高锰铝青铜合金的熔炼方法技术

本发明专利技术公开的高锰铝青铜合金的熔炼方法，其主要步骤为：中频感应炉的炉体处理并安装气体扩散装置，合金成分设计，准备原料及熔炼过程中所用的工具，原料装炉处理，炉料升温熔化，炉底通氩，降温加料，成分初检，熔液质量检测及合金出炉。本发明专利技术高锰铝青铜合金的熔炼方法，可用于高锰铝青铜ZCuAl8Mn13Fe3N i2和ZCuAl8Mn14Fe3Ni2合金的熔炼，可用于高锰铝青铜标准物质的制备，同时也可以用于对成分及铸件质量要求较高的产品的生产。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于合金熔炼方法
，具体涉及一种高锰铝青铜合金的熔炼方法。
技术介绍
高锰铝青铜是以Mn和Al为主要合金元素，通过添加Fe、Ni、Zn等金属元素强化合金性能的高强度耐蚀合金，常用牌号为ZCuAl8Mn13Fe3Ni2和ZCuAl8Mn14Fe3Ni2，该类合金具有较高的抗拉强度、腐蚀疲劳强度以及抗空泡腐蚀性能，且铸造性能好，可焊性强，是世界各国用于制备舰船螺旋桨的主要材料。在传统的高锰铝青铜熔炼工艺中，一般将Al、Mn、Fe、Ni作为主合金元素，是合金的控制成分，通常选用铜锰、铜镍中间合金及工业纯铝、铁钉的形式加入，而Zn、Si、Pb则作为杂质元素，只控制上限含量。在熔炼时，充分利用生成的Al2O3氧化膜对合金液的保护作用，隔绝空气中的气体对合金液的影响，减少对金属液的搅拌，避免氧化物的卷入；在精炼时，加入粉状熔剂进行除渣、除气。然而，采用该工艺无法准确控制高锰铝青铜中的各合金元素，受中间合金品质的影响，会有其他杂质元素的带入。根据有色合金的熔炼特性，高锰铝青铜合金在熔炼过程中难免与空气接触，而空气中的氢、氧等气体极易溶入金属液，引起铸件气孔缺陷；同时，生成的氧化物极易卷入金属液中，形成悬浮渣滞留于金属液内，给除渣带来困难。缺少搅拌作用，高熔点金属在熔炼过程中难于快速熔解，高密度、低密度的金属难于均匀分布于金属液中，引起铸件化学成分偏析严重。采用粉状熔剂，会加大对生产现场的空气污染，危害工作人员的身体健康。更重要的是，选用传统熔炼工艺，对于一些要求严格的高锰铝青铜产品，很难达到技术要求。在高锰铝青铜合金标准物质制备过程中，对合金成分提出了严格的要求，要求Al、Mn、Fe、Ni、Zn、Si、Pb7种合金元素必须满足设计要求。同时，制备的铸锭不允许存在气孔、夹渣等缺陷，铸锭化学成分应分布均匀。而高锰铝青铜合金的熔炼作为制备过程的第一环节显得尤为重要，因此，必须采用新的熔炼工艺，提高金属液的质量，进一步提高高锰铝青铜合金产品的质量。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种高锰铝青铜合金的熔炼方法，特别适合熔炼ZCuAl8Mn13Fe3Ni2合金和ZCuAl8Mn14Fe3Ni2合金，确保该合金金属液能满足标准物质制备要求，解决传统工艺下合金成分含量无法精确控制的问题，同时减少了金属液中的夹渣及气体含量。本专利技术所采用的技术方案是，高锰铝青铜合金的熔炼方法，具体按照以下步骤实施：步骤1、先对中频感应炉的炉体进行处理；然后在中频感应炉的炉膛底部中心位置安装气体扩散装置；最后将铸铁料加入中频感应炉进行烘炉；步骤2、待步骤1完成后，依据要熔炼的ZCuAl8Mn13Fe3Ni2合金或ZCuAl8Mn14Fe3Ni2合金的成分进行合金成分设计；ZCuAl8Mn13Fe3Ni2合金各元素含量范围为：Al：7.00wt.％～8.50wt.％，Mn：11.50wt.％～14.00wt.％，Fe：2.50wt.％～4.00wt.％，Ni：1.80wt.％～2.50wt.％，Zn：＜0.5wt.％，Si：≤0.15wt.％，Pb：≤0.02wt.％，其余为Cu、N、H、O，各组分的重量百分比之和为百分之百；ZCuAl8Mn14Fe3Ni2合金各元素含量范围为：Al：7.80wt.