权利要求
1.一种钛青
铜冷却辊辊套的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、配料：选用钛青铜材料，按照重量百分比计，所述钛青铜材料的制备原料包括以下组分：Ti 2.8-3.2wt%，余量为Cu;
S2、真空熔铸：将所述钛青铜材料的制备原料放入真空熔炼炉内进行真空熔铸，得到钛青铜铸锭;
S3、热锻造：将钛青铜铸锭进行镦粗与拔长工艺，得到钛青铜套铸坯;
S4、冲孔与扩孔：将钛青铜套铸坯进行冲孔与扩孔，得到钛青铜环;
S5、热环轧：将钛青铜环作为热环轧毛坯进行热环轧，加热温度为750-900℃，热环轧道次为2-3道次,得到钛青铜套毛坯;
S6、固溶热处理：将钛青铜套毛坯进行固溶热处理，温度为700-850℃，保温时间1-2h;
S7、冷锻造：将固溶热处理后的钛青铜套毛坯进行冷锻;
S8、时效热处理：将冷锻后的钛青铜套毛坯进行时效热处理，时效热处理温度为450-550℃，时效热处理时间为6-10小时。
2.根据权利要求1所述的钛青铜冷却辊辊套的制备方法，其特征在于，步骤S2中，将所述钛青铜材料的制备原料放入真空熔炼炉内后，升温至1150-1300℃直至炉料全部熔清，抽真空10-30min，充入氮气破真空，得到铜水。
3.根据权利要求2所述的钛青铜冷却辊辊套的制备方法，其特征在于，步骤S2中，将所述铜水浇铸到模具中，控制浇铸温度为1100-1200℃。
4.根据权利要求1所述的钛青铜冷却辊辊套的制备方法，其特征在于，步骤S3中，将钛青铜铸锭去除冒口锭后进行保温加热，控制保温温度为750-900℃，保温时间2-5h。
5.根据权利要求4所述的钛青铜冷却辊辊套的制备方法，其特征在于，步骤S3中，所述镦粗与拔长工艺包括两次镦粗与两次拔长。
6.根据权利要求1所述的钛青铜冷却辊辊套的制备方法，其特征在于，步骤S7中，控制冷锻变形量为15%-20%。
7.根据权利要求1所述的钛青铜冷却辊辊套的制备方法，其特征在于，步骤S8之后还包括步骤S9：将时效热处理后的钛青铜套毛坯机械加工，得到钛青铜冷却辊辊套。
8.根据权利要求1所述的钛青铜冷却辊辊套的制备方法，其特征在于，步骤S4中，采用压机对所述钛青铜套铸坯的中心进行冲孔，冲孔后的孔径为所述钛青铜套铸坯的1/3;所述扩孔包括以下工艺：将经过冲孔后的钛青铜套铸坯套设于芯棒上，对钛青铜套铸坯的侧壁进行锻打，扩孔后的孔径为冲孔后的孔径的4倍。
9.一种钛青铜冷却辊辊套，其特征在于，采用权利要求1至8中任一项所述的钛青铜冷却辊辊套的制备方法制备得到。
说明书
技术领域
[0001]本发明涉及
铜合金材料技术领域，特别涉及一种钛青铜冷却辊辊套及其制备方法。
背景技术
[0002]非晶、纳米晶带材在现代工业中具有重要应用价值，其制备常采用平面流铸带技术。该技术的具体过程为：将熔融的高温合金熔液通过带有狭缝的喷嘴浇铸到高速旋转的冷却辊辊套圆周表面，利用冷却辊实现快速冷却，从而形成非晶或纳米晶带材。
[0003]为满足制备工艺中快速冷却的要求，冷却辊辊套通常采用热导率较高的铜合金制作。然而，冷却辊辊套在实际使用过程中面临诸多问题。冷却辊辊套在使用 1 - 2 次之后，其表面会发生高温热腐蚀，需要进行车削处理后才能再次使用。随着使用次数的增加，冷却辊辊套的壁厚会逐渐减薄，当壁厚由起初的 50 - 80 ㎜车削到 20 - 30 ㎜后便不再使用。为保证非晶带产品的质量，冷却辊辊套由里到外不能存在微小缩孔、针孔、夹灰、裂纹等缺陷，而要实现这一技术指标具有较大难度。
