專利名稱：一種無鉛易切削黃銅合金及其制備方法
技術領域：
本發明涉及一種黃銅合金，尤其是涉及ー種無鉛易切削黃銅合金及其制備方法。
背景技術：
鉛黃銅具有優良的冷熱加工性能、好的切削性能，可以滿足各種形狀零部件的加エ，因此鉛黃銅被公認為重要的基礎材料，廣泛應用于民用供水系統的管道連接件、電子通用器械接插件、家用電器、兒童玩具以及汽車制造業中的緊固件等領域。但是鉛是ー種對環境和人體有害的元素，使人會造成血鉛、腦鉛中毒、神經受阻、智力遲鈍、癡呆等不良后果。近年來各國的醫學專家認為鉛黃銅對人類健康和環境衛生構成巨人的威脅，因而各國都提出對含鉛黃銅合金應用的限令，日本政府己將鉛在水中的浸出量限制在O. 01mg/l。最近，美國、日本、歐盟、中國等國家對銅合金中的鉛含量分別做出了嚴格控制的限令，因而 含鉛黃銅的應用將受到嚴格的限制和挑戰，所以開發無鉛易切削黃銅合金來代替含鉛黃銅是世界金屬材料制造業刻不容緩的重大課題。目前，如美國、德國、日本也發明了不含鉛的黃銅合金。如美國專利C89510、C89520、C89530，德國專利200410004293. 7日本專利02121991. 5等，由于該類合金硒含量較高，因此成本高；中國專利名稱為無鉛易切削黃銅合金和它的制造方法(申請號CN02121991.5)和無鉛易切削黃銅合金及其制造方法(申請號CN200810188263. 4)公開了含鋁的黃銅合金，由于鋁材質較軟，利用鋁制備得到的黃銅合金易粘刀，不能滿足工作上對切削性能的要求。

發明內容
本發明所要解決的技術問題是提供ー種不含鉛的具有優異切削性能、冷熱成型性、優良的力學性能和良好的焊接性能，同時又具有優異的耐腐蝕性能，可以替代鉛銅合金且不會造成環境污染和有利于降低成本的綠色環保無鉛易切削黃銅合金及其制備方法。本發明解決上述技術問題所采用的技術方案為一種無鉛易切削黃銅合金，其由以下組分及重量百分比組成:銅60-62wt%，鉍O. 5-2. 0界七％，鎂0· 5-1. 5 wt%，錫O. 5-1. 5 wt%和磷O. 03-0. 2wt%，其余為鋅和總含量不大于O. lwt%的不可避免的雜質組成。一種無鉛易切削黃銅合金的制備方法，具體步驟如下將液態黃銅、鉍、鎂、錫、和磷按銅 60-62wt%,鉍 O. 5-2. 0wt%,鎂 O. 5-1. 5 wt%,錫 O. 5-1. 5 wt%、磷 O. 03-0. 2wt% 的質量百分比混合，并加入余量的鋅，采用中頻感應電爐熔煉，使鉍、鎂、錫、磷和鋅在黃銅溶液中迅速固溶為金屬間化物，并均勻分布，然后在1000-1100°C下澆注成黃銅鑄錠，在600-780°C溫度下進行擠壓，在400-600°C的溫度下進行30分鐘-5小時熱處理，以小于IOO0C /小時的冷卻速度進行冷卻，在低于400°C的溫度下進行退火，即得到無鉛易切削黃銅合金。與現有技術相比，本發明的優點在于本發明ー種無鉛易切削黃銅合金，由以下組分及重量百分比組成銅60-62wt%,鉍O. 5-2. 0wt%,鎂O. 5-1. 5 wt%,錫O. 5-1. 5 wt%和磷
0.03-0.2 wt%，其余為鋅和總含量不大于O. I wt%的不可避免的雜質組成，上述無鉛易切削錫鎂黃銅合金的相組成為以α、β兩相為主，以游離態形式均勻分布于晶內、晶界的鉍相、少量細小均勻分布于晶界的固溶態的含鎂、含錫金屬間化合物的硬脆相為輔。上述無鉛易切削黃銅合金是利用鉍代替鉛，來提高合金的切削性能，同時以錫來提高合金的抗脫鋅性能。鉍的加入可改善合金的切削性能。鉍在銅中的固溶度極低，即使800°C時溶解度也不過O. 01wt%，但凝固過程中鉍發生沉淀，形成低熔點的彌散第二相粒子，在刀頭與屑的接觸面局部受熱而瞬間熔化，從而使合金在機加工易形成短斷屑點，進而使合金具有滿意的切削性能。鎂與銅形成MgCu2和MgCu，以第二相粒子彌散分布于晶界或晶內，這些化合物脆而不硬，與刀刃接觸時在切應カ的作用下易于破碎，破碎后與斷ロ處接觸的金屬發生應力集中，容易萌生裂紋并且擴展，使切屑斷裂而不連續長大，起到了與鉛類似的斷屑作用，并且脆而不硬的MgCu2和MgCul化合物能減少屑對刀具的粘結作用，故合金切削性能好，并且鎂的價格要低于鋁，降低了制作成本。
