发明内容
本发明的目的是提供一种既具有高的抗拉强度、良好的冷热加工性能,而且保持原有锌白铜的耐蚀性、可焊性和美观的颜色,价格成本相对低廉的高强度锌白铜合金。
本发明的高强度锌白铜合金,其化学成分组成含有(wt%):Ni13~17%,Zn 28~45%,以及余量的Cu,其中,合金成分中Cu+Zn+Ni含量≥99.5%。
镍的加入是提高合金的强度、耐蚀性和银白色。当镍含量低于13%,锌白铜的银白色中就泛浅黄色;高于17%,增加合金成本。锌是固熔强化元素,提高合金强度和耐蚀性,使锌白铜银白色变得更加美观。锌的含量不应低于28%,否则强度下降,耐蚀性不好;高于40%,加工性能不好。
作为优选,本发明的高强度锌白铜合金,其化学成分组成为(wt%):Ni 13~17%,Zn 28~45%,Be、Ti、Zr三种元素中的一种或两种,所述Be、Ti、Zr三种元素的含量分别为:Be 0~0.5%,Ti 0~0.5%,Zr 0~0.4%,以及余量的Cu,其中合金成分中Cu+Zn+Ni含量≥99.5%。
加入微量元素是进一步提高合金性能。铍和钛是铜合金中很好的强化合金元素,加入少量就能提高合金性能。锆不但能强化,而且细化晶粒和起脱氧作用。它们的含量之和应≤0.5%,否则增加合金成本。
作为进一步优选,本发明的高强度锌白铜合金,其化学成分组成为(wt%):Ni 13~17%,Zn 28~45%, Be、Ti、Zr三种元素中的一种或两种,所述Be、Ti、Zr三种元素的总含量控制为0.5%,以及余量的Cu。
本发明的高强度锌白铜合金最佳化学成分为(wt%):Ni含量为15%,Zn含量为38%,Be、Ti、Zr三种元素中的一种或两种,所述Be、Ti、Zr三种元素的总含量控制为0.5%,以及余量的Cu。
本发明的高强度锌白铜合金,其加工工艺和现有锌白铜加工工艺一样,可分为两种:一是铁模铸锭工艺,二是水平连铸工艺,一般的铜合金加工厂都能生产,适合于商业化生产。
与现有技术相比,本发明的高强度锌白铜合金以经济性和适用性为目的,合金含有较高组分的锌,部分地替代镍和铜,使合金的原料成本下降;合金保持原有各种锌白铜的耐蚀性、焊接性和颜色,而且具有更高的拉伸强度;合金的冷热加工性能良好。本发明合金能加工成棒材、型材、线材、丝材、板材、带材和管材。适用于各工业领域,尤其适合于制作眼镜框架。
具体实施方式
以下结合实施例对本发明作进一步详细描述。
本实施例的工艺路线为:配料→连铸→拉伸→退火→酸洗→拉伸→成品→(或成品退火)→包装入库。
1.发明合金组成(wt%):
Ni:15%,Zn38%,Ti:0.4%,Zr:0.1%,Cu:余量
2.合金熔炼工艺
原材料:电解铜、电解镍、锌锭、Cu-6%Ti中间合金、Cu-5%Zr中间合金
技术条件和参数:连铸坯规格:Φ12mm,熔炼温度:1300-1400℃,覆盖剂:干燥木炭。
加料顺序:电解铜、电解镍→熔化完了加锌→加中间合金→熔化完倒入300kg保温炉内进行保温→保温炉内温度达到1200℃以上,炉前取样分析→成分合格,出炉,其中熔炼过程和保温过程中用木炭覆盖。
炉前成分分析Ni:14.09%,Zn:39.0%,Ti:0.3005%,Zr:0.0911%,Cu:余量。
3.水平连铸
拉铸温度:1200-1250℃
拉铸参数:
牵拉 回推
时间 0.05sec 时间 0.02sec
长度 9mm 长度 0.5mm
运行静止 0.05see 静止 0sec
加速度 0.05sec 运行循环 100
运行速度 1593mm/min
冷却水温:入水水温:20-25℃,出口水温:50-55℃
4.冷拉拔工艺和热处理制度