％～8.80wt.％，Mn：13.50wt.％～15.00wt.％，Fe：2.80wt.％～4.00wt.％，Ni：1.80wt.％～2.50wt.％，Zn：＜0.5wt.％，Si：≤0.15wt.％，Pb：≤0.02wt.％，其余为Cu、N、H、O，各组分的重量百分比之和为百分之百；步骤3、经步骤1和步骤2后，对熔炼合金的原料和熔炼过程中所用的工具进行预处理，并清理中频感应炉炉膛内的炉料残留；步骤4、根据ZCuAl8Mn13Fe3Ni2合金或ZCuAl8Mn14Fe3Ni2合金给定目标值以及这两种合金内各元素的熔损率分别进行配料计算；步骤5、将阴极铜等量的分为四份，取出其中的一份铺在中频感应炉的炉膛底部；然后加入高纯铁屑、电解镍屑，再撒入结晶硅颗粒；之后继续加入两份阴极铜块；最后加入电解锰，炉膛内炉料要保持密实，完成装炉；步骤6、经步骤5完成装炉后，送电升温，加大熔化功率，使炉料快速熔化，待炉内出现金属液时，分批加入高纯铝，促使阴极铜熔化快速熔化；步骤7、炉料熔化结束后，继续升温，将金属液温度升至1300℃～1350℃后保温15min～25min，搅拌金属液，使铁屑、镍屑充分熔解；同时，在金属液熔化后，通过炉膛底部的气体扩散装置向炉内通入氩气；步骤8、待步骤7完成后，关闭中频感应炉的电源，调整通气速率，继续通气，并加入剩余的一份阴极铜并降低金属液温度，再将温度保持在1050℃～1100℃，之后加入工业纯锌及纯铅，并采用石墨搅拌棒进行搅拌；步骤9、待步骤8完成后，将金属液的温度升至1200℃～1250℃后保温，继续通入氩气，并采用机械搅拌装置搅拌金属液；步骤10、待步骤9完成后，进行炉前成分检测；步骤11、待步骤10完成后，进行金属液质量检测，判断金属液是否合格；步骤12、经步骤11判断金属液质量合格后，将金属液温度控制于1200℃～1230℃，关闭电源之后用扒渣工具扒去金属液表面熔渣，出炉得到ZCuAl8Mn13Fe3Ni2合金或ZCuAl8Mn14Fe3Ni2合金。本专利技术的特点还在于：步骤1具体按照以下步骤实施：步骤1.1、采用250kg中频感应炉，在中频感应炉的炉膛感应线圈处涂抹三次封箱泥，以确保中频感应炉的炉膛内部形成封闭空间，待封箱泥干后向中频感应炉内加入酸性炉衬料；步骤1.2、经步骤1.1后，在中频感应炉的炉膛底部中心位置安装气体扩散装置，并从中心位置开始向外圆周捣打，待捣打的酸性炉衬料掩盖气体扩散装置且厚度达40mm时放置坩埚模胎具，要使坩埚模胎具与感应器线圈的同心度保持一致，再加入酸性炉衬料并继续捣打，每层加料不超过100mm，且加料时要先用叉子轻插除气，然后用平头工具捣打；步骤1.3、经步骤1.2后，在中频感应炉的炉膛中加入铸铁料进行烘炉，铸铁料在炉膛内要放置密实，对炉膛缓慢升温，升温速度控制为10℃/6min，待加热到780℃～820℃时保温1h，使酸性炉衬料中的水分充分去除，随后继续升温，升温速度为50℃/10min，直至铸铁料完全熔化，再将炉膛温度升至1460℃～1500℃后保温2h。步骤3具体按照以下方法实施：先按照步骤2中的成分分别取合金制备原料：阴极铜99.96％、高纯铝99.94％、电解锰99.95％、电解镍99.91％、高纯铁99.92％、工业纯锌99.90％、纯铅99.92％、结晶硅99.97％；然后对所有的金属进行表面氧化物清理处理，以避免外来杂质污染金属液之后将结晶硅和所有金属放入烘箱中烘燥，以去除附着的水分及油污，在烘燥过程中，烘箱温度控制为210℃～230℃；最后将高熔点金属Fe及金属Ni加工成屑状，屑状炉料不应存在氧化现象；待步骤1完成后，清理中频感应炉炉膛内的炉料残留，必要时要用阴极铜清洗炉膛，避免外来物污染熔体；对后续熔炼过程中所使用的样勺、石墨搅拌棒及扒渣工具分别进行烘干处理，并分别在样勺、石墨搅拌棒及扒渣工具外表面涂上锆英粉涂料。在步骤4中，两种合金中各元素的熔损率分别如下：本文档来自技高网...

