專利名稱：一種鉍黃銅合金材料及其制備工藝和熱沖壓工藝的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種鉍黃銅合金材料及其制備工藝和熱沖壓工藝。
背景技術：
目前在市場上廣泛應用的含鉛黃銅在生產和使用過程中會造成環境污染，危害人體健康，對人體造血、神經系統特別是兒童的腎及其它器官損壞很大，歐、美等國在法律層面嚴禁含鉛的飲用水黃銅閥門或管件的銷售。基于此，有必要開展無鉛黃銅的研究，研制出一種力學性能適中、切削性能和熱加工性能優良、成本較低以鉍代鉛的易切削黃銅將有廣泛的市場應用前景。

發明內容
本發明的目的是提供一種力學性能適中、切削性能和熱加工性能優良、成本較低、以鉍代鉛的易切削鉍黃銅合金材料。本發明還提供了一種上述鉍黃銅合金材料的制備工藝和熱沖壓工藝。本發明的目的通過下述技術方案實現一種鉍黃銅合金材料，由鋅、秘、鈦、硒和銅構成，按質量百分比計，鋅占35. O % 45. O %，鉍占O. 4 % I. 5 %，鈦占O. 3 % O. 9 %，硒占O. 05 % O. 5 %，余量為銅。作為上述技術方案的一種優先方式按質量百分數計，鋅占39. O %，鉍占0.7%，鈦占O. 45 %，硒占O. 06 %，余量為銅。作為上述技術方案的另一種優先方式按質量百分數計，鋅占41.0 %，鉍占1.0%，鈦占O. 70 %，硒占O. 05 %，余量為銅。上述無鉛鉍黃銅采用鉍元素替代有害的鉛元素，有利于環境保護和人體健康；通過添加了適當的鉍元素，可以提高黃銅的切削性能；加入低表面張力、溶于銅而不溶于鉍的鈦元素來減少薄膜狀鉍的分布，抑制合金的熱脆；添加硒元素稀可有效的抑制晶粒生長，改變鉍在黃銅中的析出形態與分布狀況，減少合金內部缺陷和提高合金延展性能，使鉍以塊狀或球狀存在于晶界，提高其塑性和加工性能；研制出的這種加鉍、鈦、硒的環保易切削黃銅力學性能和切削性能與鉛黃銅接近。上述鉍黃銅合金材料的制備工藝，包括以下步驟
(A)首先，根據鉍黃銅合金材料的組份進行配料；
(B)然后，將配備好的銅和鋅加入中頻感應爐中并開始加熱，待鋅熔化后添加石墨覆蓋齊U，待銅熔化后，依次加入鉍、鈦和硒；
(C)最后，提溫至980V 1080 V，澆鑄成鑄棒，鉍黃銅合金材料制備完成。作為上述制備工藝的一種優先方式所述步驟(C)中，提溫至1000°C或1020°C。由上可知采用中頻感應爐大氣熔煉的方法，直接加入銅、鋅、鉍、鈦和硒等元素，不需要熔煉中間合金，制備方法簡單。上述鉍黃銅合金材料的熱沖壓工藝，包括以下步驟(a)首先，將制備好的鉍黃銅合金材料加熱到600°C 800°C，保溫10 20min；
(b)然后，將模具加熱到2500C 350。。；
(c)最后，石墨潤滑后，以在鍛床上沖壓成型。作為上述熱沖壓工藝的一種優先方式步驟(a)中，鉍黃銅合金材料加熱到770°C，保溫15min ;步驟(b)中，模具加熱到300°C。作為上述熱沖壓工藝的另一種優先方式步驟(a)中，鉍黃銅合金材料加熱到700°C，保溫15min ;步驟(b)中，模具加熱到290°C。由上可知采用熱沖壓工藝直接將鑄棒沖壓成各種型號的管接頭，沖壓出的管接頭致密度高，質量合格，使用壽命長，這種沖壓工藝降低了生產成本、簡化了工藝、提高生產效率。 綜上所述，本發明的優點如下
