本发明涉及叶轮用高性能多元铸造铜合金及其制造方法与应用，可有效解决力学性能优良，叶轮用高性能多元铸造铜合金，满足实际叶轮需要的要求问题，方法是，该铸造铜合金的化学成份质量百分比为：Zn：12.0～20.0%；Si：2.0～6.0%；Fe：1.0～8.5%；Cr：0.5～3.2%，Zr:0.02～0.08%，Mg：0.1～1.3%，Ti：0.1～3.8 %，V：0.1～1.4%，Sc：0.02～0.42%，La：0.01～0.25%，Be：0.01～0.09%，Ni：0.05～1.0%，Al：0.1～0.65%，Mn：0.02～1.3%，Re：0.11～0.25%，余量为Cu，本发明合金成份科学合理，原料丰富，制备方法简单，易生产，有效解决高性能叶轮的生产，可以应用于常规重力铸造、差压铸造、离心铸造等加工工艺，成本低，性能好，具有显著的生产加工优势，易于推广应用，经济和社会效益显著。
1.一种叶轮用高性能多元铸造铜合金，其特征在于：合金的化学成份质量百分比为：
Zn：12.0～20.0%；Si：2.0～6.0%；Fe：1.0～8.5%；Cr：0.5～3.2%，Zr:0.02～0.08%，Mg：0.1～
1.3%，Ti：0.1～3.8 %，V：0.1～1.4%，Sc：0.02～0.42%，La：0.01～0.25%，Be：0.01～0.09%，Ni：0.05～1.0%，Al：0.1～0.65%，Mn：0.02～1.3%，Re：0.11～0.25%，余量为Cu；所述叶轮用高性能多元铸造铜合金制造叶轮的方法如下：将铜块加入真空感应熔炼炉内升温加热，待铜块充分熔化后，按照合金化学成份配比，利用二次加料机加入合金的各成分，快速升温过热，使合金各组分均匀熔化在一起，降温至
1150-1220℃，保温15～30min，浇铸成型，在整个浇铸过程中，对铸型实施不间断外加强磁场，使熔体在强磁场条件下凝固，得叶轮铸件；
A.先将叶轮铸件在620～870℃保温2～4h，进行水淬处理，取出叶轮铸件，冷至室温；
B.对水淬冷却后的叶轮铸件进行三级分级时效处理：将叶轮铸件放入真空电阻炉，第一次在160～180℃下进行0.5～2.5h的初级时效处理，然后在410～480℃下进行1.5～8.5h的二级时效处理，然后再在220～380℃下进行0.5～10h的三级时效处理。
2.根据权利要求1所述的叶轮用高性能多元铸造铜合金，其特征在于：合金的化学成份质量百分比为：Zn：13.5～18.5%；Si：3.0～5.0%；Fe：2.0～4.5%；Cr：0.8～3.0%，Zr:0.04～
0.06%，Mg：0.2～1.0%，Ti：0.2～3.6 %，V：0.2～1.0%，Sc：0.03～0.38%，La：0.04～0.20%，Be：0.02～0.08%，Ni：0.15～0.85%，Al：0.2～0.45%，Mn：0.03～1.2%，Re：0.13～0.20%，余量为Cu。
3.根据权利要求1所述的叶轮用高性能多元铸造铜合金，其特征在于：合金的化学成份质量百分比为：Zn：15.0～17.0%；Si：3.5～4.5%；Fe：3.0～4.0%；Cr：1.0～2.5%，Zr:0.05～
0.06%，Mg：0.4～0.8%，Ti：1.5～2.5 %，V：0.3～0.8%，Sc：0.1～0.3%，La：0.08～0.18%，Be：
0.04～0.07%，Ni：0.2～0.6%，Al：0.25～0.35%，Mn：0.08～1.0%，Re：0.15～0.18%，余量为Cu。
4.根据权利要求1所述的叶轮用高性能多元铸造铜合金，其特征在于：合金的化学成份质量百分比为Zn：14.6%；Si：3.55%；Fe：2.38%；Cr：1.55 %，Zr:0.05%，Mg：0.93%，Ti：1.26 %，V：0.88%，Sc： 0.36%，La：0.06%，Be：0.05%，Ni：0.74%，Al：0.33%，Mn：0.47%，Re：0.17%，余量为Cu。
