專利名稱：一種低成本黃銅合金及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種黃銅合金及其制造方法，特別是涉及一種含銅量低、抗應(yīng)力腐蝕性能優(yōu)異，適合于鑄造、鍛造和擠壓的低成本黃銅合金及其制造方法。
背景技術(shù)：
鉛黃銅由于具有優(yōu)良的切削性能、良好的耐腐蝕性能以及較低的成本，已被廣泛應(yīng)用于各種領(lǐng)域，如電子電器接插件、儀表零件、飲用水系統(tǒng)的水管、水龍頭、閥門(mén)、管接頭以及汽車(chē)、消防上使用的零部件。目前市場(chǎng)上常用的有鉛銅為ZCU&140P132和C36000，用此類鉛黃銅砂鑄成型的閥門(mén)本體，裝配成閥門(mén)后，因不便退火消除裝配應(yīng)力，在14%濃度氨水中氨熏8小時(shí)進(jìn)行抗應(yīng)力腐蝕性能測(cè)試時(shí)會(huì)出現(xiàn)不同程度的開(kāi)裂。目前ZCU&140P132和C36000合金的銅含量均在59wt %左右，成本相對(duì)仍較高，因此，進(jìn)一步降低原材料成本，開(kāi)發(fā)出含銅量更低，抗應(yīng)力腐蝕性能更優(yōu)異、切削性能更好的黃銅合金為市場(chǎng)所需。現(xiàn)有資料表明黃銅中銅含量太低，合金的延伸率急劇下降，且由于合金中鋅含量相對(duì)提高，合金的抗脫鋅腐蝕和抗應(yīng)力腐蝕性能將變差。

發(fā)明內(nèi)容
為了克服以上缺陷，本發(fā)明提供一種成本低廉、耐腐蝕性能優(yōu)異的黃銅合金及其制造方法。本發(fā)明的一個(gè)目的在于，提供一種低成本、抗應(yīng)力腐蝕性能優(yōu)異、切削性能優(yōu)異、 成本較低、鑄造性能、冷熱成型性能優(yōu)良的黃銅合金，特別是提供一種適合于鑄造、鍛造和擠壓的耐蝕性能優(yōu)異的黃銅合金。本發(fā)明的另一個(gè)目的在于，提供上述黃銅合金的制備方法。根據(jù)本發(fā)明的一方面，本發(fā)明提供一種低成本黃銅合金，該黃銅合金含有 45-59wt % Cu,35-50wt % Zn,0-1. 3wt % Fe,0. 2-0. 9wt % Al,1. 0-4. Owt % Mn, 1. 0-3. 5wt% Pb。黃銅合金中還可含有 0. 001-0. Iwt % 的 P、0_1. Owt % 的 Ni、0_l. Owt % 的Sri、0-0. Iwt %的Si中的一種或一種以上合金元素，或/和以下元素中的一種或一種以上0. 0001-0. Olwt % 的 B，0. 0001-0. 5wt % 的 Ti,0. 0001-0. 5wt % 的稀土元素(RE)，
0.0001-0. Olwt%的 Zr,0. 0001-0. 25wt%^ Ag。優(yōu)選地，所述黃銅合金中!^e的含量為0. 6 1. 3wt%。優(yōu)選地，所述黃銅合金中Al的含量為0. 2 0. 7wt%。優(yōu)選地，所述黃銅合金中Mn的含量為1. 0 3. Owt %，更優(yōu)選含量為
1.0-2. 5wt%。優(yōu)選地，所述黃銅合金中Pb的含量為1. 5 3. Owt %。根據(jù)本發(fā)明的另一方面，本發(fā)明提供一種制造上述低成本黃銅合金的方法，該方法包括配料、熔煉、澆注合金錠、重熔和砂型鑄造，其中所述澆注合金錠的溫度為990 1060°C，所述砂型鑄造的溫度為1000 1060°C。根據(jù)本發(fā)明的又一方面，本發(fā)明提供一種制造上述低成本黃銅合金的方法，該方法包括配料、熔煉、水平連鑄棒、扒皮和加熱鍛造，其中所述水平連鑄的溫度為990 1060°C，所述加熱鍛造的溫度為650 760°C。