(1)采用鉍元素替代有害的鉛元素，所含合金元素少，有利于環境保護和人體健康；
(2)采用中頻感應爐大氣熔煉的方法，直接加入銅、鋅、鉍、鈦和硒等元素，不需要熔煉中間合金，制備方法簡單；
(3)采用熱沖壓工藝直接將鑄棒直接沖壓成各種型號的管接頭，沖壓出的管接頭致密度高，質量合格，這種沖壓工藝降低了生產成本。
具體實施例方式下面結合實施例，對本發明作進一步的詳細說明，但本發明的實施方式不僅限于此。實施例I :
(I)鉍黃銅合金材料的組分
鉍黃銅合金材料的組分為按質量百分數計，鋅占39. O %，鉍占O. 7 %，鈦占O. 45 %，硒占O. 06 % ,余量為Cu。(2)鉍黃銅合金材料的制備和力學性能測試
根據鉍黃銅合金材料組分進行配料，配料完成后采用中頻感應爐進行熔煉，熔煉前先加入銅和鋅，待鋅熔化后加入石墨覆蓋劑，待銅熔化后依次加入鉍、鈦和硒；提溫至1020°C，澆鑄成鑄棒。對鑄棒的力學性能進行測試抗拉強度Rm=285MPa，延伸率Α=17· 0%，斷面收縮率Ζ=20. 0%，布氏硬度HBW=98. 5，其力學性能與鉛黃銅ZCuZn40Pb2 (抗拉強度Rm=295MPa，延伸率A=Il. 5%，斷面收縮率Ζ=16· 1%)的力學性能相近。(3)鉍黃銅合金材料的熱沖壓工藝
熱沖壓時，將鑄棒加熱到770°C，保溫15min，模具加熱到300°C，石墨潤滑后在鍛床上沖壓成型。實施例2
(I)鉍黃銅合金材料的組分
鉍黃銅合金材料的組分為按質量百分數計，鋅占41. O %，鉍占I. O %，鈦占O. 70 %，硒占O. 05 % ,余量為Cu。(2)鉍黃銅合金材料的制備和力學性能測試根據鉍黃銅合金材料組分進行配料，配料完成后采用中頻感應爐進行熔煉，熔煉過程同實施例I，澆鑄溫度為1000°C。對鑄棒的力學性能進行測試抗拉強度Rm=305MPa，延伸率A=15. 5%，斷面收縮率Z=15. 0%，布氏硬度HBW=IOO. 3，其力學性能與鉛黃銅ZCuZn40Pb2 (抗拉強度Rm=295MPa，延伸率A=Il. 5%，斷面收縮率Z=16. 1%)的力學性能相近。(3)鉍黃銅合金的熱沖壓工藝
熱沖壓時，將鑄棒加熱到700°C，保溫15min，模具加熱到290°C，石墨潤滑后在鍛床上沖壓成型。
實施例3
(I)鉍黃銅合金材料的組分
鉍黃銅合金材料的組分為按質量百分數計，鋅占35. 0 %，鉍占0. 4 %，鈦占0. 3 %，硒占0. 05 %，余量為Cu。(2)鉍黃銅合金材料的制備和力學性能測試
根據鉍黃銅合金材料組分進行配料，配料完成后采用中頻感應爐進行熔煉，熔煉過程同實施例I，澆鑄溫度為980°C。對鑄棒的力學性能進行測試抗拉強度Rm=270MPa，延伸率A=19. 5%，斷面收縮率Z=22. 5%，布氏硬度HBW=95. 5，其力學性能與鉛黃銅ZCuZn40Pb2 (抗拉強度Rm=295MPa，延伸率A=Il. 5%，斷面收縮率Z=16. 1%)的力學性能相近。(3)鉍黃銅合金的熱沖壓工藝
熱沖壓時，將鑄棒加熱到600°C，保溫lOmin，模具加熱到250°C，石墨潤滑后在鍛床上沖壓成型。實施例4
(I)鉍黃銅合金材料的組分
鉍黃銅合金材料的組分為按質量百分數計，鋅占45. O %，鉍占I. 5 %，鈦占0. 9 %，硒占0. 5 % ,余量為Cu。(2)鉍黃銅合金材料的制備和力學性能測試
