高性能铸造铜合金及其制备方法 【技术领域】
本发明涉及一种有色金属合金，尤其涉及一种综合机械性能较好的铸造铜合金，属于金属材料技术领域。
背景技术
现有的用于制造丝母、蜗轮、耐磨滑块、齿轮、轴套、轴承制造的主要材料为铸造黄铜、锡青铜和铝青铜，但是上述材料由于综合力学性能较差。例如某些牌号铸造铜合金的强度和硬度较高，但其塑韧性却较低；或另一些牌号铸造铜合金的塑韧性较高而强度和硬度较低。难以满足现代工业比较恶劣的工况下铸造铜合金使用寿命的要求。
近年来，国内外对高性能铸造耐磨铜合金进行了大量的研究，国外有日本开发的Cu-Co-Be系HZ合金，Cu-Fe-P-Sn系KT-1合金，Cu-Cr-Zr系DMC合金等。国内有KK合金，Hl(Al-Fe-Mn-Pb系)的高强耐磨青铜，一种用于不锈钢和08F低碳钢制品拉伸成形的新型铜基合金模具材料等。其中KK合金的化学成分(重量百分比)为铝9-10.5％、镍1.0-2.5％、铁3.0-5.0％、锰1.0-2.5％，余为铜，其力学性能为：抗拉强度633MPa、延伸率18％、硬度169HB、冲击韧性43J/cm2。KK合金明显地提高了铸造耐磨铜合金的综合力学性能，但其延伸率、冲击韧性等塑性指标仍未达到比较高的程度，影响高性能铸造铜合金的使用寿命。
【发明内容】
本发明的目地是提供一种高性能铸造铜合金、该铸造铜合金的综合力学性能优异。
本发明通过以下技术方案予以实现：
一种高性能铸造铜合金，按重量百分比计，其化学成分为：铝8.5-10.5％，镍1.0-3.0％，铁3.0-5.0％，锰1.0-3.0％，铈0.1-0.15％，余为铜。
一种高性能铸造铜合金制备方法该制备方法包括以下步骤：
1)坩锅在中频感应熔化炉中预热到樱红色；
2)按装料顺序加入需加铜量10％的粉碎成小块状的电解铜、锰、电解镍、木炭、电解铜；其中木炭需经高温干馏到800℃以上，保持2-4小时，以除去水分和有机物；
3)加速升温熔化，提温到1200-1250℃，熔化速度越快越好；
4)加入铁片，搅拌均匀；
5)加入铝，加入降温铜；
6)加入以铜稀土中间合金加入的稀土铈，并需钟罩压入；
7)静止5-10分钟，炉前检验，断口应细而均匀，冷弯角度达90°以上；
8)升温至1200-1250℃，加精炼剂。按炉料0.10％重量加入磷铜中间合金脱氧；
9)测温，扒渣出炉浇注，风冷铸件。
本发明的有益效果是：
采用本发明的成分配比和制备方法制造的高性能铸造铜合金具有优异的综合机械性能，其抗拉强度≥700MPa、延伸率≥25％、硬度≥140HB、冲击韧性≥50J/cm2。与现有的同类材料KK合金相比，其抗拉强度提高了10.6％以上，延伸率提高了38.9％以上，冲击韧性提高了11.6％以上；具有优异的综合力学性能。将本发明用于制造丝母、蜗轮、耐磨滑块、齿轮、轴套、轴承等高负荷工作的机械传动件，能显著地延长上述机械传动件的使用寿命，减少机械传动件因综合力学性能不理想在高负荷工作中造成的损坏，减少了设备的维修工作量，从而大大降低了使用成本。
本发明的优点和特点，将通过下面优选实施例的非限制性说明进行图示和解释，这些实施例，是参照附图仅作为例子给出的。
【附图说明】
图1是本发明制备方法的流程图。
【具体实施方式】
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
按下列材料配比和步骤制备本发明的高性能铸造铜合金：材料配比中铝8.5-10.5％，镍1.0-3.0％，铁3.0-5.0％，锰1.0-3.0％，铈0.1-0.15％，余为铜。
如图1所示，本发明的高性能铸造铜合金的制备方法如下：
1)坩锅在中频感应熔化炉中预热到樱红色；
2)按装料顺序加入小块状电解铜(约占总的需加铜含量的10％)，金属锰，电解镍，木炭，电解铜；其中木炭需经高温干馏到800℃以上，保持2-4小时，以除去水分和有机物；
3)加速升温熔化，提温到1200-1250℃，熔化速度越快越好；
4)加入铁片，搅拌均匀；
5)加入铝，加入降温铜；
6)加入稀土铈，稀土铈以铜稀土中间合金加入，并需钟罩压入；
7)静止5-10分钟，炉前检验，断口应细而均匀，冷弯角度达90°以上；
8)升温至1200-1250℃，加精炼剂。按炉料0.10％重量加入磷铜中间合金脱氧；
9)测温，扒渣出炉浇注，风冷铸件。
三个实施例的铸造铜合金成分配比和综合力学性能对比如表1。
表1
本发明中含有的稀土铈在熔炼过程中能起脱氧、脱硫的作用，并且与一些有害杂质Pb、Bi等生成一些高熔点的化合物(如PbCe，BiCel)，起到除去有害杂质，净化合金的基体和晶界的作用。同时稀土铈的加入能够有效细化合金的显微组织，而细化晶粒是同时提高材料强度和塑韧性的唯一手段，使铸造铜合金的综合机械性能得到大大提高，使其能得到更广泛的应用。
除上述实施例外，本发明还可以有其他实施方式，凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本发明要求的保护范围内。