【技术保护点】
高锰铝青铜合金的熔炼方法，其特征在于，具体按照以下步骤实施：步骤1、先对中频感应炉的炉体进行处理；然后在中频感应炉的炉膛底部中心位置安装气体扩散装置；最后将铸铁料加入中频感应炉进行烘炉；步骤2、待步骤1完成后，依据要熔炼的ZCuAl8Mn13Fe3Ni2合金或ZCuAl8Mn14Fe3Ni2合金的成分进行合金成分设计；ZCuAl8Mn13Fe3Ni2合金各元素含量范围为：Al：7.00wt.％～8.50wt.％，Mn：11.50wt.％～14.00wt.％，Fe：2.50wt.％～4.00wt.％，Ni：1.80wt.％～2.50wt.％，Zn：＜0.5wt.％，Si：≤0.15wt.％，Pb：≤0.02wt.％，其余为Cu、N、H、O，各组分的重量百分比之和为百分之百；ZCuAl8Mn14Fe3Ni2合金各元素含量范围为：Al：7.80wt.％～8.80wt.％，Mn：13.50wt.％～15.00wt.％，Fe：2.80wt.％～4.00wt.％，Ni：1.80wt.％～2.50wt.％，Zn：＜0.5wt.％，Si：≤0.15wt.％，Pb：≤0.02wt.％，其余为Cu、N、H、O，各组分的重量百分比之和为百分之百；步骤3、经步骤1和步骤2后，对熔炼合金的原料和熔炼过程中所用的工具进行预处理，并清理中频感应炉炉膛内的炉料残留；步骤4、根据ZCuAl8Mn13Fe3Ni2合金或ZCuAl8Mn14Fe3Ni2合金给定目标值以及这两种合金内各元素的熔损率分别进行配料计算；步骤5、将阴极铜等量的分为四份，取出其中的一份铺在中频感应炉的炉膛底部；然后加入高纯铁屑、电解镍屑，再撒入结晶硅颗粒；之后继续加入两份阴极铜块；最后加入电解锰，炉膛内炉料要保持密实，完成装炉；步骤6、经步骤5完成装炉后，送电升温，加大熔化功率，使炉料快速熔化，待炉内出现金属液时，分批加入高纯铝，促使阴极铜熔化快速熔化；步骤7、炉料熔化结束后，继续升温，将金属液温度升至1300℃～1350℃后保温15min～25min，搅拌金属液，使铁屑、镍屑充分熔解；同时，在金属液熔化后，通过炉膛底部的气体扩散装置向炉内通入氩气；步骤8、待步骤7完成后，关闭中频感应炉的电源，调整通气速率，继续通气，并加入剩余的一份阴极铜并降低金属液温度，再将温度保持在1050℃～1100℃，之后加入工业纯锌及纯铅，并采用石墨搅拌棒进行搅拌；步骤9、待步骤8完成后，将金属液的温度升至1200℃～1250℃后保温，继续通入氩气，并采用机械搅拌装置搅拌金属液；步骤10、待步骤9完成后，进行炉前成分检测；步骤11、待步骤10完成后，进行金属液质量检测，判断金属液是否合格；步骤12、经步骤11判断金属液质量合格后，将金属液温度控制于1200℃～1230℃，关闭电源之后用扒渣工具扒去金属液表面熔渣，出炉得到ZCuAl8Mn 13Fe3N i2合金或ZCuAl8Mn14Fe3Ni2合金。...