根據(jù)本發(fā)明的再一方面，本發(fā)明提供一種制造上述低成本黃銅合金的方法，該方法包括配料、熔煉、水平連鑄圓錠、擠壓和加熱鍛造，其中所述水平連鑄的溫度為990 1060°C，所述擠壓的溫度為650 760°C，所述加熱鍛造的溫度為650 760°C。為了更加清楚地說(shuō)明和闡述本發(fā)明的技術(shù)方案，以下將對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的描述為解決目前有鉛黃銅抗應(yīng)力腐蝕性能不足(產(chǎn)品在90 137Nm大扭矩裝配后不便消除裝配應(yīng)力的前提下，無(wú)法通過(guò)14%濃度氨水氨熏8小時(shí)的應(yīng)力腐蝕性能檢測(cè))，并進(jìn)一步降低原材料價(jià)格等問(wèn)題。本發(fā)明提供一種成本較低，抗應(yīng)力腐蝕性能優(yōu)異的黃銅合金，該黃銅合金含有 45-59wt% Cu,35-50wt% Zn, 0-1. 3wt% Fe，0. 2-0. 9wt% Al, 1. 0-4. Owt% Mn, 1. 0-3. 5wt% Pb。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案，本發(fā)明的黃銅合金含有45-59wt% Cu, 35-50% Zn, 0-1. 3wt% Fe，0· 2-0. 9wt% Al, 1. 0-4. Owt% Mn, 1. 0-3. 5wt% Pb，0· 001-0. Iwt%^ P,—禾中或一種以上下列合金元素0. 0001-0. Olwt % ^ Β，0· 0001-0. 5wt % ^ Ti，0· 0001-0. 5wt% 的 RE，0. 0001-0. Olwt%的 Zr，0. 0001-0.Ag。根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施方案，本發(fā)明的黃銅合金含有50-59Wt% Cu,35-50wt% Zn,0-1. 3wt % Fe，0· 2-0. 9wt % Al, 1. 0-4. Owt % Mn, 1. 0-3. 5wt % Pb，0. 001-0. Iwt % P, 0-1. Owt% Sn，0. 0001-0. 01wt% B。根據(jù)本發(fā)明的又一個(gè)實(shí)施方案，本發(fā)明的黃銅合金含有45-55wt% Cu,35-50wt% Zn,0-1. 3wt % Fe，0· 2-0. 9wt % Al, 1. 0-4. Owt % Mn, 1. 0-3. 5wt % Pb，0. 001-0. 05wt % P,0-1. Owt % Sn,0-1. Owt % Ni, 一種或一種以上下列合金元素:0. 0001-0. Olwt % 的 B, 0. 0001-0.Ti，0. 0001-0.RE，0. 0001-0. Olwt %的 Zr，0. 0001-0.Ag。根據(jù)本發(fā)明的再一個(gè)實(shí)施方案，本發(fā)明的黃銅合金含有45-55wt% Cu,35-50wt% Zn，0· 6-1. 3wt % Fe，0· 2-0. 9wt % Al, 1. 0-2. 5wt % Mn, 1. 0-3. 5wt % Pb，0. 001-0. 05wt % P,0-1. Owt % Sn,0-1. Owt % Ni, 一種或一種以上下列合金元素:0. 0001-0. Olwt % 的 B, 0. 0001-0.Ti，0. 0001-0. 5wt % 的 RE，0. 0001-0. Olwt %的 Zr，0. 0001-0.Ag。本發(fā)明通過(guò)添加較高含量的廉價(jià)錳和鐵元素使合金具有良好的力學(xué)性能、優(yōu)異的抗應(yīng)力腐蝕性能及抗脫鋅腐蝕性能，從而相應(yīng)減少銅、錫、鎳等元素的含量，從而達(dá)到降低合金原材料成本的目的。