根據鉍黃銅合金材料組分進行配料，配料完成后采用中頻感應爐進行熔煉，熔煉過程同實施例I，澆鑄溫度為1080°C。對鑄棒的力學性能進行測試抗拉強度Rm=325MPa，延伸率A=12. 5%，斷面收縮率Z=14. 5%，布氏硬度HBW=102. 4，其力學性能與鉛黃銅ZCuZn40Pb2 (抗拉強度Rm=295MPa，延伸率A=Il. 5%，斷面收縮率Z=16. 1%)的力學性能相近。(3)鉍黃銅合金的熱沖壓工藝
熱沖壓時，將鑄棒加熱到800°C，保溫20min，模具加熱到350°C，石墨潤滑后在鍛床上沖壓成型。如上所述，便能較好的實現本發明。
權利要求
1.ー種鉍黃銅合金材料，其特征在干由鋅、鉍、鈦、硒和銅構成，按質量百分比計，鋅占 35. O % 45. O %，秘占 0. 4 % I. 5 %，欽占 0. 3 % 0. 9 %，砸占 0. 05 % 0. 5 %，余量為銅。
2.根據權利要求I所述的ー種鉍黃銅合金材料，其特征在于按質量百分數計，鋅占39.0%，鉍占0.7 %，鈦占0. 45 %，硒占0. 06 %，余量為銅。
3.根據權利要求I所述的ー種鉍黃銅合金材料，其特征在于按質量百分數計，鋅占41.0%，鉍占1.0 %，鈦占0. 70 %，硒占0. 05 %，余量為銅。
4.權利要求1、2或3所述的鉍黃銅合金材料的制備エ藝，其特征在于包括以下步驟 (A)首先，根據鉍黃銅合金材料的組份進行配料； (B)然后，將配備好的銅和鋅加入中頻感應爐中并開始加熱，待鋅熔化后添加石墨覆蓋齊U，待銅熔化后，依次加入秘、鈦和硒元素； (C)最后，提溫至980°C 1080°C，澆鑄成鑄棒，鉍黃銅合金材料制備完成。
5.根據權利要求4所述的制備エ藝，其特征在于所述步驟(C)中，提溫至1000°C或1020 0C o
6.權利要求1、2或3所述的鉍黃銅合金材料的熱沖壓エ藝，其特征在于包括以下步驟 (a)首先，將制備好的鉍黃銅合金材料加熱到600°C 800°C，保溫10 20min； (b)然后，將模具加熱到2500C 350。。； (c)最后，石墨潤滑后，在63噸級鍛床上沖壓成型。
7.根據權利要求6所述的熱沖壓エ藝，其特征在于步驟(a)中，鉍黃銅合金材料加熱到770°C，保溫15min ;步驟(b)中，模具加熱到300°C。
8.根據權利要求6所述的熱沖壓エ藝，其特征在于步驟(a)中，鉍黃銅合金材料加熱到700°C，保溫15min ;步驟(b)中，模具加熱到2900C0
全文摘要
本發明公開了一種鉍黃銅合金材料，由鋅、鉍、鈦、硒和銅構成，按質量百分比計，鋅占35.0﹪～45.0﹪，鉍占0.4﹪～1.5﹪，鈦占0.3﹪～0.9﹪，硒占0.05﹪～0.5﹪，余量為銅。本發明還公開了上述鉍黃銅合金材料的制備工藝和熱沖壓工藝。本發明公開的鉍黃銅所含合金元素少，制備方法簡單，制備的鉍黃銅的力學性能、切削性能和熱加工性能良好；采用熱沖壓的工藝將鑄件直接沖壓成各種型號的管接頭，提高了管接頭的致密性，并簡化了工藝、提高了生產效率，降低了生產成本。
文檔編號C22C9/04GK102952966SQ20121044133
公開日2013年3月6日 申請日期2012年11月8日 優先權日2012年11月8日
發明者周軍, 陳勇, 蔣明忠, 王貴利, 張忠倫 申請人:中國核動力研究設計院