專利名稱：高強度軟釬料鉛基合金的制作方法
技術領域：
本發明涉及鉛基合金，特別涉及高強度軟釬焊用鉛基合金，用于釬焊銅及其合金，鋼、不銹鋼等母材，特別用于中、大噸位汽車起重機鋼絲繩的釬焊。
近年來，日本、德國等國家在中、大噸位汽車起重機上廣泛采用了鋼絲繩接頭釬焊技術。為增強釬焊接頭的強度，大多數廠家采用硬釬焊，因為硬釬焊(釬料熔化溫度在450℃以上)比軟釬焊(釬料熔化溫度在450℃以下)得到較高的接頭強度。硬釬焊的缺點是釬焊溫度太高，容易引起結晶晶粒粗大。于是應用了軟釬焊，而軟釬焊的接頭強度又低(σb＝～70MPa，τb＝～50MPa)，不能焊接中、大噸位汽車起重機上的鋼絲繩。聯邦德國發明的高強度軟釬料(DIN3092-72標準，其成分(重量％)為Sn9～11，Sb9～11，Cd1.7～2.5，Cu0.3～0.7，As0.3～0.7，Pb余量)可釬焊中、大噸位汽車起重機的鋼絲繩，但該釬料含有有毒元素Cd和As，會損壞人體健康和污染環境。日本公開特許平3-204194公開了一種熱疲勞性能優良的鉛錫基合金，其主要成分為(重量％)Sn1～60，Sb0.01～10，Pb余量；另外，在上述合金成分基礎上，還可添加Cu，Ni，Au，Ag，Pt，Pd，Mg，Ca，Li，La，Ce，Cd，Co，Cr，Fe，Mn，Se，Te，Zr元素中之一種或多種，含量0.07～7％。但是，該釬料主要是改善合金的耐熱疲勞和抗蠕變性能，沒有釬料的熔化溫度、工作溫度和抗拉強度等數據，而且，該釬料主要用于電子元件焊接。
本發明的目的在于克服現有技術存在的上述缺點，提出一種不含有毒元素Cd和As的低熔化溫度(240～254℃)、高強度(σb≥245MPa，τb≥190MPa)的鉛基合金軟釬料，用于中、大噸位汽車起重機的鋼絲繩的釬焊。
本發明的技術方案是，改變合金成分。本發明的特征是合金成分(重量％)為Sn8～15.5，Sb11～16，Cu0.5～2.5，Ag0.5～2，P或Re0.01～0.5，Pb余量。
在工程技術中，強度指標(如σb，τ b)代表著金屬材料對一定變形過程的抵抗能力。因此，一切增大金屬晶體變形抗力的因素均可使材料的強度升高。在本發明鉛基合金中加入Sn，既能生成金屬互化物SnSb硬質點，Sn又能溶于Pb中，增大金屬晶體變形抗力，使基體強化，從而提高合金的硬度和耐磨性；同時，加入錫后也能提高釬料的耐蝕性和改善合金對鋼的粘合能力。如錫含量小于8％，生成的金屬互化物少，不能達到預定的效果；如錫含量大于15.5％，則釬料強度降低。加入合金元素Sb，可以降低釬料的表面張力，提高釬料的強度和抗蠕變性能。如果Sb含量小于11％，金屬晶體變形抗力降低；如Sb含量高于16％，則將生成β′-SnSb相，其比重低于基體金屬Pb的比重，產生比重偏析，使釬料脆化，潤濕性及耐蝕性降低。在合金中添加0.5～2.5％的Cu，容易和Sn形成白色針狀物(或星狀物)Cu6Sn5，防止SnSb上浮，減少釬料合金的偏析，增大抗蠕變能力，從而提高釬料的硬度。如果Cu含量小于0.5％，生成Cu6Sn5量少，硬度低；如果Cu含量大于2.5％，則生成的Cu6Sn5量過多，導至釬料的流動性降低，焊接性能差，熔點升高，釬料脆化。在合金中加入0.5～2％的Ag，能改善加工性和塑性，提高釬料的抗拉強度，耐蝕性和潤濕性，降低釬料熔點，減少表面氧化。如果Ag的含量小于0.5％，不能達到預定效果；如果Ag含量大于2％，則釬料成本升高，難于廣泛應用、推廣。在本發明合金中加入元素P或Re，可提高釬料的抗氧化能力及流動性，使加工表面光滑；Re還可同Sn生成金屬互化物，可以在基體中起到固溶強化作用和細化晶粒的作用。如果P或Re的含量小于0.01％，達不到預定效果；如果P或Re含量大于0.5％則增強Sn在銅晶界上的偏聚程度，使釬料脆化，難以加工。