錫是固溶強化和抑制脫鋅的元素，和鎂、磷一起強化基體，有利于各相分散均勻和強化相的形成，有利于強度、耐磨性和切削性能的提高，特別是有利于抗脫鋅敏感性能和熱成形性能的提高，錫含量少于O. 5wt%時效果不明顯，高于I. 5wt%時降低黃銅性能，并且增加成本，因此錫的含量一般控制在O. 5-1. 5wt%為宜。磷可以提高黃銅合金的脆性，當磷的含量小于O. 03wt%時，磷對于提高黃銅合金的脆性不明顯，過硬的黃銅合金以損壞刀片，當磷的含量大于O. 2wt%時，黃銅合金在切削過程中易產生長的不易斷的金屬屑片，因此錫的含量一般控制在O. 03-0. 2wt%為宜。綜上所述，本發明ー種無鉛易切削黃銅合金及其制備方法，在普通黃銅的基礎上，針對鉛黃銅的使用性能和要求，并結合環保要求，本著降低成本的原則。采用我國資源豐富的鎂代替環境污染嚴重和對人體危害較大的鉛元素，從而達到無鉛和價格低廉的目的，與鉛黃銅相比具有以下突出優點
1、屬無鉛黃銅材料，消除生產和使用中對環境和人體的危害；
2、具有優異的冷熱成形性、優良的切削性能和力學性能，較好的抗腐蝕性能，可以代替現有的鉛黃銅，應用于民用供水系統的管道連接件、電子通用器械接插件、家用電器、兒童玩具以及汽車制造業中的緊固件等領域；
3、我國鎂資源豐富，價格低廉，可以較大程度的降低成本；
4、生產エ藝簡單，易于操作，可實現規模化生產。
具體實施例方式以下結合實施例對本發明作進ー步詳細描述。一、具體實施例 實施例I
本發明ー種無鉛易切削黃銅合金，其由以下組分及重量百分比組成銅60-62wt%，鉍
O.5-2. 0wt%,鎂 O. 5-1. 5 wt%,錫 O. 5-1. 5 wt% 和磷 O. 03-0. 2 wt%,其余為鋅和總含量不大于O. I wt%的不可避免的雜質組成，其具體制備過程如下
將液態黃銅、鉍、鎂、錫和磷按銅60-62wt%,鉍O. 5-2. 0wt%,鎂O. 5-1. 5 wt%，錫O. 5-1. 5wt%、磷O. 03-0. 2 wt%的質量百分比混合并加入余量的鋅，采用中頻感應電爐熔煉使鉍、鎂、錫、磷和鋅在黃銅溶液中迅速固溶為金屬間化物，并均勻分布，然后在1000-1100°C下澆注成黃銅鑄錠，在600-780°C溫度下進行擠壓，在400-600°C的溫度下進行30分鐘-5小時熱處理，以小于100°C /小時的冷卻速度進行冷卻，在低于400°C的溫度下進行退火，即得到無鉛易切削黃銅合金。實施例2
本發明ー種無鉛易切削黃銅合金，其由以下組分及重量百分比組成銅60%，鉍O. 5%，鎂O. 5%，錫O. 5%和磷O. 03%,其余為鋅和總含量不大于O. I wt%的不可避免的雜質組成，其生產エ藝流程方法如下，配料一熔鑄ー加熱ー擠壓ー退火一成品，具體步驟如下
將液態黃銅、鉍、鎂、錫和磷按上述質量百分比混合，并加入余量的鋅38. 42wt%(其中雜質為O. 05wt%)，采用中頻感應電爐熔煉使鉍、鎂、錫、磷和鋅在黃銅溶液中迅速固溶為金屬間化物，并均勻分布，然后在1000°C下澆注成黃銅鑄錠，在600°C溫度下進行擠壓，在400°C的溫度下進行30分鐘熱處理，以小于100°C /小時的冷卻速度進行冷卻，在低于400°C的溫 度下進行退火，即得到無鉛易切削黃銅合金。實施例3
本發明ー種無鉛易切削黃銅合金，其由以下組分及重量百分比組成銅61%，鉍1%，鎂lt%，錫lwt%和磷O. lwt%，其余為鋅和總含量不大于O. I %的不可避免的雜質組成，具體制備過程如下