本發(fā)明中的主添加元素錳，其作用主要是利用錳在銅中具有極高固溶度的特性， 可顯著提高合金的力學(xué)性能和抗應(yīng)力腐蝕性能；另外，由于錳的鋅當(dāng)量系數(shù)是0.5，可以擴(kuò)大β相區(qū)，但這種作用不明顯，相反，在銅和其他元素不變的情況下，添加錳元素可以減少鋅的含量，從而降低合金的脫鋅腐蝕傾向。因此，添加適量的元素錳，可以提高合金的耐蝕性，尤其是提高合金的抗應(yīng)力腐蝕性能。因此錳是本發(fā)明合金中極其重要的合金元素，其添加量為1. 0 4. Owt% ο與錳含量為1. 0-2. 5wt%時(shí)的合金相比，錳含量為2. 5-4. Owt%^ 合金的力學(xué)性能和切削性能差異不大，但合金的鑄造成型性能較前者稍差，當(dāng)錳含量超過(guò) 4. 時(shí)，易氧化造渣，降低合金的流動(dòng)性能和塑性，對(duì)合金的切削性能也不利。添加鐵可用于細(xì)化晶粒，且當(dāng)鐵與鋁和/或錫和/或錳元素同時(shí)加入時(shí)，將在合金內(nèi)形成大量的均勻分布的鋁錳鐵等化合物，有助于提高合金的力學(xué)性能和耐腐蝕性能，尤其是抗應(yīng)力腐蝕性能，鐵含量控制在0-1. 3wt%范圍內(nèi)為宜。鐵含量低于0.2wt%時(shí)，鐵的添加僅有細(xì)化晶粒的作用，對(duì)提高合金的強(qiáng)度和抗應(yīng)力腐蝕性能作用不明顯，隨著鐵含量的增加，合金的強(qiáng)度和抗應(yīng)力腐蝕性能隨之提高，當(dāng)鐵含量為0. 6wt%以內(nèi)時(shí)，其性能可滿足本發(fā)明合金的要求，但其效果不如鐵含量為0. 6-1. 3wt%。當(dāng)鐵含量大于1. 3wt%，尤其是大于1.5wt%時(shí)，將在合金中形成大量富鐵相，甚至產(chǎn)生富鐵偏析，降低合金的耐蝕性和塑性。鋁可在銅合金表面形成致密的保護(hù)膜，從而改善銅合金的耐腐蝕性能，鋁還可以通過(guò)固溶強(qiáng)化以及與錳、鐵相互作用提高合金的力學(xué)性能，并進(jìn)一步改善合金的耐蝕性能。此外，鋁具有脫氧作用，可提高合金流動(dòng)性，有利于鑄件的成型。添加鋁含量最高為 0. 9wt%,過(guò)高的鋁易氧化生渣，反而降低合金的流動(dòng)性，不利于鑄件或鑄錠的成型，且影響鑄件或鑄錠質(zhì)量。鉛的添加主要是用于保證合金的切削加工性能，其含量控制在1. 5-3. 5wt%，鉛含量大于3. 5wt%，不會(huì)進(jìn)一步改善合金的切削性能，反而會(huì)使合金的力學(xué)性能下降。添加磷是為了脫氧，改善合金的鑄造性能，其含量控制在0.001-0. 為宜，更高的含量將降低力學(xué)性能。添加鎳是為了改善合金的韌性、抗脫鋅腐蝕性能和抗應(yīng)力腐蝕性能。其含量為 0-1. Owt %，更高的鎳含量，會(huì)增加原材料成本。錫的添加是為了進(jìn)一步改善合金的抗應(yīng)力腐蝕和抗脫鋅腐蝕性能；錫含量控制在 0 1.0wt%范圍內(nèi)為宜，更高的錫含量，會(huì)增加原材料成本，降低合金的鍛造成型性能和力學(xué)性能。本發(fā)明合金中硅作為雜質(zhì)，其含量控制在0. 以內(nèi)，當(dāng)硅含量超過(guò)此范圍時(shí)， 硅易與鐵、錳形成鐵-錳硅化合物，這種金屬間化合物的存在使合金具有很好的耐磨性，但降低了合金的塑性和切削性能。本發(fā)明提供了制造上述黃銅合金的方法，該方法包括配料、熔煉、澆注合金錠、 重熔和砂型鑄造，其中所述澆注合金錠的溫度為990 1060°C，所述砂型鑄造的溫度為 1000 1060 。本發(fā)明提供了另一種制造上述黃銅合金的方法，該方法包括配料、熔煉、水平連鑄棒、扒皮和加熱鍛造，其中所述水平連鑄的溫度為990 1060°C，所述加熱鍛造的溫度為 650 760O。本發(fā)明提供了又一種制造上述黃銅合金的方法，該方法包括配料、熔煉、水平連鑄圓錠、擠壓和加熱鍛造，其中所述水平連鑄的溫度為990 1060°C，所述擠壓的溫度為 650 760°C，所述加熱鍛造的溫度為650 760°C。本發(fā)明制造上述黃銅合金的工藝流程圖如圖1所示。