5.根据权利要求1所述的叶轮用高性能多元铸造铜合金，其特征在于：合金的化学成份质量百分比为：Zn：15.5%；Si：3.30%；Fe：2.25%；Cr：1.45 %，Zr:0.07%，Mg：0.85%，Ti：1.20 %，V：0.75%，Sc：0.41%，La：0.12%，Be：0.07%，Ni：0.82%，Al：0.40%，Mn：0.86%，Re：0.18%，余量为Cu。
6.根据权利要求1所述的叶轮用高性能多元铸造铜合金，其特征在于：合金的化学成份质量百分比为：Zn：15.5%；Si：3.30%；Fe：2.25%；Cr：1.45 %，Zr:0.07%，Mg：0.85%，Ti：1.20 %，V：0.75%，Sc：0.41%，La：0.12%，Be：0.07%，Ni：0.82%，Al：0.40%，Mn：0.86%，Re：0.25%，余量为Cu。
7.根据权利要求1所述的叶轮用高性能多元铸造铜合金，其特征在于：合金的化学成份质量百分比为：Zn：15.5%；Si：4.2%；Fe：3.5%；Cr：1.75%，Zr:0.055%，Mg：0.65%，Ti：2.0%，V：
0.55%，Sc：0.2%，La：0.13%，Be：0.03%，Ni：0.4%，Al：0.3%，Mn：0.54%，Re：0.17%，余量为Cu。
8.权利要求1或2-7任一项所述的叶轮用高性能多元铸造铜合金在制备高性能叶轮中
一种叶轮用高性能多元铸造铜合金及其制造方法与应用
技术领域
[0001] 本发明涉及合金，特别是一种叶轮用高性能多元铸造铜合金及其制造方法与应用。
背景技术
[0002] 目前舰船用泵体、叶轮、阀门等零部件常用的制造材料大多为铸造锡青铜、铸造黄铜、铸造锡铅青铜等，这些合金凝固时呈现糊状凝固特性，其结晶温度区间高达几十甚至数百摄氏度，得到的铸件凝固组织晶粒粗大，元素偏析严重，铸造缺陷较多，其材料的力学性能偏低（抗拉强度一般低于300MPa），用其所生产的舰船用泵体、叶轮、阀门等零部件容易出现零部件寿命偏短，甚至是残次品等问题。
[0003] 随着科学技术和海洋事业的迅速发展对舰船用泵体、叶轮、阀门材料有了更高的材料性能要求，因此急需提供一种力学性能更高、使用寿命更长的铜合金材料来满足实际生产应用需要。
发明内容
[0004] 针对上述情况，为克服现有技术之缺陷，本发明之目的就是提供一种叶轮用高性能多元铸造铜合金及其制造方法与应用，可有效解决力学性能优良，叶轮用高性能多元铸造铜合金，满足实际叶轮需要的要求问题。
[0005] 本发明解决的技术方案是，一种叶轮用高性能多元铸造铜合金及其制造方法与应用，该铸造铜合金的化学成份质量百分比为：Zn：12.0～20.0%；Si：2.0～6.0%；Fe：1.0～8.5%；Cr：0.5～3.2%，Zr:0.02～0.08%，Mg：0.1～1.3%，Ti：0.1～3.8 %，V：0.1～1.4%，Sc：
0.02～0.42%，La：0.01～0.25%，Be：0.01～0.09%，Ni：0.05～1.0%，Al：0.1～0.65%，Mn：0.02～1.3%，Re：0.11～0.25%，余量为Cu，各元素化学成份质量百分比之和共计100%（以下同）；
[0006] 其制备方法包括以下步骤：
[0007] (1)熔炼及浇铸：
[0008] 将铜块加入真空感应熔炼炉内升温加热，待铜块充分熔化后，按照合金化学成份配比，利用二次加料机加入合金的各成分，快速升温过热，使合金各组分均匀熔化在一起，降温至1150-1220℃，保温15～30min，浇铸成型，在整个浇铸过程中，对铸型实施不间断外加强磁场，使熔体在强磁场条件下凝固，得叶轮铸件；
[0009] (2)热处理：
[0010] 将浇铸的叶轮铸件进行热处理，方法是：
