一种用于电力机械耐磨件的铸造合金材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及合金材料技术领域，尤其涉及一种用于电力机械耐磨件的铸造合金材料及其制备方法。
背景技术
青铜材料具有良好的延展性和可锻性等性能，因此其应用较为广泛，其主要应用于核电汽轮机的技术领域中，具体是用于锻打成型各类阀块、耐磨泵块。但是，随着核电工业的大力发展，市场需求更多、更优的材料，由于锻打处理产生的缺陷，使得目前所使用的青铜锭已越来越不能满足国内外高标泵阀类合金锭的需求。另外，由于材料内部结构的原因，通过翻砂铸造的青铜材料，极易产生气孔表面夹杂，不易二次成型。
基于此，现有技术仍然有待改进。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明实施例提出一种用于电力机械耐磨件的铸造合金材料及其制备方法，以解决现有技术的问题。
一方面，本发明实施例所公开的用于电力机械耐磨件的铸造合金材料，该合金材料组分包含：碳化硅、铝、铁、锰、镍、镧或铈、磷、锡，余量铜。
进一步地，合金材料组分按重量百分比分别为：碳化硅1-2.5%、铝9-11%、铁1-3%、锰1-2%、镍4-6%、镧或铈1-2%、磷0.1-0.5%、锡6-8%，余量为铜。
进一步地，合金材料组分按重量百分比分别为：碳化硅1%、铝11%、铁3%、锰2%、镍6%、镧2%、磷0.5%、锡8%，余量为铜。
进一步地，合金材料组分按重量百分比分别为：碳化硅2.5%、铝9%、铁1%、锰1%、镍4%、镧1%、磷0.1%、锡6%，余量为铜。
进一步地，合金材料组分按重量百分比分别为：碳化硅1.8%、铝10%、铁2%、锰1.5%、镍5%、镧1.5%、磷0.3%、锡7%，余量为铜。
进一步地，合金材料组分按重量百分比分别为：碳化硅1%、铝11%、铁3%、锰2%、镍6%、铈2%、磷0.5%、锡8%，余量为铜。
进一步地，合金材料组分按重量百分比分别为：碳化硅2.5%、铝9%、铁1%、锰1%、镍4%、铈1%、磷0.1%、锡6%，余量为铜。
进一步地，合金材料组分按重量百分比分别为：碳化硅1.8%、铝10%、铁2%、锰1.5%、镍5%、铈1.5%、磷0.3%、锡7%，余量为铜。
另一方面，本发明实施例还公开了上述的用于电力机械耐磨件的铸造合金材料的制备方法，包括以下步骤：
步骤一：按照配比将铝、铁、锰、镍、磷、锡和铜置于工频电炉内，加热至1150度完全熔化后并保温，得到初混合金溶液;
步骤二：将稀土元素镧或铈按照比例添加到正在保温的初混合金溶液当中，开启振动装置与搅拌装置，振动装置振动频率为：6次/秒;搅拌装置搅拌速率为：350转/分钟，搅拌时间为：15-20分钟，得到二混合金溶液;
步骤三：将纯度在99.9%的碳化硅颗粒添加到二混合金溶液当中，同时进行再次搅拌，搅拌速率为350转/分钟;搅拌时间15-20分钟，得到三混合金溶液;
步骤四：将搅拌完成的三混溶液转移至铸造保温炉当中，第三次进行搅拌，搅拌时间为5-10分钟，速率为200转/分钟;
步骤五：将搅拌完成的合金溶液静止3-5分钟，并取样检测，成份合格后，采用导流管直接将熔体引入结晶器，结晶器内涂抹润滑油，炉膛内覆盖3-5cm厚度的炭黑;
步骤六：用水平铸造法铸造成合金锭;
步骤八：将铸造完成的合金锭，进行探伤处理，调出有缺陷的材料;将无缺陷材料放置于密闭热处理炉中进行低温处理，温度为：150-180度，处理时间为：1-2小时;
步骤九：将处理完成的合金锭，置于密度为15%的盐水当中，进行瞬间冷却。
进一步地，步骤六中，合金锭外径为210mm，铸造速度为3m/h，选择结晶器高度为190mm，冷却水压力为0.15MPa，引锭温度控制为1100-1130度之间;
