的Cr或其它微量元素、其余為CU；(二)18～24%Zn、15～25%Ni、10～20%Mn、2～6%Al、0.5%以下的Cr或其它微量元素、其余為CU。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一類制造防爆工具的材料，其特征在于上述兩種合金的最佳化學(xué)成分是(一)23～25%Zn、19～21%Ni、14～16%Mn、0.4%以下的Cr或其它微量元素、其余為CU;(二)18～19%Zn、19～21%Ni、14～16%Mn、3～6%Al、0.4%以下的Cr或其它微量元素，其余為CU。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一類制造防爆工具的材料，其特征在于上述二種合金不需要冷變形加工，其強(qiáng)度和硬度的提高是通過延長時效時間這樣的強(qiáng)化熱處理方法達(dá)到的;其熱處理溫度以390±10℃為佳，時效以40小時以上為佳。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一類制造防爆工具的材料，其特征在于上述二種合金特別適于制造在易爆易燃場合下使用的防爆“無火花”工具、器材及設(shè)備。
全文摘要
一類制造防爆工具的材料，本發(fā)明的材料屬于銅-鋅-錳-鎳合金類。這類合金材料分為二種，其化學(xué)成分分別為(一)23～25％Zn、19～21％Ni、14～16％Mn、0.4％以下的Cr或其它微量元素，其余為Cu；(二)18～19％Zn、19～21％Ni、14～16％Mn、3～6％Al、0.4％以下的Cr或其它微量元素，其余為Cu。這二合金的機(jī)械性能為σ
文檔編號C22C9/04GK1052904SQ8910360
公開日1991年7月10日 申請日期1989年5月23日 優(yōu)先權(quán)日1989年5月23日
發(fā)明者丁鈞, 趙景才, 吳永憲 申請人:天津市防爆保安技術(shù)研究所