[0011] A.先将叶轮铸件在620～870℃保温2～4h，进行水淬处理，取出叶轮铸件，冷至室温；
[0012] B.对水淬冷却后的叶轮铸件进行三级分级时效处理：将叶轮铸件放入真空电阻炉，第一次在160～180℃下进行0.5～2.5h的初级时效处理，然后在410～480℃下进行1.5～8.5h的二级时效处理，然后再在220～380℃下进行0.5～10h的三级时效处理。
[0013] 所生产的叶轮用高性能多元铸造铜合金可有效用于生产高性能叶轮，实现叶轮用高性能多元铸造铜合金在制备高性能叶轮中的应用。
[0014] 本发明合金成份科学合理，原料丰富，制备方法简单，易生产，有效解决高性能叶轮的生产，本发明多元铸造铜合金可以应用于常规重力铸造、差压铸造、离心铸造等加工工艺，发明材料合金配方简单可行，成本低，性能好，具有显著的生产加工优势，易于推广应用，经济和社会效益显著。
具体实施方式
[0015] 以下结合实施例对本发明的具体实施方式作详细说明。
[0016] 本发明在具体实施中，可由以下实施例给出。
[0017] 实施例1
[0018] 本发明在具体实施中，该合金的化学成份质量百分比为：Zn：13.5～18.5%；Si：3.0～5.0%；Fe：2.0～4.5%；Cr：0.8～3.0%，Zr:0.04～0.06%，Mg：0.2～1.0%，Ti：0.2～3.6 %，V：0.2～1.0%，Sc：0.03～0.38%，La：0.04～0.20%，Be：0.02～0.08%，Ni：0.15～0.85%，Al：0.2～0.45%，Mn：0.03～1.2%，Re：0.13～0.20%，余量为Cu；
[0019] 其制备方法包括以下步骤：
[0020] (1)熔炼及浇铸：
[0021] 将铜块加入真空感应熔炼炉内升温加热，待铜块充分熔化后，按照合金化学成份配比，利用二次加料机加入合金的各成分，快速升温过热，使合金各组分均匀熔化在一起，降温至1150-1220℃，保温15～30min，浇铸成型，在整个浇铸过程中，对铸型实施不间断外加强磁场，使熔体在强磁场条件下凝固，得叶轮铸件；
[0022] (2)热处理：
[0023] 将浇铸的叶轮铸件进行热处理，方法是：
[0024] A.先将叶轮铸件在620～870℃保温2～4h，进行水淬处理，取出叶轮铸件，冷至室温；
[0025] B.对水淬冷却后的叶轮铸件进行三级分级时效处理：将叶轮铸件放入真空电阻炉，第一次在160～180℃下进行0.5～2.5h的初级时效处理，然后在410～480℃下进行1.5～8.5h的二级时效处理，然后再在220～380℃下进行0.5～10h的三级时效处理。
[0026] 实施例2
[0027] 本发明在具体实施中，该合金的化学成份质量百分比为：Zn：15.0～17.0%；Si：3.5～4.5%；Fe：3.0～4.0%；Cr：1.0～2.5%，Zr:0.05～0.06%，Mg：0.4～0.8%，Ti：1.5～2.5 %，V：0.3～0.8%，Sc：0.1～0.3%，La：0.08～0.18%，Be：0.04～0.07%，Ni：0.2～0.6%，Al：0.25～
0.35%，Mn：0.08～1.0%，Re：0.15～0.18%，余量为Cu，制备方法同实施例1。
[0028] 实施例3
[0029] 本发明在具体实施中，该合金的化学成份质量百分比为Zn：14.6%；Si：3.55%；Fe：2.38%；Cr：1.55 %，Zr:0.05%，Mg：0.93%，Ti：1.26 %，V：0.88%，Sc： 0.36%，La：0.06%，Be：
0.05%，Ni：0.74%，Al：0.33%，Mn：0.47%，Re：0.17%，余量为Cu，制备方法同实施例1。
[0030] 实施例4
