CN100595301C - 一种易切削铜合金材料的加工工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种环保易切削铜合金材料及加工工艺，该环保易切削铜合金材料由：Cu：57～67%，Sb：0.2～3.0%，Si：0.20～3.0%，Al：0.05～2.0%，P：0.05～0.20%，Pb：≤0.01%，铁(Fe)≤1%、镁(Mg)≤0.3%、稀土元素(RE)≤0.3%、硼(B)≤0.5%、钛(Ti)≤0.5%中的一种，余量为锌(Zn)及杂质组成；采用挤压工艺即：配料、熔铸、加热、挤压、精整、检查、包装工序；或采用拉伸工艺即：配料、熔铸、加热、挤压、精整、拉伸、切定尺、退火、检查、包装工序；加工而成。采用本发明加工的环保易切削铜合金材料，备有铅黄铜的切削性能，实现无铅化环保目的，与现有加工技术相比：省去了中间退火，降低了成本。
Description
技术领域
本发明属于有色金属加工领域，尤其涉及一种易切削铜合金材料及加工工艺。
背景技术
铅黄铜具有优良的易切削、力学、物理等性能，是广泛使用的一种铜合金，发达国家仅黄铜水管的使用率就高达90％以上。易切削铅黄铜为两相黄铜，铅以细小颗粒弥散分布于晶内和晶界，铅黄铜废弃物中的铅极易进入土壤，如被焚烧还会进入大气，特别是当铅黄铜用作水龙头、管接头等饮用水管道配件时，铅会在水中物质的作用下浸出而进入水中，因为铅是一种有害元素，可对环境及人体造成严重危害，因而其应用日益受到严格限制。为了降低铅的有害作用，科研人员对黄铜的腐蚀性能进行了***研究，并采取了多种措施，如添加锡、镍等合金元素来提高铅黄铜的耐蚀性能，或将可溶性的铅去除等，但这些方法无法从根本上消除铅的有害作用。
随着发展，人们对环境保护的意识越来越高，对外环保材料需要越来越迫切。美日欧等已立法，将逐步禁止在饮用水管道配件、玩具和家用电器等产品中使用含铅铜合金。铅黄铜被无铅黄铜取代是一个必然趋势，易切削无铅环保铜合金的需求市场将非常大。
发明内容
本发明为解决无铅黄铜取代铅黄铜的问题，提供了一种环保易切削铜合金材料及加工工艺，是在铜(Cu)-锌(Zn)中加入锑(Sb)、硅(Si)、铝(Al)、铁(Fe)或镁(Mg)或硼(B)或钛(Ti)或稀土元素中的一种和磷(P)等元素，利用低熔点的锑在铜中有一定的固溶度，且可以在晶界产生聚集的特性，合金中形成金属间化合物，达到脆而不硬的特点，通过添加能细化晶粒的金属元素，使含锑的金属间化合物硬脆相质点均匀细小的分布在晶界和晶内，从而有效地抑制了锑引起的脆断现象，进而使合金具备有铅黄铜的切削性能，并增加了铸造流动性、耐磨性和焊接性，实现无铅化环保目的。
本发明所述的一种环保易切削铜合金材料组分重量比为：Cu：57～67％，Sb：0.2～3.0％，Si：0.20～3.0％，Al：0.05～2.0％，P：0.05～0.20％，Pb：≤0.01％，其它元素包括：铁(Fe)≤1％、镁(Mg)≤0.3％、稀土元素(RE)≤0.3％、硼(B)≤0.5％、钛(Ti)≤0.5％中的一种，余量为锌(Zn)及不可避免的杂质，各组分之和为百分之百。
添加元素主要作用：
1、添加锑在铜中有一定的固溶度，在合金中形成金属间化合物，且可以在晶界产生聚集，达到脆而不硬的特点，通过添加能细化晶粒的金属元素，使含锑的硬脆相质点均匀细小的分布在晶界和晶内，有效地抑制了锑引起的脆断现象，使合金具备有铅黄铜的切削性能，同时锑可以抑制脱锌腐蚀。合金中锑(Sb)含量过低的话不能满足高切削性能要求，过高的话将招致严重的脆性断裂，所以本发明锑含量严格控制在0.2～3.0％之间。
2、添加铝(Al)的主要作用是改善合金的热锻性能，提高铸件的耐蚀性能和表面光洁度，减少Zn的蒸发，提高合金的流动性。铝是黄铜的强化元素，如能适当的选择铜与铝的配比，并控制合金的冷却速度，使之处于图中接近β’+γ区边界的β’相区时，合金具有最大的强度；在熔炼过程中还可以减少Zn的蒸发，添加Al还可以提高合金的流动性。故本合金中铝(Al)含量严格控制在0.05～2.0％之间。