【技术特征摘要】
1.高锰铝青铜合金的熔炼方法，其特征在于，具体按照以下步骤实施：步骤1、先对中频感应炉的炉体进行处理；然后在中频感应炉的炉膛底部中心位置安装气体扩散装置；最后将铸铁料加入中频感应炉进行烘炉；步骤2、待步骤1完成后，依据要熔炼的ZCuAl8Mn13Fe3Ni2合金或ZCuAl8Mn14Fe3Ni2合金的成分进行合金成分设计；ZCuAl8Mn13Fe3Ni2合金各元素含量范围为：Al：7.00wt.％～8.50wt.％，Mn：11.50wt.％～14.00wt.％，Fe：2.50wt.％～4.00wt.％，Ni：1.80wt.％～2.50wt.％，Zn：＜0.5wt.％，Si：≤0.15wt.％，Pb：≤0.02wt.％，其余为Cu、N、H、O，各组分的重量百分比之和为百分之百；ZCuAl8Mn14Fe3Ni2合金各元素含量范围为：Al：7.80wt.％～8.80wt.％，Mn：13.50wt.％～15.00wt.％，Fe：2.80wt.％～4.00wt.％，Ni：1.80wt.％～2.50wt.％，Zn：＜0.5wt.％，Si：≤0.15wt.％，Pb：≤0.02wt.％，其余为Cu、N、H、O，各组分的重量百分比之和为百分之百；步骤3、经步骤1和步骤2后，对熔炼合金的原料和熔炼过程中所用的工具进行预处理，并清理中频感应炉炉膛内的炉料残留；步骤4、根据ZCuAl8Mn13Fe3Ni2合金或ZCuAl8Mn14Fe3Ni2合金给定目标值以及这两种合金内各元素的熔损率分别进行配料计算；步骤5、将阴极铜等量的分为四份，取出其中的一份铺在中频感应炉的炉膛底部；然后加入高纯铁屑、电解镍屑，再撒入结晶硅颗粒；之后继续加入两份阴极铜块；最后加入电解锰，炉膛内炉料要保持密实，完成装炉；步骤6、经步骤5完成装炉后，送电升温，加大熔化功率，使炉料快速熔化，待炉内出现金属液时，分批加入高纯铝，促使阴极铜熔化快速熔化；步骤7、炉料熔化结束后，继续升温，将金属液温度升至1300℃～1350℃后保温15min～25min，搅拌金属液，使铁屑、镍屑充分熔解；同时，在金属液熔化后，通过炉膛底部的气体扩散装置向炉内通入氩气；步骤8、待步骤7完成后，关闭中频感应炉的电源，调整通气速率，继续通气，并加入剩余的一份阴极铜并降低金属液温度，再将温度保持在1050℃～1100℃，之后加入工业纯锌及纯铅，并采用石墨搅拌棒进行搅拌；步骤9、待步骤8完成后，将金属液的温度升至1200℃～1250℃后保温，继续通入氩气，并采用机械搅拌装置搅拌金属液；步骤10、待步骤9完成后，进行炉前成分检测；步骤11、待步骤10完成后，进行金属液质量检测，判断金属液是否合格；步骤12、经步骤11判断金属液质量合格后，将金属液温度控制于1200℃～1230℃，关闭电源之后用扒渣工具扒去金属液表面熔渣，出炉得到ZCuAl8Mn13Fe3Ni2合金或ZCuAl8Mn14Fe3Ni2合金。2.根据权利要求1所述的高锰铝青铜合金的熔炼方法，其特征在于，所述步骤1具体按照以下步骤实施：步骤1.1、采用250kg中频感应炉，在中频感应炉的炉膛感应线圈处涂抹三次封箱泥，以确保中频感应炉的炉膛内部形成封闭空间，待封箱泥干后向中频感应炉内加入酸性炉...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵教育，袁满，张卫国，李宁，支龙，
申请(专利权)人：中国船舶重工集团公司第十二研究所，
类型：发明
国别省市：陕西;61