本發(fā)明屬于金屬先進(jìn)加工領(lǐng)域，涉及一種錳鎳鋁青銅系合金焊絲及其制備方法和應(yīng)用。

背景技術(shù)：

1、在一次性能源結(jié)構(gòu)中，煤炭始終處于主導(dǎo)地位，目前煤炭資源消耗量占到一次性能源總量的70％以上。盡管近些年國(guó)家大力發(fā)展新型能源，但是煤炭作為一次性能源主導(dǎo)地位在將來(lái)一定時(shí)期內(nèi)還是不會(huì)改變的。根據(jù)相關(guān)部門(mén)預(yù)測(cè)，到2030年，煤炭仍將占能源需求總量的56％，即使到2050年，仍將會(huì)占到50％左右。

2、由于煤機(jī)設(shè)備工作條件惡劣，工況苛刻，從而造成煤機(jī)設(shè)備使用壽命普遍偏低，一般為5年左右，加之煤炭機(jī)械化開(kāi)采的發(fā)展對(duì)煤機(jī)產(chǎn)品性能、功能的要求越來(lái)越高，造成大量煤機(jī)產(chǎn)品過(guò)早報(bào)廢或淘汰，因此，煤機(jī)開(kāi)采設(shè)備的性能提升已經(jīng)成為主要問(wèn)題。與煤炭需求發(fā)展變化相應(yīng)的是煤炭開(kāi)采裝備的快速發(fā)展，作為采煤裝備中核心的液壓支架，自80年代以來(lái)，世界主要采煤國(guó)家一直圍繞減面提產(chǎn)、減人提效、降低成本、實(shí)現(xiàn)礦井集中生產(chǎn)做努力，他們積極開(kāi)發(fā)和應(yīng)用新技術(shù)致力于高性能、高可靠性的新一代采煤用重型液壓支架的研制。我國(guó)液壓支架經(jīng)過(guò)20多年的發(fā)展，盡管取得了顯著成績(jī)，但總體水平與世界先進(jìn)采煤國(guó)家仍存在一定差距，國(guó)產(chǎn)液壓支架技術(shù)含量偏低，材料是主要問(wèn)題。

3、同時(shí)，隨著新建礦井設(shè)備需求比重的減少，原有煤機(jī)設(shè)備的更新改造已從2011年的55％增長(zhǎng)到2015年的75％左右。如何有效利用大量報(bào)廢、淘汰產(chǎn)品，進(jìn)行煤機(jī)產(chǎn)品再制造，實(shí)現(xiàn)資源的二次利用，有效減少資源浪費(fèi)，避免環(huán)境污染，已成為我國(guó)煤炭生產(chǎn)企業(yè)在當(dāng)前困境下解決生產(chǎn)設(shè)備需求與資金短缺問(wèn)題的有效途徑。同時(shí)，開(kāi)展再制造關(guān)鍵技術(shù)研發(fā)，拓展煤礦裝備再制造業(yè)務(wù)，也成為煤機(jī)研發(fā)制造企業(yè)增強(qiáng)企業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力的一種方式。

4、焊接技術(shù)是整個(gè)煤礦用液壓支架制造中最為主要的加工工藝。由于液壓支架結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，所以其焊接工作量較大，焊接工作質(zhì)量的高低直接決定了液壓支架制造的質(zhì)量，也會(huì)對(duì)工程安全產(chǎn)生較大的影響。影響焊接質(zhì)量最主要的因素就是焊接材料。液壓支架焊接后，首先是要求焊縫金屬在焊接狀態(tài)下要有接近母材的力學(xué)性能，這樣有利于提高接頭的綜合性能。其次是焊接材料的選擇采取“等強(qiáng)”原則與“低1～2級(jí)”的原則相結(jié)合，保證焊縫塑韌性。因此選擇焊接材料時(shí)一定要保證焊縫的強(qiáng)度、韌性和塑性等性能綜合符合設(shè)計(jì)要求。按“等強(qiáng)”原則選擇焊接材料是焊接材料選擇的首要原則，這樣才能有助于確保液壓支架由較高的焊接穩(wěn)定性，確保實(shí)際生產(chǎn)中得以使用。