水平铸造过程中，石墨套底部外圆与结晶器壁之间的距离为10-15mm，敞露金属液面在保持一定静压力下的情况下进入结晶器，铸锭表面成微波浪状，且圆滑过渡，铸锭长度为3010mm/支。
采用上述技术方案，本发明至少具有如下有益效果：
本发明提供的用于电力机械耐磨件的铸造合金材料及其制备方法，在传统青铜材料中加入碳化硅陶瓷颗粒，用以提高铸造合金材料的硬度;并适当的添加相应的稀土元素镧或铈，用于进一步细化、改善合金内部材料的径粒组织结构，从而使材料在不需要进一步锻打或者热处理的前提下，即可实现合金材料的强度和硬度，进一步满足核电汽轮机用材料的要求。同时也避免了原有合金材料因锻打而产生的开裂情况，进一步减少了材料在铸造过程中产生的气孔率，从而节约了生产成本，提高了生产效率。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明一实施例的流程图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明实施例进一步详细说明。
需要说明的是，本发明实施例中所有使用“第一”和“第二”的表述均是为了区分两个相同名称非相同的实体或者非相同的参量，可见“第一”“第二”仅为了表述的方便，不应理解为对本发明实施例的限定，后续实施例对此不再一一说明。
实施例1
一种机车零件用青铜合金材料，其特征在于，合金材料组分按重量百分比分别为：碳化硅1%、铝11%、铁3%、锰2%、镍6%、镧2%、磷0.5%、锡8%，余量为铜。
如图1所示，制备过程为：
步骤一：按照配比将铝、铁、锰、镍、磷、锡和铜置于工频电炉内，加热至1150度完全熔化后并保温。
步骤二：将稀土元素镧或铈按照比例添加到正在保温的合金溶液当中，开启振动装置与搅拌装置，振动装置振动频率为：6次/秒;搅拌装置搅拌速率为：350转/分钟，搅拌时间为：15分钟。
步骤三：将纯度在99.9%的碳化硅颗粒添加到合金溶液当中，同时进行再次搅拌，搅拌速率为350转/分钟;搅拌时间15分钟。
步骤四：将搅拌完成的合金溶液转移至铸造保温炉当中，第三次进行搅拌，搅拌时间为5分钟，速率为200转/分钟。
步骤五：将搅拌完成的合金溶液静止3分钟，并取样检测，已确定成份在设定范围之内。成份合格后，采用导流管直接将熔体引入结晶器，结晶器内涂抹润滑油，炉膛内覆盖3cm厚度的炭黑以减少氧化和生渣的机会。
步骤六：用水平铸造法铸造，合金锭外径为210mm,铸造速度为3m/h，选择结晶器高度为190mm,冷却水压力为0.15MPa,引锭温度控制为1100-1130度之间。
步骤七：水平铸造过程中，石墨套底部外圆与结晶器壁之间的距离约为10mm，此敞露金属液面在保持一定静压力下的情况下进入结晶器，铸锭表面成微波浪状，但比较圆滑，铸锭长度为3010mm/支。
步骤八：将铸造完成的合金锭，进行探伤处理，调出有缺陷的材料;将无缺陷材料放置于密闭热处理炉中进行低温处理，温度为：150-180度，处理时间为：1小时。
步骤九：将处理完成的合金锭，置于密度为15%的盐水当中，进行瞬间冷却，以进一步提升合金材料硬度。
步骤十：将长材合金锭锯切为1000mm/支的长度，上光锭机去除表面氧化皮及各类夹杂物，外径控制为200mm，公差为+/-0.5mm。包装入库。
实施例2
一种机车零件用青铜合金材料，其特征在于，合金材料组分按重量百分比分别为：碳化硅2.5%、铝9%、铁1%、锰1%、镍4%、镧1%、磷0.1%、锡6%，余量为铜。如图1所示，制备过程为：
步骤一：按照配比将铝、铁、锰、镍、磷、锡和铜置于工频电炉内，加热至1150度完全熔化后并保温。
步骤二：将稀土元素镧或铈按照比例添加到正在保温的合金溶液当中，开启振动装置与搅拌装置，振动装置振动频率为：6次/秒;搅拌装置搅拌速率为：350转/分钟，搅拌时间为：20分钟。
