铝黄铜

多用于汽车等制造的耐磨材料

铝黄铜可分为两类。一类是铸造黄铜中加入少量铝以清除杂质增加流动性，浇铸复杂铸件，合金中多余铝量不超过0.5%；一类是锻造黄铜中加铝以增加抗蚀能力，常用作冷凝管，一般成分范围为Al1～6%，Zn24~42%，Cu55~71%。

材料简介

黄铜性能优良，用途广泛，倍受青睐，其中多元复杂铝黄铜由于其强度高、耐磨性能好而被制造成无油润滑轴承，以代替传统的锡青铜、铅黄铜、铅锑锡铜等轴承材料。多元复杂铝黄铜被广泛应用于等不易润滑和更换的轴承和轴套等部位。由于多元复杂铝黄铜的锌当量较高，除了α相外，有大量的β相存在，同时还有少量的γ相生成，使合金的熔炼和铸造相当困难。

特别是采用连续铸造时，极易使铸锭表面开裂或粗糙，给下一步挤压工序产生较大的摩擦并使挤压件升温较大，严重影响产品的质量。因此，在工业生产中，如何使复杂铝黄铜的生产成本降低，同时能生产出性能优异的合格产品受到极大的关注。

熔炼

1、配料

电解铜、纯铝、电解锰、电解锌、马口铁、高纯度的微合金元素。所有的配料要求无油污、无水份、无杂质。由 Mn、Fe 在黄铜中的溶解特性确定其加入顺序。

2、设备

采用工频有芯感应炉进行熔炼。由于此炉是依靠材料自身产生涡流升温，具有熔化速度快、工作环境温度低、铜液温度均匀及电磁搅拌力强的特点，从而容易使材料成分均匀，便于控制材料化学成分。

3、熔炼

为了节约成本，提高生产效率，采用将元素直接加入的方式熔炼，其熔炼难度高。

熔炼工艺流程如下：向熔炉加入电解铜，开始熔化时加入干燥的覆盖剂，全部熔化后加入脱氧剂，并每次充分覆盖后，升温到1300℃，加入 Mn，待Mn 熔化完再加入 Fe；待Fe熔化完加入余下的铜进行降温处理，再加入锌和铝熔解，升温加入锡、稀土搅拌，升温喷时出炉进行半连续铸造。

合金元素加入

1、锰、铁元素

由于锰和铁的熔点极高，难以达到其熔点温度，加入后仅依靠扩散溶解于铜中。锰在铜中的溶解度较大，在高温时易在铜中溶解。铁虽然在铜中的固溶度极小，但是它在Cu-Mn 合金中的固溶度较大，可以方便的加入。所以本工艺采用在高温时先加入Mn，再加入铁的方式加入 Mn、Fe 元素，既保证了合金的成分，又避免了制造中间合金的过程，从而减低了生产成本，提高了生产效率。Mn 能大量地熔入铜，起到固溶强化的作用，同时能有效阻止黄铜 “脱锌”，提高了黄铜的耐腐蚀性能。 Fe 在室温下固溶度较低，有富 Fe 相析出，富 Fe 相改善了材料的润滑性，提高了基体的强度，改善了合金的耐磨性能。

2、锌和铝元素

锌和铝的熔点很低，且极易被氧化。当合金熔液温度较高时，加入铝、锌，极易被氧化燃烧掉。为此我们采用待 Mn、Fe 溶解后加入冷料（Cu 或废旧料）进行降温，再加入铝、锌的方式生产。由于Al 和Zn 在 Cu 中的固溶度较大，很容易溶解于铜中，保证了合金的化学成分。铝的锌当量系数相当高（n=6），少量的铝就能使双相黄铜的 β相增多，在复杂铝黄铜中甚至有脆性的 γ 相生成，使合金的强度硬度提高，同时塑性、韧性明显下降。

3、微合金元素

微合金元素在最后一道工序加入，并升温至喷火出炉。加入锡可以对材料的基体起到强化作用，生成 SnO2 保护膜提高抗腐蚀能力，并能防止“脱锌”现象出现。但过多的加入锡会使材料的脆性化合物增多，影响材料性能。加入稀土元素可以细化晶粒，强化基体，改善材料的冷热加工性能。

铸造

1、铸造方式的选定

由于水平连续铸锭具有生产投资少，可以浇注空心管材等优点而被普遍采用。但是其铜水的自重对液穴形态、散热方向和凝固时的体积收缩产生影响，使铸锭上部出现“月牙状”的空隙—新月形空气气隙，使铸锭上部的散热条件变差，导致铸锭结晶中心上移，易形成锭坯截面上下组织不均，硬度有20HBS的偏差，同时由于锌蒸汽在结晶器内渗入石墨套内，使铸锭表面产生横裂和结疤，严重影响铸锭质量。为此，选用封闭式立式半连续铸造，以石墨粉+炭黑作为覆盖剂。由于其具有结构简单、操作方便、生产效率高、铸锭质量好等特点，能更有效地生产出合格的产品。铸造工艺以大约 4.9m/h的速度连续拉出准120mm×5000mm 和准150mm×5000mm 两种规格的红锭，再风冷至室温。

2、结晶器的选定

多元复杂铝黄铜的连续铸造非常困难，其锌当量较高（约为 50%），合金在400℃时将出现 α+β'+γ 相共存区。如果冷却速度过快，合金中的 γ 相来不及分解而保存到室温，由于 γ 相脆性大、硬度高，使合金的硬度升高，塑性和韧性降低，以至于影响到下一步的加工工序；同时还由于冷却速度过大，表面快速凝固收缩，造成铸锭表面纵裂和内应力过高等材料缺陷。因此，我们采用缓慢冷却工序。如果连续冷却时间不足，铸锭外部的冷凝壳部位还没有足够的强度，使结晶器内壁粘上残渣，使锭坯出现拉裂或结疤等缺陷，更有甚者，由于铸锭的凝壳太软而会产生悬挂或拉漏现象。为此设计制作缓冷结晶器，其长度 L=300～400mm，使铸锭得到缓慢充分的冷凝。

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