[0004]目前，应用于非晶、纳米晶带材生产中的冷却辊辊套材料主要有铬锆铜和铍铜两种。例如，专利 CN102485377B 通过熔铸、锻造、高温固溶热处理、冷加工、时效热处理、机械加工等一系列工艺制备出铬锆铜冷却辊，最终产品硬度为 139HB、导电率为 82%IACS。但铬锆铜热承受能力较低，通常仅能应用于制备非晶窄带材、纳米晶带材和小批量宽带材的冷却辊辊套。
[0005]铍铜相较于铬锆铜，强度更高，在周期性热应力条件下抗裂纹能力强，热承受能力也较高。它不仅适用于非晶窄带、纳米晶带材和小批量宽带材的制备，还可用于制备大批量非晶宽带材的冷却辊辊套。铍铜具有高强度、高硬度、优良的导热性和耐磨性等优异特性。然而，该合金含有贵重金属铍，导致合金生产成本较高。
[0006]综上所述，现有的铬锆铜和铍铜冷却辊辊套材料在性能和成本方面均存在一定的局限性，无法完全满足非晶/纳米晶带材生产的需求。因此，开发一种新型的冷却辊辊套材料具有重要的现实意义。本发明旨在提供一种钛青铜合金材料冷却辊辊套，该合金材料具有较高的硬度，适合作为冷却辊辊套的材料，有望满足后续生产过程中的性能需求。
发明内容
[0007]为了解决现有技术中存在的上述技术问题，本发明提供了一种钛青铜冷却辊辊套及其制备方法。
[0008]本发明解决上述技术问题的技术方案如下：
本发明的第一方面在于提供一种钛青铜冷却辊辊套的制备方法，包括以下步骤：
S1、配料：选用钛青铜材料，按照重量百分比计，所述钛青铜材料的制备原料包括以下组分：Ti 2.8-3.2wt%，余量为Cu;
S2、真空熔铸：将所述钛青铜材料的制备原料放入真空熔炼炉内进行真空熔铸，得到钛青铜铸锭;
S3、热锻造：将钛青铜铸锭进行镦粗与拔长工艺，得到钛青铜套铸坯;
S4、冲孔与扩孔：将钛青铜套铸坯进行冲孔与扩孔，得到钛青铜环;
S5、热环轧：将钛青铜环作为热环轧毛坯进行热环轧，加热温度为750-900℃，热环轧道次为2-3道次,得到钛青铜套毛坯;
S6、固溶热处理：将钛青铜套毛坯进行固溶热处理，温度为700-850℃，保温时间1-2h;
S7、冷锻造：将固溶热处理后的钛青铜套毛坯进行冷锻;
S8、时效热处理：将冷锻后的钛青铜套毛坯进行时效热处理，时效热处理温度为450-550℃，时效热处理时间为6-10小时。
[0009]本发明提供的钛青铜冷却辊辊套的制备方法，选用特定配比的钛青铜材料，所制得的冷却辊辊套硬度、强度高于铬锆铜冷却辊辊套，且有较好的耐磨性能，同时不含贵重金属，成本降低;同时采用真空熔铸工艺，在熔铸过程中，进行精炼，避免铸锭夹灰和气孔的产生，同时减少杂质含量，降低辊套裂纹的产生。
[0010]在上述技术方案的基础上，本发明还可以作出如下的改进：
进一步，步骤S2中，将所述钛青铜材料的制备原料放入真空熔炼炉内后，升温至1150-1300℃直至炉料全部熔清，抽真空10-30min，充入氮气破真空，得到铜水。
[0011]采用上述进一步技术方案的有益效果在于：在真空条件下进行精炼，精确控制产品成分，同时减少了气孔、夹渣等缺陷。
[0012]进一步，步骤S2中，将所述铜水浇铸到模具中，控制浇铸温度为1100-1200℃。