步骤三：将纯度在99.9%的碳化硅颗粒添加到合金溶液当中，同时进行再次搅拌，搅拌速率为350转/分钟;搅拌时间20分钟。
步骤四：将搅拌完成的合金溶液转移至铸造保温炉当中，第三次进行搅拌，搅拌时间为10分钟，速率为200转/分钟。
步骤五：将搅拌完成的合金溶液静止5分钟，并取样检测，已确定成份在设定范围之内。成份合格后，采用导流管直接将熔体引入结晶器，结晶器内涂抹润滑油，炉膛内覆盖5cm厚度的炭黑以减少氧化和生渣的机会。
步骤六：用水平铸造法铸造，合金锭外径为210mm，铸造速度为3m/h，选择结晶器高度为190mm，冷却水压力为0.15MPa，引锭温度控制为1100-1130度之间。
步骤七：水平铸造过程中，石墨套底部外圆与结晶器壁之间的距离约为15mm，此敞露金属液面在保持一定静压力下的情况下进入结晶器，铸锭表面成微波浪状，但比较圆滑，铸锭长度为3010mm/支。
步骤八：将铸造完成的合金锭，进行探伤处理，调出有缺陷的材料;将无缺陷材料放置于密闭热处理炉中进行低温处理，温度为：150-180度，处理时间为2小时。
步骤九：将处理完成的合金锭，置于密度为15%的盐水当中，进行瞬间冷却，以进一步提升合金材料硬度。
步骤十：将长材合金锭锯切为1000mm/支的长度，上光锭机去除表面氧化皮及各类夹杂物，外径控制为200mm，公差为+/-0.5mm。包装入库。
实施例3
一种机车零件用青铜合金材料，其特征在于，合金材料组分按重量百分比分别为：碳化硅1.8%、铝10%、铁2%、锰1.5%、镍5%、镧1.5%、磷0.3%、锡7%，余量为铜。
如图1所示，制备过程为：
步骤一：按照配比将铝、铁、锰、镍、磷、锡和铜置于工频电炉内，加热至1150度完全熔化后并保温。
步骤二：将稀土元素镧或铈按照比例添加到正在保温的合金溶液当中，开启振动装置与搅拌装置，振动装置振动频率为：6次/秒;搅拌装置搅拌速率为：350转/分钟，搅拌时间为:18分钟。
步骤三：将纯度在99.9%的碳化硅颗粒添加到合金溶液当中，同时进行再次搅拌，搅拌速率为350转/分钟;搅拌时间18分钟。
步骤四：将搅拌完成的合金溶液转移至铸造保温炉当中，第三次进行搅拌，搅拌时间为7分钟，速率为200转/分钟。
步骤五：将搅拌完成的合金溶液静止3-5分钟，并取样检测，已确定成份在设定范围之内。成份合格后，采用导流管直接将熔体引入结晶器，结晶器内涂抹润滑油，炉膛内覆盖4cm厚度的炭黑以减少氧化和生渣的机会。
步骤六：用水平铸造法铸造，合金锭外径为210mm,铸造速度为3m/h，选择结晶器高度为190mm,冷却水压力为0.15MPa,引锭温度控制为1100-1130度之间。
步骤七：水平铸造过程中，石墨套底部外圆与结晶器壁之间的距离约为13mm，此敞露金属液面在保持一定静压力下的情况下进入结晶器，铸锭表面成微波浪状，但比较圆滑，铸锭长度为3010mm/支。
步骤八：将铸造完成的合金锭，进行探伤处理，调出有缺陷的材料;将无缺陷材料放置于密闭热处理炉中进行低温处理，温度为：150-180度，处理时间为：1.5小时。
步骤九：将处理完成的合金锭，置于密度为15%的盐水当中，进行瞬间冷却，以进一步提升合金材料硬度。
步骤十：将长材合金锭锯切为1000mm/支的长度，上光锭机去除表面氧化皮及各类夹杂物，外径控制为200mm，公差为+/-0.5mm。包装入库。
实施例4
一种机车零件用青铜合金材料，其特征在于，合金材料组分按重量百分比分别为：碳化硅1%、铝11%、铁3%、锰2%、镍6%、铈2%、磷0.5%、锡8%，余量为铜。
如图1所示，制备过程为：
步骤一：按照配比将铝、铁、锰、镍、磷、锡和铜置于工频电炉内，加热至1150度完全熔化后并保温。