5、中國(guó)專利申請(qǐng)cn116921919a公開(kāi)了一種煤機(jī)焊接用鋁青銅系合金焊絲及其制備方法，該焊絲強(qiáng)度和耐腐蝕性不足，無(wú)法適應(yīng)高強(qiáng)度要求、高腐蝕性的使用環(huán)境。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、為了解決上述現(xiàn)有技術(shù)的問(wèn)題，本發(fā)明提供一種錳鎳鋁青銅系合金焊絲及其制備方法和應(yīng)用，所述焊絲強(qiáng)度和耐腐蝕性更高，能延長(zhǎng)液壓支架的使用壽命。

2、本發(fā)明通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：

3、一種錳鎳鋁青銅系合金焊絲，按照質(zhì)量百分比計(jì)，其組分包括：7％～15％的al，0.5％～2.5％的fe，0.1％～0.3％的si，2％～6.5％的ni，5％～15％的mn，0.5％～3.5％的sn，0.03％～0.07％的mg，余量為cu。

4、所述的錳鎳鋁青銅系合金焊絲的制備方法，包括：

5、步驟1：根據(jù)各元素的配比進(jìn)行配料并真空熔煉，澆注成棒材坯料，棒材坯料在400～650℃下進(jìn)行成分均勻化處置；

6、步驟2：通過(guò)熱軋、車削、冷旋鍛將步驟1得到的棒材坯料加工成銅合金棒材；

7、步驟3：將銅合金棒材進(jìn)行正向熱擠壓變形；

8、步驟4：將步驟3得到的銅合金棒材進(jìn)行固溶淬火；

9、步驟5：將步驟4得到的銅合金棒材進(jìn)行連續(xù)變徑冷拉拔變形，得到焊絲；

10、步驟6：將步驟5得到的焊絲進(jìn)行時(shí)效處理，得到錳鎳鋁青銅系合金焊絲。

11、優(yōu)選的，步驟1中所述根據(jù)各元素的配比進(jìn)行配料并真空熔煉具體為：制備cual、cufe、nisi、cumn和cumg中間合金，將cual、cufe、nisi、cumn和cumg中間合金及金屬銅和錫進(jìn)行配料和真空熔煉。

12、優(yōu)選的，步驟1中真空熔煉所得熔液在靜置過(guò)程中加入(0.05～0.3)wt.％ce并攪拌，然后澆鑄成棒材坯料。

13、優(yōu)選的，步驟2中，熱軋溫度為850～950℃。

14、優(yōu)選的，步驟3具體為：將銅合金棒材加熱到850～1000℃，保溫0.5～1h后進(jìn)行正向熱擠壓變形。

15、優(yōu)選的，步驟4具體為：將銅合金棒材加熱到900～1000℃，保溫0.5～1h后在水中固溶淬火。

16、優(yōu)選的，步驟5中，在連續(xù)變徑冷拉拔的過(guò)程中間進(jìn)行退火和磨拋，退火溫度為750～900℃。

17、優(yōu)選的，步驟6中，時(shí)效處理溫度為400～550℃。

18、本發(fā)明還提供所述的錳鎳鋁青銅系合金焊絲在煤機(jī)焊接中的應(yīng)用。

19、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下的有益效果：

20、本發(fā)明設(shè)計(jì)了一種錳鎳鋁青銅系合金焊絲cu-al-fe-si-ni-mn-sn-mg，增加了sn元素，并增加了ni和mn的添加量，三者協(xié)同作用增強(qiáng)了焊絲的強(qiáng)度和耐腐蝕性能。本發(fā)明合金的主要強(qiáng)化方式是cu與al、ni、sn和si形成析出強(qiáng)化相，使得合金焊絲強(qiáng)度高、耐磨性強(qiáng)、耐腐蝕性能強(qiáng)，很適合于耐腐蝕性要求很高的鑄鐵、非合金鋼和低合金鋼上的加層焊，能延長(zhǎng)液壓支架在更為苛刻的環(huán)境中的使用壽命。