同現有技術相比，本發明有如下優點1.不合有毒元素Cd和As，改善了生產氣氛，降低了環境污染；2.本發明合金熔化溫度低(240～254℃)、強度高(σb≥245MPa，τb≥190MPa)。
圖1為用本發明釬料釬接一鋼絲繩的接頭形式示意圖。圖中(1)為鋼絲繩，(2)為接頭套，(3)為本發明的軟釬料。
實施例1-6按表1所示成分將各合金元素混合，按一般冶金方法熔鑄成(15～22)×(15～20)×320mm的焊條，然后測量其固/液相線、密度和力學性能(硬度HV，抗拉強度σb，抗剪強度τb)，并和德國DIN3029-79標準的釬料性能相比較，其結果見表2。從表2可見，本發明釬料同德國釬料的主要性能接近，而抗剪強度優于德國釬料。
用本發明的實施例2的釬料在湖南某重型機械總廠釬接6T(29)＋7×7-15.0鋼絲繩一根，40Cr接頭套二只，接頭形式如圖1所示。在30噸拉伸機上，不同溫度下鋼絲繩的最大破斷力分別為135kN(+80℃)，142kN(-160℃)，588kN(室溫)；實驗結果，鋼絲繩被拉斷，斷裂位置離焊接接頭的距離分別為89-100mm，200-250mm，150-250mm，接頭套和釬焊合金沒有發現破壞現象。這些實驗接果表明，本發明的釬料完全可以滿足中、大噸位汽車起重機鋼絲繩的釬焊需要。
表1合金成分 重量％試樣編號SnSbCuAgPRePb實施例1 8.00 11.00 1.2 2.00.1 余量實施例2 12.0 11.0 1.0 0.50.01 余量實施例3 15.5 16.0 2.5 1.75 0.3 余量實施例4 14.0 13.0 0.5 1.00.02 余量實施例5 9.0 11.5 1.5 1.30.08 余量實施例6 13.0 14.0 2.0 0.70.5 余量表2固相線 液相線 密度硬度σbτb試樣編號 (℃) (℃) (g/cm3) HV (MPa) (MPa)實施例1246 252 9.76 290 245194實施例2244 250 9.78 295 247196實施例3240 249 9.80 291 246190實施例4248 254 9.00 292 241193實施例5241 251 9.77 293 246195實施例6245 253 9.73 290 242192DIN3029-79 240 248.7 9.89 320 250160標準
權利要求
1.一種高強度軟釬料鉛基合金，其特征是合金成分(重量％)為Sn8～15.5，Sb11～16，Cu0.5～2.5，Ag0.5～2.0，P或Re0.01～0.5，Pb余量。
全文摘要
一種高強度軟釬料鉛基合金，其特征是合金成分(重量％)為Sn8～15.5，Sb11～16，Cu0.5～2.5，Ag0.5～2.0，P或Re0.01～0.5，Pb余量。本發明合金具有熔化溫度低(240～254℃)、強度高(σb≥245MPa，τb≥190MPa)的優點，且不含有毒元素Cd和As。本發明合金適用于中、大噸位汽車起重機鋼絲繩的釬焊。
文檔編號C22C11/06GK1120595SQ95105290
公開日1996年4月17日 申請日期1995年5月16日 優先權日1995年5月16日
發明者李志平 申請人:中國有色金屬工業總公司昆明貴金屬研究所