[0013]进一步，步骤S3中，将钛青铜铸锭去除冒口锭后进行保温加热，控制保温温度为750-900℃，保温时间2-5h。
[0014]进一步，步骤S3中，所述镦粗与拔长工艺包括两次镦粗与两次拔长，先进行一次镦粗，控制一次镦粗的变形量为50%，然后进行一次拔长至原尺寸，再进行二次镦粗，控制二次镦粗的变形量为50%，然后进行二次拔长得到圆锭，所述圆锭的厚度与钛青铜铸锭相同。
[0015]采用上述进一步技术方案的有益效果在于：通过两镦两拔锻造，通过大变形量破碎晶粒可优化其内部组织结构，消除组织不均匀性，提升其导电性和机械性能，充分发挥铜合金高硬度和高耐磨的特性。
[0016]进一步，步骤S6中，控制冷锻变形量为15%-20%。
[0017]采用上述进一步技术方案的有益效果在于：通过控制冷锻变形量，使钛青铜套发生塑性变形，产生加工硬化现象，从而提高零件的强度和硬度，增强其在承受应力和磨损时的表现，更好地满足各种高强度应用的需求。
[0018]进一步，步骤S7之后还包括步骤S8：将时效热处理后的钛青铜套毛坯机械加工，得到钛青铜冷却辊辊套。
[0019]采用上述进一步技术方案的有益效果在于：进行机加工，将钛青铜毛坯表面车掉10-15mm厚的一层，以提高钛青铜冷却辊辊套的表面精度。
[0020]进一步，步骤S4中，采用压机对所述钛青铜套铸坯的中心进行冲孔，冲孔后的孔径为所述钛青铜套铸坯的1/3;所述扩孔包括以下工艺：将经过冲孔后的钛青铜套铸坯套设于芯棒上，对钛青铜套铸坯的侧壁进行锻打，扩孔后的孔径为冲孔后的孔径的4倍。
[0021]本发明的另一方面在于提供一种钛青铜冷却辊辊套，采用上述钛青铜冷却辊辊套的制备方法制备得到。
[0022]与现有技术相比，本发明具有如下技术效果：
本发明提供的钛青铜冷却辊辊套的制备方法，通过选择钛青铜作为制备材料，并通过真空感应熔炼、锻造工艺等制备钛青铜冷却辊辊套，解决了现有技术中铬锆铜强度较低、铍铜含有毒元素Be、且不利于材料回收的技术问题;
通过真空熔炼制备铸坯，减少一定的杂质，确保了成分的稳定性及准确性，同时具有良好的脱气效果，有效提高铸坯质量;然后采用热锻及冷锻相结合，有效提高产品的使用性能;
通过本发明所取得的钛青铜冷却辊辊套的硬度≥290HB，电导率≥17.5%IACS。
附图说明
[0023]图1示出本发明实施例的钛青铜冷却辊的制备方法的工艺流程图。
具体实施方式
[0024]以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭示的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效。虽然本发明的描述将结合较佳实施例一起介绍，但这并不代表此发明的特征仅限于该实施方式。恰恰相反，结合实施方式作发明介绍的目的是为了覆盖基于本发明的权利要求而有可能延伸出的其它选择或改造。为了提供对本发明的深度了解，以下描述中将包含许多具体的细节。本发明也可以不使用这些细节实施。此外，为了避免混乱或模糊本发明的重点，有些具体细节将在描述中被省略。需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
[0025]实施例1
钛青铜冷却辊辊套的制备方法，包括以下步骤：