[0031] 本发明在具体实施中，该合金的化学成份质量百分比为：Zn：15.5%；Si：3.30%；Fe：2.25%；Cr：1.45 %，Zr:0.07%，Mg：0.85%，Ti：1.20 %，V：0.75%，Sc：0.41%，La：0.12%，Be：
0.07%，Ni：0.82%，Al：0.40%，Mn：0.86%，Re：0.18%，余量为Cu，制备方法同实施例1。
[0032] 实施例5
[0033] 本发明在具体实施中，该合金的化学成份质量百分比为：Zn：15.5%；Si：3.30%；Fe：2.25%；Cr：1.45 %，Zr:0.07%，Mg：0.85%，Ti：1.20 %，V：0.75%，Sc：0.41%，La：0.12%，Be：
0.07%，Ni：0.82%，Al：0.40%，Mn：0.86%，Re：0.25%，余量为Cu，制备方法同实施例1。
[0034] 实施例6
[0035] 本发明在具体实施中，该合金的化学成份质量百分比为：Zn：15.5%；Si：4.2%；Fe：3.5%；Cr：1.75%，Zr:0.055%，Mg：0.65%，Ti：2.0%，V：0.55%，Sc：0.2%，La：0.13%，Be：0.03%，Ni：0.4%，Al：0.3%，Mn：0.54%，Re：0.17%，余量为Cu，制备方法同实施例1。
[0036] 上述实施例1-6所制备的叶轮用高性能多元铸造铜合金可有效用于生产高性能叶轮，实现叶轮用高性能多元铸造铜合金在制备高性能叶轮中的应用。
[0037] 本发明提供的叶轮用高性能多元铸造铜合金在金属熔体凝固过程中，不间断实施外加强磁场，合金熔体在外加磁场条件下凝固生长，所得的合金材料组织细小，无缺陷，硬度高，塑性好，适用于叶轮、泵体、阀门等零部件的生产。
[0038] 本发明提供的叶轮用高性能多元铸造铜合金中包含了多种微量合金化元素，通过严格控制微量元素的含量配比，达到各元素之间的最佳配合，对该多元铸造铜合金的力学性能提高大有裨益，抗拉强度最高可达745MPa。Fe、V、Ti、Cr、Zr等元素可以细化材料组织，强化材料基体。Sr、Re、La、Mg等元素能够起到净化金属熔体，消除杂质，稳定组织的作用，铸件通过热处理工艺后，完全满足了实际的需要。生产的叶轮力学力学性能好，组织致密，无铸造缺陷，使用寿命长。
[0039] 本发明提供的多元铸造铜合金可以应用于常规重力铸造、差压铸造、离心铸造等加工工艺，发明材料合金配方简单可行，成本低，性能好，具有明显的生产加工优势。
[0040] 并经实地实验和应用，取得了非常好的有益技术效果，有关资料如下：
[0041] 实验1
[0042] 叶轮用高性能多元铸造铜合金材料，包括以下化学组份：Zn：14.6%；Si：3.55%；Fe：2.38%；Cr：1.55 %，Zr:0.05%，Mg：0.93%，Ti：1.26 %，V：0.88%，Sc： 0.36%，La：0.16%，Be：
0.05%，Ni：0.74%，Al：0.33%，Mn：0.47%，Re：0.17%，余量为Cu，各元素化学成分质量百分比之和共计100%。
[0043] 将铜块加入到真空感应熔炼炉内升温加热，待铜块充分熔化后，按照合金化学成分配方，利用二次加料机构加入各种合金元素（合金元素均以中间合金形式加入），快速升温过热，待合金熔体均匀化后降温至1160℃，保温20min充分均匀化后浇铸，在整个浇铸过程中对铸型实施不间断外加强磁场，熔体在强磁场条件下凝固并得到叶轮铸件。
[0044] 将浇铸的叶轮进行热处理，其特征在于：包括以下工艺步骤：
[0045] 1.铸态叶轮在815℃保温2.4h，进行水淬处理，取出叶轮铸件，空冷。
[0046] 2.对水淬固溶后的叶轮铸件进行三级分级时效处理：将铸态叶轮放入真空电阻炉，首先进行165℃，1.5h的初级时效处理，然后进行450℃，2.5h的二级时效处理，待二级时效处理保温结束后，进行230℃，保温8.5h的三级时效处理。