將液態黃銅、鉍、鎂、錫和磷按上述質量百分比混合，并加入余量的鋅35. 87%(其中雜質為O. 03wt%)，采用中頻感應電爐熔煉使鉍、鎂、錫、磷和鋅在黃銅溶液中迅速固溶為金屬間化物，并均勻分布，然后在1050°C下澆注成黃銅鑄錠，在700°C溫度下進行擠壓，在500°C的溫度下進行2小時熱處理，以小于100°C /小時的冷卻速度進行冷卻，在低于400°C的溫度下進行退火，即得到無鉛易切削黃銅合金。實施例4
本發明ー種無鉛易切削黃銅合金，其由以下組分及重量百分比組成銅62%，鉍2. 0%，鎂I. 5%，錫I. 5%和磷O. 2%，其余為鋅和總含量不大于O. I wt%的不可避免的雜質組成，具體制備過程如下
將液態黃銅、鉍、鎂、錫和磷按上述質量百分比混合，并加入余量的鋅32. 7% (其中雜質為O. lwt%)，采用中頻感應電爐熔煉使鉍、鎂、錫、磷和鋅在黃銅溶液中迅速固溶為金屬間化物，并均勻分布，然后在1100°C下澆注成黃銅鑄錠，在780°C溫度下進行擠壓，在600°C的溫度下進行5小時熱處理，以小于100°C /小時的冷卻速度進行冷卻，在低于400°C的溫度下 進行退火，即得到無鉛易切削黃銅合金。ニ、試驗結果
I、熱加工性能和C36000Q鉛黃銅相當。2、切削性能對比樣為C36000含鉛黃銅 實施例2:切削指數大于88
實施例3:切削指數大于90 實施例4:切削指數大于92。3、耐腐蝕性能無鉛易切削黃銅合金擠壓退火后按照GB310119-88脫鋅實驗方法進行脫鋅實驗，對比樣為C36000含鉛黃銅，所測得脫鋅層的厚度如下實施例2:平均脫鋅層厚度450um 實施例3:平均脫鋅層厚度240um 實施例4:平均脫鋅層厚度200um C36000:平均脫鋅層厚度600um。4、力學性能，如表I所示
權利要求
1.一種無鉛易切削黃銅合金，其特征在于其由以下組分及重量百分比組成銅60-62wt%，鉍O. 5-2. 0界七％，鎂0· 5-1. 5 wt%，錫O. 5-1. 5 wt%和磷O. 03-0. 2 wt%，其余為鋅和總含量不大于O. I wt%的不可避免的雜質組成。
2.ー種根據權利要求I所述的無鉛易切削黃銅合金的制備方法，其特征在于具體步驟如下將液態黃銅、鉍、鎂、錫、磷按銅60-62wt%，鉍O. 5-2. 0界七％，鎂0· 5-1. 5 wt%，錫O. 5-1. 5wt%、磷O. 03-0. 2 wt%的質量百分比混合，并加入余量的鋅,采用中頻感應電爐熔煉,使鉍、鎂、錫、磷和鋅在黃銅溶液中迅速固溶為金屬間化物，并均勻分布，然后在1000-1100°C下澆注成黃銅鑄錠，在600-780°C溫度下進行擠壓，在400-600°C的溫度下進行30分鐘-5小時熱處理，以小于100°C /小時的冷卻速度進行冷卻，在低于400°C的溫度下進行退火，即得到無鉛易切削黃銅合金。
全文摘要
本發明公開了一種無鉛易切削黃銅合金，特點是由以下組分及重量百分比組成銅60-62%，鉍0.5-2.0%，鎂0.5-1.5%，錫0.5-1.5%和磷0.03-0.2%，其余為鋅和總含量不大于0.1wt%的不可避免的雜質組成，其具體制備過程如下將液態黃銅、鉍、鎂、錫、磷按上述配比混合并加入余量的鋅，并使鉍、鎂、錫、磷和鋅在黃銅溶液中迅速固溶為金屬間化物，然后在1000-1100℃下澆注成黃銅鑄錠，在600-780℃下進行擠壓，在400-600℃下進行30分鐘-5小時熱處理，以小于100℃/小時的冷卻速度進行冷卻，在低于400℃下進行退火，即得到產品，優點是具有優異切削性能、冷熱成型性、優良的力學性能和良好的焊接性能，同時又具有優異的耐腐蝕性能，且綠色環保。
文檔編號C22C9/04GK102690973SQ20121018505
公開日2012年9月26日 申請日期2012年6月7日 優先權日2012年6月7日
發明者崔建業 申請人:寧波天業精密鑄造有限公司