S1、配料：铜合金冷却辊辊套选用钛青铜材料，按照Ti 2.8wt%，其余为Cu进行配料，Ti元素的加入方式为铜钛中间合金;
S2、真空熔铸：将S1中配料的各金属放入真空熔炼炉中，升温到1250℃直至炉料全部熔清，抽真空30min，充入氮气破真空，将经过真空熔铸精炼后的铜水，浇铸到模具中，控制浇铸温度为1200℃，得到钛青铜铸锭;
S3、热锻造：将真空铸造得到的钛青铜铸锭去除冒口锭底后进行保温加热，通过两镦两拔锻造后，完成冲孔和扩孔，控制锻造保温温度为890℃，保温时间为3h，得到钛青铜套铸坯;
S4、冲孔与扩孔：将钛青铜套铸坯进行冲孔与扩孔，得到钛青铜环，其中，采用压机对所述钛青铜套铸坯的中心进行冲孔，冲孔后的孔径为所述钛青铜套铸坯的1/3;所述扩孔包括以下工艺：将经过冲孔后的钛青铜套铸坯套设于芯棒上，对钛青铜套铸坯的侧壁进行锻打，扩孔后的孔径为冲孔后的孔径的4倍;
S5、热环轧：将钛青铜环作为热环轧毛坯进行热环轧，加热温度为890℃，热环轧道次为2道次,得到钛青铜套毛坯;
S6、固溶热处理：将热环轧后得到的钛青铜套毛坯进行固溶热处理，固溶热处理温度为800℃，保温时间为2h;
S7、冷锻造：对固溶时效后的钛青铜套毛坯进行冷锻造，控制冷锻变形量为20%;
S8、时效热处理：将冷锻造后得到的毛坯进行时效热处理，时效热处理温度为550℃，时效热处理时间为10小时;
S9、机械加工：将时效热处理后的钛青铜毛坯表面车掉15mm厚的一层，得到钛青铜冷却辊辊套成品。
[0026]本实施例制得的钛青铜冷却辊辊套成品的性能数据见表1。
[0027]实施例2
钛青铜冷却辊辊套的制备方法，包括以下步骤：
S1、配料：铜合金冷却辊辊套选用钛青铜材料，按照Ti 3.2wt%，其余为Cu进行配料，Ti元素的加入方式为铜钛中间合金;
S2、真空熔铸：将S1中配料的各金属放入真空熔炼炉中，升温到1150℃直至炉料全部熔清，抽真空10min，充入氮气破真空，将经过真空熔铸精炼后的铜水，浇铸到模具中，控制浇铸温度为1100℃，得到钛青铜铸锭;
S3、热锻造：将真空铸造得到的钛青铜铸锭去除冒口锭底后进行保温加热，通过两镦两拔锻造后，完成冲孔和扩孔，控制锻造保温温度为790℃，保温时间为5h，得到钛青铜套铸坯;
S4、冲孔与扩孔：将钛青铜套铸坯进行冲孔与扩孔，得到钛青铜环，其中，采用压机对所述钛青铜套铸坯的中心进行冲孔，冲孔后的孔径为所述钛青铜套铸坯的1/3;所述扩孔包括以下工艺：将经过冲孔后的钛青铜套铸坯套设于芯棒上，对钛青铜套铸坯的侧壁进行锻打，扩孔后的孔径为冲孔后的孔径的4倍;
S5、热环轧：将钛青铜环作为热环轧毛坯进行热环轧，加热温度为790℃，热环轧道次为3道次,得到钛青铜套毛坯;
S6、固溶热处理：将热环轧后得到的钛青铜套毛坯进行固溶热处理，固溶热处理温度为850℃，保温时间为1h，得到钛青铜环;
S7、冷锻造：对固溶时效后的钛青铜套毛坯进行冷锻造，控制冷锻变形量为15%;
S8、时效热处理：将冷锻造后得到的毛坯进行时效热处理，时效热处理温度为450℃，时效热处理时间为10小时;
S9、机械加工：将时效热处理后的钛青铜毛坯表面车掉10mm厚的一层，得到钛青铜冷却辊辊套成品。
[0028]本实施例制得的钛青铜冷却辊辊套成品的性能数据见表1。
[0029]对比例1
钛青铜冷却辊辊套的制备方法，包括以下步骤：
