專利名稱：一種無鉛易切削磷鎂鈣黃銅合金的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種無鉛黃銅，特別是涉及一種適用于供水系統及電子電器零部件的無鉛易切削磷鎂鈣黃銅合金。
背景技術：
含鉛黃銅由于具有一系列優良的特性，已被廣泛應用于飲用水工程、電子電訊、玩具及機械制造等眾多領域。但這類材料在生產過程中容易發生鉛的揮發，在使用過程中容易發生鉛的析出，其進入環境后很難被除去，進而不斷富集，極易對環境和人體健康造成威脅，世界各國均很重視鉛造成的污染和引起的危害，鉛黃銅的使用已被相關法律法規限制或禁止。環保型易切削黃銅的研究已成為世界有色金屬研究的熱點。近年來，國內外對無鉛易切削黃銅進行了大量的研究，主要是以鉍、硅、鎂、銻或石墨替代鉛。以鉍代替鉛的鉍黃銅容易發生鉍以薄膜狀在晶界偏聚，嚴重影響了鉍黃銅的力學性能，但通過添加微量元素(如錫、磷、稀土等)可改變鉍的偏析行為，美國已開發出8種無鉛(或低鉛)的易切削鉍銅合金，日本近年來也申請了多項易切削鉍銅合金專利，并開發出NB系列，但由于鉍資源有限，使得其價格昂貴，故鉍黃銅難以推廣應用。以硅代替鉛的硅黃銅，其切削性能還有待提高，僅為鉛黃銅切削性能的70 80%，并且顯現出刀具磨損較大的缺點；另外，硅黃銅的銅含量高，一般在80wt%以上，其價格比黃銅高出很多。以石墨代替鉛的石墨黃銅的開發，則由于石墨的強度低，比重小，容易上浮，同時其熔點高，很難采用普通熔鑄方法使其熔入黃銅基體中，需要采用離心、攪拌等先進的鑄造技術，這使得生產工藝復雜，導致生產成本大幅增加。肖來榮等進行了以銻代鉛的研究，并取得了一定的成果，但近年來對于銻是否對人體有害也存在不同看法，他們還進行以鎂代替鉛的研究，其研制的鎂黃銅切削性能達到鉛黃銅性能的78. 5%，但他們僅僅在黃銅中添加鎂來改善切削性能，由于鎂黃銅在熔煉過程中容易發生氧化、吸氣等，使得單獨添加鎂來替代鉛的鎂黃銅的熔煉工藝復雜。因此，若能選擇合適的合金元素來替代鉛，同時這些合金元素資源豐富，且對人體和環境無毒，研制出生產工藝簡單，成本低廉且切削性能優良的無鉛黃銅將會產生重大的經濟效益和社會效益。

發明內容
本發明的目的在于克服現有黃銅合金存在的不足之處，特別是鉛對環境的污染問題，通過合理選擇合金元素來替代鉛，并優化成分配比，提供一種不含鉛的，并具有優異切削、耐脫鋅腐蝕、鑄造性能及優良的機械性能的，特別適用于供水系統及電子電器零部件的無鉛易切削磷鎂鈣黃銅合金。本發明的目的可以通過以下技術方案實現—種無鉛易切削磷鎂鈣黃銅合金，其特征在于，該黃銅合金的顯微組織主要包括 α相、β相及沿晶界、相界及晶粒內彌散分布的第二相顆粒，具體組分及其按重量百分比含量分別為鋒35. 0 43. Owt%,￠^0. 28 2. (^{%，鎂0. 2 1. 8wt%，鈣0. 1 1. Owt%, 錫0. 1 0. 8wt %，其他微量元素0. 002 0. 8wt %，余量為銅及總量不大于0. Iwt %的不可避免的雜質；所述其他微量元素為鋁、硅、硼、鈦、鐵、錳、混合稀土中的至少一種。所述黃銅合金組成中銅、鋅、磷、鎂、鈣含量的總和大于95wt%，且其中銅含量小于 62wt%。本發明與現有技術相比，具有以下優點1、本發明無鉛易切削磷鎂鈣黃銅合金具有優異的優異切削、耐脫鋅腐蝕、鑄造性能及優良的機械性能，特別適用于需切削加工成型的零部件，選擇磷、鎂和鈣三種元素共同來替代鉛科學合理，磷、鎂和鈣對環境和人體無害，同時鈣還是營養元素，磷鎂鈣黃銅可完全達到國際環保標準規范的要求，從而在世界有色金屬行業中提供一種環保型易切削黃銅材料。2、本發明選擇添加稀土、鋁、硅、硼、鈦、鐵、錳作為微量元素的作用，一是凈化晶界，細化晶粒，使由銅、鋅、磷、鎂、鈣等組成的金屬間化合物彌散分布在晶界上，提高了合金的塑性，滿足所需要的優異的切削、冷熱成型等性能；二是抑制脫鋅、增強耐腐蝕性能和抗應力腐蝕開裂性能；三是固溶強化，適當提高合金強度。3、本發明采用中頻感應電爐中進行熔煉，并無需制備或購買銅鎂及銅鈣中間合金，無需特殊生產設備，因此降低了生產成本；同時含銅量低，磷、鎂和鈣資源豐富，進而有效地降低了原材料成本，使本發明的無鉛易切削磷鎂鈣黃銅合金具備較強的市場競爭優勢。


圖1為實施例1的切屑整體形貌圖；圖2為實施例1的切屑在切削面上的SEM組織圖；圖3為實施例1的切屑在斷口上的SEM組織圖。