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本發(fā)明的黃銅合金與現(xiàn)有技術(shù)相比，至少具有以下有益效果本發(fā)明的黃銅合金具有優(yōu)異的耐蝕性能，特別是抗應(yīng)力腐蝕性能，在不退火消除裝配應(yīng)力的情況下，在遠(yuǎn)高于國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的氨熏條件下濃度14%濃度氨水環(huán)境中，氨熏8小時(shí)無(wú)明顯應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂現(xiàn)象；本發(fā)明合金具有優(yōu)良的使用性能(耐蝕性能、力學(xué)性能等)和工藝性能(鑄造性能、冷熱成型性能、切削性能、焊接性能等)，適用于需切削加工和磨削加工成型的零部件， 尤其適用于裝配應(yīng)力不便消除的鍛件和鑄件，如水龍頭和閥門(mén)等。此外，本發(fā)明合金為有鉛銅合金，與無(wú)鉛銅合金的區(qū)別為本發(fā)明合金中添加了較高含量的鉛，而無(wú)鉛銅中不添加鉛或鉛含量低于0.2wt%。本發(fā)明合金中添加鉛是為了達(dá)到易切削的效果，無(wú)鉛銅合金中若不含鉛但想達(dá)到易切削的效果，必須添加易切削元素，如 Bi、Te、Se等元素，且無(wú)鉛銅合金中雖然添加了此類易切削元素，但其切削性能仍不如有鉛銅，目前尚無(wú)無(wú)鉛銅合金的切削性能可與有鉛銅〔36000等同，且財(cái)、1^、％等均為價(jià)格非常昂貴的金屬，因此，如果在本合金的基礎(chǔ)上，添加普通的無(wú)鉛易切削元素代替鉛元素，這將不能達(dá)到本發(fā)明的低成本的原則。


圖1是制造本發(fā)明的黃銅合金的工藝流程圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的描述。實(shí)施例本發(fā)明的黃銅合金成分及用作對(duì)比研究的合金成分列于表1，其中，合金1、合金 2、合金5用于水平連鑄錠擠壓成棒材后熱鍛成型，制備工藝如圖1所示，配料、熔煉、水平連鑄圓錠、擠壓和加熱鍛造，其中所述水平連鑄的溫度為990 1060°C，所述擠壓的溫度為 650 760°C，所述加熱鍛造的溫度為650 760°C。合金3-4用于水平連鑄棒熱鍛成型，制備工藝如圖1所示，配料、熔煉、水平連鑄棒、扒皮和加熱鍛造，其中所述水平連鑄的溫度為990 1060°C，所述加熱鍛造的溫度為 650 760O。合金6-13用于澆注合金錠重熔砂型鑄造，制備工藝如圖1所示，配料、熔煉、澆注合金錠、重熔和砂型鑄造，其中所述澆注合金錠的溫度為990 1060°C，所述砂型鑄造的溫度為 1000 1060°C。合金ZCuZn40Pb2、C36000 為對(duì)比合金。表1本發(fā)明的合金及對(duì)比合金成分(wt % )
權(quán)利要求
