一種無鉛黃銅合金的制作方法
【專利摘要】本發明公開了一種無鉛黃銅合金，該合金化學組成按質量百分比為：銅59-69％、錫0.2-0.7％、鉍0.6-1.8％、鋁0.4-0.75％、砷0.02-0.11％、硼0.01-0.06％、鈦0.01-0.05％、鋯0.01-0.04％、鉛≤0.05％、鐵≤0.3％、鎳≤0.5％、磷≤0.015％、銻≤0.015％、鎘≤0.001％、鉻≤0.001％，余量為鋅和不可避免的雜質。該無鉛黃銅合金具備優良的鑄造性能，適合低壓鑄造和重力鑄造，并且易切削、耐脫鋅、耐腐蝕，符合環保健康無鉛化的要求，適用于飲用水系統鑄件，在水暖衛浴行業具有廣泛的應用前景，制造成本與鉛黃銅相當。
【專利說明】一種無鉛黃銅合金
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種合金，具體而言涉及一種適合低壓鑄造、重力鑄造，易切削耐蝕無鉛環保黃銅合金。
【背景技術】
[0002]含鉛黃銅合金在世界范圍內有著廣泛的應用，這些領域涉及機械制造、電器儀表、建筑五金、飲用水管路等。含鉛黃銅合金一般是在銅鋅合金內添加I~3%的金屬鉛，鉛可以使黃銅合金具有良好的機械性能和鑄造性能，易切削，或者通過低壓鑄造、重力鑄造等鑄造方法制作成各種各樣的零部件。眾所周知，鉛對人體健康和生態平衡具有破壞作用，世界范圍內的趨勢也是對含鉛合金的使用進行越來越多的限制。日本規定鉛在飲用水中的浸出量必須小于0.01mg / L，美國規定必須小于0.0Olmg / L，我國也在相關方面進行了一些立法，如《電子信息產品污染防治管理辦法》規定電子信息產品的含鉛量必須小于0.1%。可見低含鉛量的合金或者無鉛合金會有越來越多的需求。然而，從黃銅合金中清除鉛是困難的，因為鉛的加入是保證材料具有可接受的機械加工性質和鑄造性能最成本低廉且有效的方法，任何低鉛黃銅合金也必須具有可接受的機械加工性質和鑄造性能。實現低鉛黃銅合金的一種嘗試是用硅替代一些或全部的鉛，一個聲稱具有工業上令人滿意的性質的硅銅合金的實例中含有質量百分比69至80%銅、1.8至4%硅、0.02至0.4%鉛，剩余由鋅組成(US7056396)。該娃合金還含有少量的砷、鋪、招、磷、秘、締和/或硒，取決于合金所需的最終性質。[0003]實現低鉛或基本無鉛銅合金的另一種嘗試涉及用鉍替代一些或全部鉛含量。鉍具有類似于鉛的幾種性質，特別是也幾乎不溶于銅合金。因此，理論上說鉍以類似于鉛的方式有助于機械加工性。基本不含鉛的銅合金的一個實例含有1.8至5%重量的鉍(US5137658)。基本不含鉛的鍛造銅合金的另一個實例含有至少60%銅、至少0.5%鉍以及磷、銦或錫的至少一種(US5167726)。上述嘗試雖然推動了無鉛銅合金的發展，但用鉍取代鉛的合金，無論在低壓鑄造、重力鑄造等鑄造性能上，還是在切削、耐腐蝕性能上，都還有較大的待提升空間，同時因為鉍較鉛昂貴，較多量的使用鉍還會使合金成本有較大提高。如何鑄造鉍含量較低且切削鑄造性能較好的無鉛黃銅合金，是本領域急需解決的技術問題。

【發明內容】

[0004]本發明的目的是提供一種無鉛黃銅合金，該合金基本不含鉛，對人體和環境無害，而且適合低壓鑄造、重力鑄造，易切削，耐腐蝕性能好。
[0005]為實現上述目的，本發明采取以下技術方案:
[0006]一種無鉛黃銅合金，其以質量百分比計組成為:
[0007]銅59% ~69%
[0008]錫0.2%~0.7%
[0009]鉍0.6%~1.8%[0010]鋁0.4%~0.75%
[0011]砷0.02%~0.11%
[0012]硼0.01% ~0.06%
[0013]鈦0.01% ~0.05%
[0014]鋯0.01%~0.04%
[0015]鉛≤0.05%
[0016]鐵≤0.3%
[0017]鎳≤0.5%
[0018]磷≤0.015%
[0019]銻≤0.015%
[0020]鎘≤0.001%
[0021]鉻≤0.001%
[0022]余量為鋅和不可避免的雜質。
[0023]上述無鉛黃銅合金的優化方案中，其按質量百分比計組成為:
[0024]銅60 ~65%
[0025]錫0.4 ~0.6%
[0026]鉍0.6 ~1.2%
[0027]鋁0.5 ~0.7%
[0028]砷0.03 ~0.1 %
[0029]硼0.01 ~0.04%
[0030]鈦0.01 ~0.03%
[0031]鋯0.01 ~0.03%
[0032]鉛≤0.05%
[0033]鐵≤0.2%
[0034]鎳≤0.5%
[0035]磷≤0.01%
[0036]銻≤0.01%
[0037]鎘≤0.001%
[0038]鉻≤0.001%
[0039]余量為鋅和不可避免的雜質。
[0040]進一步地，其中砷和硼的含量之比為2~2.5: I。
[0041]或者進一步地，其中鈦和鋯的含量之比為1:1~1.2。
[0042]更進一步地，其中砷、硼、鈦、鋯的含量之比為2:1:1:1。
[0043]本發明的有益效果是，以銅鋅合金為基礎，加入鉍和其他有益元素，使合金基本不含鉛元素，但是同時具有良好的機械、鑄造、切削、耐腐蝕等性能。其中，鉍元素的含量占總質量的0.6% _1.8%，含量較低，其既不溶于銅合金，也不起任何化學反應，以游離狀的細小顆粒沿晶界分布，使晶粒彼此隔離，基體連續性被打破，加工時能獲得零散易斷的切削性能和光潔的表面，提高了合金的切削加工性能。錫元素的含量占合金總質量0.2% -0.7%,錫能溶于銅合金中，提高合金的強度，能在鑄件表面形成致密的SnO2保護膜，顯著提高合金在海水中耐脫鋅腐蝕性能。鋁的含量占合金總質量的0.4% -0.75%，微量鋁對合金的組織影響較大，在生產中鋁能減少鋅蒸發，提高合金液流動性，增強切削性能，同時使合金的強度和硬度顯著提高。鋁在合金中表面上的離子化傾向比鋅大，優先與腐蝕性氣體或溶液中的氧結合，在合金表面形成堅固的氧化鋁保護膜，能顯著提高合金在大氣、稀硫酸，特別是在高速海水中的耐腐蝕性能。微量砷元素的含量占合金總質量的0.02% -0.11%，微量硼兀素含量占合金總質量的0.01 % -0.06%,如果單獨添加二者之一,使合金耐腐蝕作用不明顯，但是將二者以合適比例同時添加到合金中，即具有顯著的細化變質效果，能夠極大的提高合金耐脫鋅腐蝕能力，甚至幾乎不會發生脫鋅腐蝕。微量鈦元素的含量占合金總質量的0.01% -0.05%，鈦元素在合金中有顯著的細化晶粒的作用，提高了鑄件的致密性和強度，大大的提高合金的耐脫鋅綜合抗蝕性能和切削性能。微量鋯元素的含量占合金總質量的0.01% -0.04%，在合金中能夠明顯的提高其強度，具有固溶強化效應，可顯著提高合金的力學性能。將砷、硼、鈦、鋯以特定比例添加后，會大幅度提高鑄造性能，顯著提高合金的各項力學性能，極大地提高合金液的流動性，切削性能優良，大大的提高了合金的耐脫鋅綜合抗蝕能力，更適合低壓鑄造和重力鑄造。該合金各項力學性能優于現有的含鉍無鉛黃銅合金，而與鉛黃銅相似，其成本相當于鉛黃銅的價格，因此可以替代鉛黃銅，且易于推廣應用。