3、添加硅(Si)的作用是改善金属间化合物和γ相的分布状况，细化γ相，改善合金的加工性能和切削性能，降低液相线温度，使铸件致密，改善抗腐蚀性能，同时有一定的脱氧作用。硅的锌当量系数是10，使Cu-Zn状态图的β相区大大左移，因此加入少量的硅就能提高合金的强度和硬度，含量过低招致，过高将会，故本合金中硅含量严格控制在0.20～3.0％之间。
4、添加磷(P)的作用是脱氧和增加金属流动性、阻止脱锌，同时有利于切削性能的提高，故本合金中磷含量严格控制在0.05～0.20％之间。
5、添加镁(Mg)主要是脱氧、净化的作用，镁固溶于α相及β相中，其溶解度不高，且镁的固溶强化作用不大，脆、不硬的含镁化合物在晶内和晶界均有分布.可以有效地提高铜合金的切削性能。镁(Mg)含量严格控制在0.3％以下。
6、添加铁(Fe)与Zn生成化合物Fe粒，细化合金组织；推迟黄铜的再结晶过程，阻碍晶粒长大，Fe和Si或Al同时加入效果更好。但含Fe量多时，富铁相过多，降低耐蚀性能。铁(Fe)含量严格控制在1％以下。
7、添加稀土元素(RE)一方面可以细化晶粒，从而增大晶界面，为锌的扩散增加阻力；另一方面由于稀土元素的净化变质作用，使铜合金中杂质、气孔、疏松减少，从而提高合金的机械性能；同时还可以改善合金的高温塑性，减少热加工开裂倾向。稀土元素(RE)含量严格控制在0.3％以下。
8、添加钛(Ti)，加入少量的钛(Ti)可以起到除气和细化晶粒的作用。因为钛化合物具有面心立方晶格结构，比较接近α相，因而可以作为α相的结晶核心。铁(Fe)含量严格控制在0.5％以下。
9、添加少量的硼(B)可以可以细化合金组织，提高合金的力学性能，改善其耐蚀、耐腐蚀磨损及耐冲蚀能力。硼(B)含量严格控制在0.5％以下。
10、合金中要达到绝对无铅是不可能的，所以本合金不可避免的Pb含量尽可能低含量严格控制≤0.01％。
本发明所述的一种环保易切削铜合金材料的加工工艺，可视制品要求分别采用挤压工艺或拉伸工艺：
1、挤压制品工艺流程为(挤压制品规格：Φ10～160mm)：
配料、熔铸、加热、挤压、精整、检查、包装工序；作为本发明的特征在于配料、加热、挤压，其中：
所述的配料：合金组分：Cu：57～67％，Sb：0.2～3.0％，Si：0.20～3.0％，Al：0.05～2.0％，P：0.05～0.20％，Pb：≤0.01％，，其它元素包括：Fe≤1％、Mg≤0.3％、RE≤0.3％、B≤0.5％、Ti≤0.5％中的一种，余量为Zn及不可避免的杂质，各组分之和为百分之百。
所述的加热：采用加热炉对锭坯进行加热，加热温度：600～740℃。
所述的挤压：采用油压机对加热后的锭坯进行水封挤压方式或无水封挤压方式加工成棒坯，挤压比：10～402。
2、拉伸制品工艺流程为(拉伸制品规格：Φ10～60mm)：
所述的配料、熔铸、加热、挤压、精整、拉伸、切定尺、退火、检查、包装工序，作为本发明的特征在于配料、加热、挤压、拉伸、退火，其中：
所述的配料：合金组分：Cu：57～67％，Sb：0.2～3.0％，Si：0.20～3.0％，Al：0.05～2.0％，P：0.05～0.20％，Pb：≤0.01％，其它元素包括：铁≤1％、镁≤0.3％、稀土元素≤0.3％、硼≤0.5％、钛≤0.5％中的一种，余量为锌及不可避免的杂质，各组分之和为百分之百。
所述的加热：采用加热炉对锭坯进行加热，加热温度：600～740℃。
所述的挤压：采用油压机对加热后的锭坯进行水封挤压方式或无水封挤压方式加工成棒坯，挤压比：10～402。
所述的拉伸：采用拉伸机对精整后的棒坯进行拉伸，延伸系数：1.05～2.6。
所述的退火：采用退火炉对切定尺后的棒材进行消除应力成品退火，退火温度：300～400℃。