[0047] 在叶轮体上取样进行性能检测，力学性能如表1所示。
[0048] 表1实验1中高性能多元铸造铜合金叶轮室温力学性能
[0049] 合金成分 抗拉强度 伸长率实验1 745 25.4
[0050] 实验2
[0051] 高性能多元铸造铜合金材料，包括以下化学组份：Zn：15.5%；Si：3.30%；Fe：2.25%；Cr：1.45 %，Zr:0.07%，Mg：0.85%，Ti：1.20 %，V：0.75%，Sc：0.41%，La：0.12%，Be：0.07%，Ni：
0.82%，Al：0.40%，Mn：0.86%，Re：0.18%，余量为Cu，各元素化学成份质量百分比之和共计
100%。
[0052] 将铜块加入到真空感应熔炼炉内升温加热，待铜块充分熔化后，按照合金化学成分配方，利用二次加料机构加入各种合金元素（合金元素均以中间合金形式加入），快速升温过热，待合金熔体均匀化后降温至1180℃，保温15min充分均匀化后浇铸，在整个浇铸过程中对铸型实施不间断外加强磁场，金属熔体在磁场条件下凝固并得到叶轮铸件。
[0053] 将浇铸的叶轮进行热处理，包括以下工艺步骤：
[0054] 1.铸态叶轮在785℃保温3.5h，进行水淬处理，取出叶轮铸件，空冷。
[0055] 2.对水淬固溶后的叶轮铸件进行三级分级时效处理：将铸态叶轮放入真空电阻炉，首先进行165℃，1.5h的初级时效处理，然后进行460℃，2.3h的二级时效处理，待二级时效处理保温结束后，进行230℃，保温9h的三级时效处理。
[0056] 在叶轮体上取样进行性能检测，力学性能如表2所示。
[0057] 表2实验2中高性能多元铸造铜合金叶轮室温力学性能
[0058] 合金成分 抗拉强度 伸长率实验2 690 22.6
[0059] 实验3
[0060] 高性能多元铸造铜合金材料，包括以下化学组份：Zn：15.5%；Si：3.30%；Fe：2.25%；Cr：1.45 %，Zr:0.07%，Mg：0.85%，Ti：1.20 %，V：0.75%，Sc：0.41%，La：0.12%，Be：0.07%，Ni：
0.82%，Al：0.40%，Mn：0.86%，Re：0.25%，余量为Cu，各元素化学成分质量百分比之和共计
100%。
[0061] 将铜块加入到真空感应熔炼炉内升温加热，待铜块充分熔化后，按照合金化学成分配方，利用二次加料机构加入各种合金元素（合金元素均以中间合金形式加入），快速升温过热，待合金熔体均匀化后降温至1170℃，保温20min充分均匀化后浇铸，在整个浇铸过程中对铸型实施不间断外加强磁场，金属熔体在磁场条件下凝固并得到叶轮铸件。
[0062] 将浇铸的叶轮进行热处理，其特征在于：包括以下工艺步骤：
[0063] 1.铸态叶轮在870℃保温2.0h，进行水淬处理，取出叶轮铸件，空冷。
[0064] 2.对水淬固溶后的叶轮铸件进行三级分级时效处理：将铸态叶轮放入真空电阻炉，首先进行160℃，2.5h的初级时效处理，然后进行480℃，2.0h的二级时效处理，待二级时效处理保温结束后，进行400℃，保温4.5h的三级时效处理。
[0065] 在叶轮体上取样进行性能检测，力学性能如表3所示。
[0066] 表3 实验3中高性能多元铸造铜合金叶轮室温力学性能
[0067] 合金成分 抗拉强度 伸长率实验3 670 23.2
[0068] 对其它组分不同用量的合金也进行了同样的实验，均取得了相同或相近似的结果，这里不一一列举，实验表明，本发明高性能多元铸造铜合金叶轮铸态组织致密，无铸造缺陷，所制备的高性能多元铸造铜合金叶轮力学性能优良，抗拉强度最高可达745MPa，硬度高，耐磨性、耐蚀性好，叶轮使用寿命提高了2～3倍。本发明提供的叶轮用多元铸造铜合金化学成份配方合理，工艺方法稳定可靠，使用效果好，用途广，对于舰船叶轮零部件生产是一个创新，经济和社会效益显著。