S1、配料：铜合金冷却辊辊套选用钛青铜材料，按照Ti 2.5wt%，其余为Cu进行配料，Ti元素的加入方式为铜钛中间合金;
S2、真空熔铸：将S1中配料的各金属放入真空熔炼炉中，升温到1250℃直至炉料全部熔清，抽真空30min，充入氮气破真空，将经过真空熔铸精炼后的铜水，浇铸到模具中，控制浇铸温度为1200℃，得到钛青铜铸锭;
S3、热锻造：将真空铸造得到的钛青铜铸锭去除冒口锭底后进行保温加热，通过两镦两拔锻造后，完成冲孔和扩孔，控制锻造保温温度为890℃，保温时间为3h，得到钛青铜套铸坯;
S4、冲孔与扩孔：将钛青铜套铸坯进行冲孔与扩孔，得到钛青铜环，其中，采用压机对所述钛青铜套铸坯的中心进行冲孔，冲孔后的孔径为所述钛青铜套铸坯的1/3;所述扩孔包括以下工艺：将经过冲孔后的钛青铜套铸坯套设于芯棒上，对钛青铜套铸坯的侧壁进行锻打，扩孔后的孔径为冲孔后的孔径的4倍;
S5、热环轧：将钛青铜环作为热环轧毛坯进行热环轧，热环轧时钛青铜套铸坯加热温度为890℃，热环轧道次为2道次,得到钛青铜套毛坯;
S6、固溶热处理：将热环轧后得到的钛青铜套毛坯进行固溶热处理，固溶热处理温度为800℃，保温时间为2h，得到钛青铜环;
S7、冷锻造：对固溶时效后的钛青铜套毛坯进行冷锻造，控制冷锻变形量为20%;
S8、时效热处理：将冷锻造后得到的毛坯进行时效热处理，时效热处理温度为550℃，时效热处理时间为10小时;
S9、机械加工：将时效热处理后的钛青铜毛坯表面车掉15mm厚的一层，得到钛青铜冷却辊辊套成品。
[0030]本对比例制得的钛青铜冷却辊辊套成品的性能数据见表1。
[0031]对比例2
钛青铜冷却辊辊套的制备方法，包括以下步骤：
S1、配料：铜合金冷却辊辊套选用钛青铜材料，按照Ti 2.8wt%，其余为Cu进行配料，Ti元素的加入方式为铜钛中间合金;
S2、真空熔铸：将S1中配料的各金属放入真空熔炼炉中，升温到1100℃直至炉料全部熔清，抽真空30min，充入氮气破真空，将经过真空熔铸精炼后的铜水，浇铸到模具中，控制浇铸温度为1050℃，得到钛青铜铸锭;
S3、热锻造：将真空铸造得到的钛青铜铸锭去除冒口锭底后进行保温加热，通过两锻两拔锻造后，完成冲孔和扩孔，控制锻造保温温度为700℃，保温时间为3h，得到钛青铜套铸坯，由于热锻温度较低，钛青铜铸坯出现裂纹，无法后续生产。
[0032]本实施例制得的钛青铜冷却辊成品的性能数据见表1。
[0033]表1 各实施例与对比例的钛青铜冷却辊的性能数据
[0034]注：表中性能数据为等距离检测端面和外表面的15个点的平均值。
[0035]采用本发明提供的钛青铜冷却辊辊套的制备方法制得的钛青铜冷却辊辊套，硬度≥290HB，电导率≥17.5%IACS。
[0036]以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
说明书附图(1)
声明：
“钛青铜冷却辊辊套及其制备方法” 该技术专利(论文)所有权利归属于技术(论文)所有人。仅供学习研究，如用于商业用途，请联系该技术所有人。
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编辑：北方有色网
来源：烟台万隆真空冶金股份有限公司
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