【具體實施方式】
[0044]實施例一:產品及制法
[0045]產品一至產品九成分配比見表1，均為符合飲用水系統鑄件用的無鉛黃銅合金。無鉛黃銅合金的具體制備方法按如下步驟進行:
[0046]銅+木炭一添加鋒 、錫、秘、招一攬拌一精煉一取樣分析成分一調整一撈禮:一依次添加銅砷、銅硼、銅鈦、銅鋯中間合金一取樣分析一靜置一出爐澆鑄
[0047]具體而言:
[0048]第一步加熱感應電爐加入電解銅并用木炭覆蓋，升溫將銅充分熔化；
[0049]第二步添加鋅、錫、鉍、鋁精料并攪拌均勻；
[0050]第三步添加精煉劑攪拌均勻，精煉劑的組成按質量百分比計:硅砂50%、蘇打45%、冰晶石5% ；
[0051 ] 第四步依次添加銅砷中間合金、銅硼中間合金、銅鈦中間合金、銅鋯中間合金，然后攪拌均勻；
[0052]第五步再次充分攪拌均勻，取樣分析，調整成分，清渣，在980°C -1020°C保溫，靜置15分鐘，使雜質沉淀或上浮，凈化合金液；
[0053]第六步升溫至1040°C -1070°C出爐澆鑄。
[0054]上述第五步中取樣分析包括以下內容:
[0055](I)化學成分分析，由光譜儀進行分析，依據分析結果調整元素比例；
[0056](2)金相晶粒檢測，由金相顯微鏡進行檢測，鑄造性能測試；
[0057](3)鏡面拋光，金相顯微鏡檢測硬質點夾雜物。
[0058]表1無鉛黃銅合金配方(元素組成質量百分比)
[0059]
【權利要求】
1.一種無鉛黃銅合金，其按質量百分比計組成為: 銅59%~69% 錫 0.2%~0.7% 鉍 0.6%~1.8% 鋁 0.4%~0.75% 砷 0.02%~0.11% 硼 0.01% ~0.06% 鈦 0.01%~0.05% 鋯 0.01% ~0.04% 鉛≤0.05% 鐵≤0.3% 鎳≤0.5% 磷≤0.015% 銻≤0.015% 鎘 ≤ 0.001% 鉻≤0.001% 余量為鋅和不可避免的雜質。
2.如權利要求1所述的無鉛黃銅合金，其按質量百分比計組成為: 銅60~65% 錫 0.4 ~0.6% 鉍 0.6 ~1.2% 鋁 0.5 ~0.7%
砷 0.03 ~0.1 % 硼 0.01 ~0.04% 鈦 0.01 ~0.03% 鋯 0.01 ~0.03% 鉛≤0.05% 鐵≤0.2% 鎳≤0.5% 磷≤0.01% 銻≤0.01% 鎘 ≤ 0.001% 鉻≤0.001% 余量為鋅和不可避免的雜質。
3.如權利要求1或2所述的無鉛黃銅合金，其中砷和硼的含量之比為2~2.5: 1。
4.如權利要求1或2所述的無鉛黃銅合金，其中鈦和鋯的含量之比為1:1~1.2。
5.如權利要求1或2所述的無鉛黃銅合金，其中砷、硼、鈦、鋯的含量之比為2:1:1:1。
【文檔編號】C22C9/00GK103725919SQ201410014565
【公開日】2014年4月16日 申請日期:2014年1月3日 優先權日:2014年1月3日
【發明者】楊桂香, 楊景周, 楊景浩 申請人:安新縣華昌合金廠