21、本發(fā)明焊絲制備方法，通過(guò)擠壓拉拔單向變形后，cu與al、ni、sn和si形成的強(qiáng)化相細(xì)化后強(qiáng)化效果明顯，強(qiáng)度較大提升，接近母材，而且能夠有效改善液壓支架長(zhǎng)期使用過(guò)程中焊縫溫升問(wèn)題，而且該合金焊縫耐酸堿腐蝕性能較好，能很好滿足液壓支架苛刻環(huán)境下的穩(wěn)定使用要求。

技術(shù)特征：

1.一種錳鎳鋁青銅系合金焊絲，其特征在于，按照質(zhì)量百分比計(jì)，其組分包括：7％～15％的al，0.5％～2.5％的fe，0.1％～0.3％的si，2％～6.5％的ni，5％～15％的mn，0.5％～3.5％的sn，0.03％～0.07％的mg，余量為cu。

2.權(quán)利要求1所述的錳鎳鋁青銅系合金焊絲的制備方法，其特征在于，包括：

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的錳鎳鋁青銅系合金焊絲的制備方法，其特征在于，步驟1中所述根據(jù)各元素的配比進(jìn)行配料并真空熔煉具體為：制備cual、cufe、nisi、cumn和cumg中間合金，將cual、cufe、nisi、cumn和cumg中間合金及金屬銅和錫進(jìn)行配料和真空熔煉。

4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的錳鎳鋁青銅系合金焊絲的制備方法，其特征在于，步驟1中真空熔煉所得熔液在靜置過(guò)程中加入(0.05～0.3)wt.％ce并攪拌，然后澆鑄成棒材坯料。

5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的錳鎳鋁青銅系合金焊絲的制備方法，其特征在于，步驟2中，熱軋溫度為850～950℃。

6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的錳鎳鋁青銅系合金焊絲的制備方法，其特征在于，步驟3具體為：將銅合金棒材加熱到850～1000℃，保溫0.5～1h后進(jìn)行正向熱擠壓變形。

7.根據(jù)權(quán)利要求2所述的錳鎳鋁青銅系合金焊絲的制備方法，其特征在于，步驟4具體為：將銅合金棒材加熱到900～1000℃，保溫0.5～1h后在水中固溶淬火。

8.根據(jù)權(quán)利要求2所述的錳鎳鋁青銅系合金焊絲的制備方法，其特征在于，步驟5中，在連續(xù)變徑冷拉拔的過(guò)程中間進(jìn)行退火和磨拋，退火溫度為750～900℃。

9.根據(jù)權(quán)利要求2所述的錳鎳鋁青銅系合金焊絲的制備方法，其特征在于，步驟6中，時(shí)效處理溫度為400～550℃。

10.權(quán)利要求1所述的錳鎳鋁青銅系合金焊絲在煤機(jī)焊接中的應(yīng)用。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明提供一種錳鎳鋁青銅系合金焊絲及其制備方法和應(yīng)用，所述錳鎳鋁青銅系合金焊絲，按照質(zhì)量百分比計(jì)，其組分包括：7％～15％的Al，0.5％～2.5％的Fe，0.1％～0.3％的Si，2％～6.5％的Ni，5％～15％的Mn，0.5％～3.5％的Sn，0.03％～0.07％的Mg，余量為Cu。所述焊絲強(qiáng)度和耐腐蝕性更高，能延長(zhǎng)液壓支架的使用壽命。

技術(shù)研發(fā)人員：李小陽(yáng),南福東,張兆瑞,馬興贊,張昌,劉琦,羅志濤
受保護(hù)的技術(shù)使用者：陜西陜煤?jiǎn)⑦h(yuǎn)科技有限公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/10/21