步骤二：将稀土元素镧或铈按照比例添加到正在保温的合金溶液当中，开启振动装置与搅拌装置，振动装置振动频率为：6次/秒;搅拌装置搅拌速率为：350转/分钟，搅拌时间为:16分钟。
步骤三：将纯度在99.9%的碳化硅颗粒添加到合金溶液当中，同时进行再次搅拌，搅拌速率为350转/分钟;搅拌时间19分钟。
步骤四：将搅拌完成的合金溶液转移至铸造保温炉当中，第三次进行搅拌，搅拌时间为5分钟，速率为200转/分钟。
步骤五：将搅拌完成的合金溶液静止5分钟，并取样检测，已确定成份在设定范围之内。成份合格后，采用导流管直接将熔体引入结晶器，结晶器内涂抹润滑油，炉膛内覆盖4.5cm厚度的炭黑以减少氧化和生渣的机会。
步骤六：用水平铸造法铸造，合金锭外径为210mm,铸造速度为3m/h，选择结晶器高度为190mm,冷却水压力为0.15MPa,引锭温度控制为1100-1130度之间。
步骤七：水平铸造过程中，石墨套底部外圆与结晶器壁之间的距离约为14mm，此敞露金属液面在保持一定静压力下的情况下进入结晶器，铸锭表面成微波浪状，但比较圆滑，铸锭长度为3010mm/支。
步骤八：将铸造完成的合金锭，进行探伤处理，调出有缺陷的材料;将无缺陷材料放置于密闭热处理炉中进行低温处理，温度为：150-180度，处理时间为：1.8小时。
步骤九：将处理完成的合金锭，置于密度为15%的盐水当中，进行瞬间冷却，以进一步提升合金材料硬度。
步骤十：将长材合金锭锯切为1000mm/支的长度，上光锭机去除表面氧化皮及各类夹杂物，外径控制为200mm，公差为+/-0.5mm。包装入库。
实施例5
一种机车零件用青铜合金材料，其特征在于，合金材料组分按重量百分比分别为：碳化硅2.5%、铝9%、铁1%、锰1%、镍4%、铈1%、磷0.1%、锡6%，余量为铜。
如图1所示，制备过程为：
步骤一：按照配比将铝、铁、锰、镍、磷、锡和铜置于工频电炉内，加热至1150度完全熔化后并保温。
步骤二：将稀土元素镧或铈按照比例添加到正在保温的合金溶液当中，开启振动装置与搅拌装置，振动装置振动频率为：6次/秒;搅拌装置搅拌速率为：350转/分钟，搅拌时间为:19分钟。
步骤三：将纯度在99.9%的碳化硅颗粒添加到合金溶液当中，同时进行再次搅拌，搅拌速率为350转/分钟;搅拌时间16分钟。
步骤四：将搅拌完成的合金溶液转移至铸造保温炉当中，第三次进行搅拌，搅拌时间为9分钟，速率为200转/分钟。
步骤五：将搅拌完成的合金溶液静止3-5分钟，并取样检测，已确定成份在设定范围之内。成份合格后，采用导流管直接将熔体引入结晶器，结晶器内涂抹润滑油，炉膛内覆盖5cm厚度的炭黑以减少氧化和生渣的机会。
步骤六：用水平铸造法铸造，合金锭外径为210mm，铸造速度为3m/h，选择结晶器高度为190mm，冷却水压力为0.15MPa，引锭温度控制为1100-1130度之间。
步骤七：水平铸造过程中，石墨套底部外圆与结晶器壁之间的距离约为12mm，此敞露金属液面在保持一定静压力下的情况下进入结晶器，铸锭表面成微波浪状，但比较圆滑，铸锭长度为3010mm/支。
步骤八：将铸造完成的合金锭，进行探伤处理，调出有缺陷的材料;将无缺陷材料放置于密闭热处理炉中进行低温处理，温度为：150-180度，处理时间为：1.2小时。
步骤九：将处理完成的合金锭，置于密度为15%的盐水当中，进行瞬间冷却，以进一步提升合金材料硬度。
步骤十：将长材合金锭锯切为1000mm/支的长度，上光锭机去除表面氧化皮及各类夹杂物，外径控制为200mm，公差为+/-0.5mm。包装入库。
实施例6
一种机车零件用青铜合金材料，其特征在于，合金材料组分按重量百分比分别为：碳化硅1.8%、铝10%、铁2%、锰1.5%、镍5%、铈1.5%、磷0.3%、锡7%，余量为铜。