1.一種低成本黃銅合金，該黃銅合金含有45-59wt% Cu,35-50wt% Zn, 0-1. 3wt% Fe， 0. 2-0. 9wt% Al, 1. 0-4. Owt% Mn, 1. 0-3. 5wt% Pb，余量為不可避免的雜質(zhì)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的低成本黃銅合金，其特征在于，所述黃銅合金中含有 0. 001-0. Iwt^ P。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的低成本黃銅合金，其特征在于，所述黃銅合金中含有 0-1. Owt %的Ni ；優(yōu)選地，所述黃銅合金中含有0-1. Owt %的Sn ；更優(yōu)選地，所述黃銅合金中含有 0-0. Iwt%的 Si。
4.根據(jù)權(quán)利要求1至3中任一項(xiàng)所述的低成本黃銅合金，其特征在于，所述黃銅合金中含有一種或一種以上下列合金元素0. 0001-0. Olwt %的B，0. 0001-0. 5wt %的Ti， 0. 0001-0. 5wt% 的稀土元素，0. 0001-0. Olwt%的 Zr,0. 0001-0. 25wt%^ Ago
5.根據(jù)權(quán)利要求1至4中任一項(xiàng)所述的低成本黃銅合金，其特征在于，所述黃銅合金中 Fe的含量為0. 6 1. 3wt%。
6.根據(jù)權(quán)利要求1至5中任一項(xiàng)所述的低成本黃銅合金，其特征在于，所述黃銅合金中 Al的含量為0. 2 0. 7wt%。
7.根據(jù)權(quán)利要求1至6中任一項(xiàng)所述的低成本黃銅合金，其特征在于，所述黃銅合金中 Mn的含量?jī)?yōu)選為1. 0 3. Owt %，更優(yōu)選含量為1. 0-2. 5wt%0
8.根據(jù)權(quán)利要求1至7中任一項(xiàng)所述的低成本黃銅合金，其特征在于，所述黃銅合金中 Pb的含量為1. 5 3. Owt %。
9.一種制造權(quán)利要求1至8中任一項(xiàng)所述的低成本黃銅合金的方法，該方法包括配料、熔煉、澆注合金錠、重熔和砂型鑄造，其中所述合金錠的澆注溫度為990 1060°C，所述砂型鑄造的溫度為1000 1060°C。
10.一種制造權(quán)利要求1至8中任一項(xiàng)所述的低成本黃銅合金的方法，該方法包括配料、熔煉、水平連鑄棒、扒皮和加熱鍛造，其中所述水平連鑄的溫度為990 1060°C，所述加熱鍛造的溫度為650 760°C。
11.一種制造權(quán)利要求1至8中任一項(xiàng)所述的低成本黃銅合金的方法，該方法包括配料、熔煉、水平連鑄圓錠、擠壓和加熱鍛造，其中所述水平連鑄的溫度為990 1060°C，所述擠壓的溫度為650 760°C，所述加熱鍛造的溫度為650 760°C。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種低成本黃銅合金及其制造方法，本發(fā)明的黃銅合金含有45-59wt％Cu，35-50wt％Zn，0-1.3wt％Fe，0.2-0.9wt％Al，1.0-4.0wt％Mn，1.0-3.5wt％Pb，余量為不可避免的雜質(zhì)。本發(fā)明的黃銅合金具有優(yōu)異的切削性能、鑄造性能、抗應(yīng)力腐蝕性能，良好的鍛造性能和抗脫鋅腐蝕性能，適用于需切削加工和磨削加工成型的零部件，尤其適用于裝配應(yīng)力不便消除的鍛件和鑄件，如水龍頭和閥門(mén)等。該合金具有比普通鉛黃銅C36000更好的抗應(yīng)力腐蝕性能和更低的原料成本。
文檔編號(hào)C22C9/04GK102443716SQ20111030361
公開(kāi)日2012年5月9日 申請(qǐng)日期2011年9月30日 優(yōu)先權(quán)日2010年9月30日
發(fā)明者章四琪, 胡振青, 許傳凱, 龍佳 申請(qǐng)人:路達(dá)(廈門(mén))工業(yè)有限公司