本发明的有益效果是：采用本发明加工制作的易切削无铅环保铜合金，备有铅黄铜的切削性能，实现无铅化环保目的，并且与现有加工技术相比：省去了中间退火，降低了成本。
实施例1：
挤压加工生产制品规格为Φ10mm的一种环保易切削铜合金棒，采用加工工艺如下：
配料：合金组分：Cu：57～67％，Sb：0.2～3.0％，Si：0.20～3.0％，Al：0.05～2.0％，P：0.05～0.20％，Pb：≤0.01％，Fe≤1％或Mg≤0.3％或RE≤0.3％或B≤0.5％或Ti≤0.5％中的一种，余量为Zn及不可避免的杂质，各组分之和为百分之百。
熔铸：配比称重的合金组分材料分别先后投入熔炼炉进行熔铸成铜合金锭坯。
加热：采用加热炉对锭坯进行加热，加热温度：600～740℃。
挤压：采用油压机对加热后的锭坯进行水封挤压或无水封挤压加工成棒坯，挤压比：10～402。
精整：对挤压后的棒坯进行精整。
检查：对退火后的成品棒材按合同要求进行检查。
包装：对检查后的成品棒材按合同要求进行包装入库。
实施例2：
拉伸加工生产制品规格为Φ60mm的一种环保易切削铜合金棒，采用加工工艺如下：
配料：合金组分：Cu：57～67％，Sb：0.2～3.0％，Si：0.20～3.0％，Al：0.05～2.0％，P：0.05～0.20％，Pb：≤0.01％，Fe≤1％或Mg≤0.3％或RE≤0.3％或B≤0.5％或Ti≤0.5％中的一种，余量为Zn及不可避免的杂质，各组分之和为百分之百。
熔铸：配比称重的合金组分材料分别先后投入熔炼炉进行熔铸成铜合金锭坯。
加热：采用加热炉对锭坯进行加热，加热温度：600～740℃。
挤压：采用油压机对加热后的锭坯进行水封挤压或无水封挤压加工成棒坯，挤压比：10～402。
精整：对挤压后的棒坯进行精整。
拉伸：采用拉伸机对精整后的棒坯进行拉伸，延伸系数：1.05～2.6。
切定尺：采用锯切设备对拉伸后的棒材按合同要求进行切定尺。
退火：采用退火炉对切定尺后的棒材进行消除应力成品退火，退火温度：300～400℃。
检查：对退火后的成品棒材按合同要求进行检查。
包装：对检查后的成品棒材按合同要求进行包装入库。
Claims (2)
1、一种易切削铜合金材料的加工工艺，采用挤压制品工艺的工艺流程为：配料、熔铸、加热、挤压、精整、检查、包装工序；其特征在于：合金组分重量比为：Cu：57～67％、Sb：0.2～3.0％、Si：0.20～3.0％、Al：0.05～2.0％、P：0.05～0.20％、Pb：≤0.01％、Fe≤1％或Mg≤0.3％或RE≤0.3％或B≤0.5％或Ti≤0.5％，余量为Zn及不可避免的杂质，各组分之和为百分之百；所述的加热：采用加热炉对铸锭进行加热，加热温度：600～740℃；所述的挤压：采用油压机对加热后的锭坯进行水封挤压或无水封挤压加工成棒坯，挤压比：10～402。
2、一种易切削铜合金材料的加工工艺，采用拉伸制品工艺的工艺流程为：配料、熔铸、加热、挤压、精整、拉伸、切定尺、退火、检查、包装工序；其特征在于：合金组分重量比为：Cu：57～67％、Sb：0.2～3.0％、Si：0.20～3.0％、Al：0.05～2.0％、P：0.05～0.20％、Pb：≤0.01％、Fe≤1％或Mg≤0.3％或RE≤0.3％或B≤0.5％或Ti≤0.5％，余量为Zn及不可避免的杂质，各组分之和为百分之百；所述的加热：采用加热炉对铸锭进行加热，加热温度：600～740℃；所述的挤压：采用油压机对加热后的锭坯进行水封挤压或无水封挤压加工成棒坯，挤压比：10～402；所述的拉伸：采用拉伸机对精整后的棒坯进行拉伸，延伸系数：1.05～2.6；所述的退火：采用退火炉对切定尺后的棒材进行消除应力成品退火，退火温度：300～400℃。
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