具體實施例方式下面通過實施例及其附圖對本發明作進一步的說明，本發明實施方式不僅限于此。實施例1步驟一配料原料規格重量電解銅99.99%Cu136.54kg電解鋅99.99%Zn100.00kg磷銅中間合金14%P10.71kg電解鎂99.99%Mg0.75kg塊狀純鈣99.97%Ca0.50kg電解錫99.99%Sn1.25kg銅稀土中間合金10%RE0.25kg步驟二 熔煉熔煉主要參數為加鋅前銅液溫度為1025°C，除氣溫度為1030°C。步驟三鑄造采用砂型鑄造進行澆注，銅液出爐溫度為1030°C。實施例1鑄件經金屬分析儀定量檢測分析結果具體組分及其按重量百分比含量分別為Zn 為 39. 99wt%, P 為 0. 58wt%, Mg 為 0. 29wt%, Ca 為 0. 18wt%, Sn 為 0. 5wt%, RE為0. Olwt %，余量為Cu及不可避免的微量雜質。實施例2步驟一配料
原料規格
電解銅99.99%Cu
電解鋅99.99%Zn
磷銅中間合金14%P
電解鎂99.99%Mg
塊狀純鈣99.97%Ca
電解錫99.99%Sn
銅稀土中間合金10%RE
鋁硼中間合金3%B步驟二 熔煉
重量 145.69kg
92.50kg
5.36kg
3.00kg
1.25kg
0.75kg
1.25kg
0.20kg
熔煉主要參數為加鋅前銅液溫度為1050°C，除氣溫度為1020°C。步驟三鑄造采用砂型鑄造進行澆注，銅液出爐溫度為1030°C。實施例2鑄件經金屬分析儀定量檢測分析結果具體組分及其按重量百分比含量分別為Zn 為 36. 97wt%, P 為 0. 28wt%, Mg 為 1. 19wt%, Ca 為 0. 49wt%, Sn 為 0. 3wt%, RE為0. 05wt %，Al為0. 08wt %，B為0. 002wt %，余量為Cu及不可避免的微量雜質。實施例3步驟一配料
原料規格重量電解銅99.99%Cu101.11kg電解鋅99.99%Zn105.00kg磷銅中間合金14%P32.14kg電解鎂99.99%Mg2.25kg塊狀純鈣99.97%Ca2.00kg電解錫99.99%Sn2.00kg銅稀土中間合金10%RE5.00kg鋁硼中間合金3%B0.50kg步驟二 熔煉熔煉主要參數為加鋅前銅液溫度為1080°C，除氣溫度為1030°C。步驟三鑄造采用砂型鑄造進行澆注，銅液出爐溫度為1030°C。實施例3鑄件經金屬分析儀定量檢測分析結果具體組分及其按重量百分比含量分別為Zn 為 41. 98wt%, P 為 1. 75wt%, Mg 為 0. 88wt%, Ca 為 0. 77wt%, Sn 為 0. 8wt%, RE為0. 2wt %，Al為0. 19wt %，B為0. 006wt %，余量為Cu及不可避免的微量雜質。對上述實施例1-3的無鉛易切削磷鎂鈣黃銅合金進行力學性能、切削性能及耐脫鋅腐蝕性能進行檢測，檢測結果如下1.力學性能合金為鑄態，加工試樣依據國家相關標準GB/T228-2002《金屬拉伸試驗方法》進行拉伸試驗，結果如表1所示。表1無鉛易切削磷鎂鈣黃銅合金的室溫力學性能
權利要求
1.一種無鉛易切削磷鎂鈣黃銅合金，其特征在于，該黃銅合金的顯微組織主要包括α 相、β相及沿晶界、相界及晶粒內彌散分布的第二相顆粒，具體組分及其按重量百分比含量分別為鋅 35. 0 43. Owt %, ￠^0. 28 2. 0wt%,il0. 2 1. 8wt%，鈣 0. 1 1. Owt %, M 0. 1 0. 8wt %，其他微量元素0. 002 0. 8wt %，余量為銅及總量不大于0. Iwt %的不可避免的雜質；所述其他微量元素為鋁、硅、硼、鈦、鐵、錳、混合稀土中的至少一種。
2.根據權利要求1所述的無鉛易切削磷鎂鈣黃銅合金，其特征在于，該黃銅合金組成中銅、鋅、磷、鎂、鈣含量的總和大于95wt%，且其中銅含量小于62wt%。
全文摘要
本發明提供了一種無鉛易切削磷鎂鈣黃銅合金，該黃銅合金的顯微組織主要包括α相、β相及沿晶界、相界及晶粒內彌散分布的第二相顆粒，具體組分及其按重量百分比含量分別為鋅35.0～43.0wt％，磷0.28～2.0wt％，鎂0.2～1.8wt％，鈣0.1～1.0wt％，錫0.1～0.8wt％，其他微量元素0.002～0.8wt％，余量為銅；所述其他微量元素為鋁、硅、硼、鈦、鐵、錳、混合稀土中的至少一種。本發明成分設計科學合理，制備的磷鎂鈣黃銅合金具有優良的切削性能、鑄造性能、力學性能和耐脫鋅腐蝕等性能。特別適用于需切削加工成型的各種零部件，如供水系統用水龍頭、閥體等。
文檔編號C22C9/04GK102400010SQ201110362228
公開日2012年4月4日 申請日期2011年11月15日 優先權日2011年11月15日
發明者張先滿, 朱權利, 李新, 汪桂龍 申請人:廣東華金合金材料實業有限公司