如图1所示，制备过程为：
步骤一：按照配比将铝、铁、锰、镍、磷、锡和铜置于工频电炉内，加热至1150度完全熔化后并保温。
步骤二：将稀土元素镧或铈按照比例添加到正在保温的合金溶液当中，开启振动装置与搅拌装置，振动装置振动频率为：6次/秒;搅拌装置搅拌速率为：350转/分钟，搅拌时间为16分钟。
步骤三：将纯度在99.9%的碳化硅颗粒添加到合金溶液当中，同时进行再次搅拌，搅拌速率为350转/分钟;搅拌时间20分钟。
步骤四：将搅拌完成的合金溶液转移至铸造保温炉当中，第三次进行搅拌，搅拌时间为10分钟，速率为200转/分钟。
步骤五：将搅拌完成的合金溶液静止5分钟，并取样检测，已确定成份在设定范围之内。成份合格后，采用导流管直接将熔体引入结晶器，结晶器内涂抹润滑油，炉膛内覆盖3cm厚度的炭黑以减少氧化和生渣的机会。
步骤六：用水平铸造法铸造，合金锭外径为210mm,铸造速度为3m/h，选择结晶器高度为190mm,冷却水压力为0.15MPa,引锭温度控制为1100-1130度之间。
步骤七：水平铸造过程中，石墨套底部外圆与结晶器壁之间的距离约为10mm，此敞露金属液面在保持一定静压力下的情况下进入结晶器，铸锭表面成微波浪状，但比较圆滑，铸锭长度为3010mm/支。
步骤八：将铸造完成的合金锭，进行探伤处理，调出有缺陷的材料;将无缺陷材料放置于密闭热处理炉中进行低温处理，温度为：150-180度，处理时间为：1小时。
步骤九：将处理完成的合金锭，置于密度为15%的盐水当中，进行瞬间冷却，以进一步提升合金材料硬度。
步骤十：将长材合金锭锯切为1000mm/支的长度，上光锭机去除表面氧化皮及各类夹杂物，外径控制为200mm，公差为+/-0.5mm。包装入库。
将上述实施例1-6中获得的机车零件用青铜合金材料进行性能测定实验，参数如表1所示。
表1
综上所述，本发明提供的用于电力机械耐磨件的铸造合金材料及其制备方法，在传统青铜材料中加入碳化硅陶瓷颗粒，用以提高铸造合金材料的硬度;并适当的添加相应的稀土元素镧或铈，用于进一步细化、改善合金内部材料的径粒组织结构，从而使材料在不需要进一步锻打或者热处理的前提下，即可实现合金材料的强度和硬度，进一步满足核电汽轮机用材料的要求。同时也避免了原有合金材料因锻打而产生的开裂情况，进一步减少了材料在铸造过程中产生的气孔率，从而节约了生产成本，提高了生产效率。
需要特别指出的是，上述各个实施例中的各个组件或步骤均可以相互交叉、替换、增加、删减，因此，这些合理的排列组合变换形成的组合也应当属于本发明的保护范围，并且不应将本发明的保护范围局限在所述实施例之上。
以上是本发明公开的示例性实施例，上述本发明实施例公开的顺序仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。但是应当注意，以上任何实施例的讨论仅为示例性的，并非旨在暗示本发明实施例公开的范围(包括权利要求)被限于这些例子，在不背离权利要求限定的范围的前提下，可以进行多种改变和修改。根据这里描述的公开实施例的方法权利要求的功能、步骤和/或动作不需以任何特定顺序执行。此外，尽管本发明实施例公开的元素可以以个体形式描述或要求，但除非明确限制为单数，也可以理解为多个。
所属领域的普通技术人员应当理解：以上任何实施例的讨论仅为示例性的，并非旨在暗示本发明实施例公开的范围(包括权利要求)被限于这些例子;在本发明实施例的思路下，以上实施例或者不同实施例中的技术特征之间也可以进行组合，并存在如上所述的本发明实施例的不同方面的许多其它变化，为了简明它们没有在细节中提供。因此，凡在本发明实施例的精神和原则之内，所做的任何省略、修改、等同替换、改进等，均应包括在本发明实施例的保护范围之内。