Φ11.7→Φ6.5(加工率69%)→刨皮→Φ6.2退火700℃/2.5h→酸洗→Φ3.5(加工率68%)→光亮退火680℃/2.5h→酸洗→Φ2.0成品硬态(加工率67%)。冷热加工性能良好,冷加工率达到70%。
5.性能
Φ11.7连铸坯 抗拉强度σb=375Mpa-390Mpa,延伸率δ=55%-60%
冷拉后Φ6.5 抗拉强度σb=900Mpa-935Mpa,延伸率δ=2%-3%
退火态 抗拉强度σb=508Mpa-535Mpa,延伸率δ=44%-50%
成品硬态 抗拉强度σb=968Mpa-971Mpa,延伸率δ=2%-3%
本发明的高强度锌白铜合金其他各实施例的具体成分含量列于表1,作为对比,也同时列出了BZn15-20、BZn18-20、BZn22-18、BZn25-18四个牌号的锌白铜合金成分。
表1、本发明合金成分与商品锌白铜成分比较
合金 |
成分(wt%) |
Cu |
Ni |
Zn |
Be |
Ti |
Zr |
2 |
余量 |
15 |
38 |
- |
- |
- |
3 |
余量 |
16 |
30 |
0.4 |
- |
- |
4 |
余量 |
17 |
30 |
0.3 |
0.1 |
- |
5 |
余量 |
13 |
40 |
- |
0.2 |
0.3 |
6 |
余量 |
15 |
39 |
- |
0.3 |
- |
7 |
余量 |
15 |
38 |
- |
- |
0.4 |
8 |
余量 |
14 |
40 |
0.3 |
- |
0.1 |
BZn15-20 |
余量 |
15 |
20 |
- |
- |
- |
BZn18-20 |
余量 |
18 |
20 |
- |
- |
- |
BZn22-18 |
余量 |
22 |
18 |
- |
- |
- |
BZn25-18 |
余量 |
25 |
18 |
- |
- |
- |
本发明合金性能以及同其它锌白铜性能比较列入表2。从表2可以看到:不同的加工率造成材料内部组织不同,从而引起拉伸强度的变化,冷加工率越大,抗拉强度就越高。可根据不同的要求提供不同状态的产品。表2列出本发明合金与几种锌白铜合金性能比较,可以看出本发明合金在所有状态下,抗拉强度都高于现有的锌白铜。本发明合金抗拉强度最高可达958Mpa,而其它对比合金则达不到。例如抗拉强度最大的BZn25-18也只能达到804Mpa,和本发明合金抗拉强度相差高达154Mpa。说明本发明合金能取代所有锌白铜。
本发明合金与现有锌白铜退火状态性能比较列入表3。
从表3可以看到,退火后,本发明合金伸长率δ和其它锌白铜基本一样,而抗拉强度均要优于其他牌号锌白铜合金,说明本发明合金不但强度高,而且塑性也很好。
表2、本发明合金性能以及同其它锌白铜性能比较
规格(mm) |
状态 |
牌号 |
抗拉强度σb(Mpa) |
延伸率δ(%) |
Φ4.5 |
加工率20% |
本发明合金 |
642 |
12 |
BZn15-20 |
552 |
14 |
BZn18-20 |
587 |
6 |
BZn22-18 |
561 |
8 |
BZn25-18 |
623 |
10 |
Φ4.2 |
加工率30% |
本发明合金 |
745 |
4 |
BZn15-20 |
639 |
5 |
BZn18-20 |
630 |
3 |
BZn22-18 |
613 |
4 |
BZn25-18 |
724 |
4 |
Φ3.9 |
加工率40% |
本发明合金 |
814 |
3 |
BZn15-20 |
681 |
3 |
BZn18-20 |
640 |
2 |
BZn22-18 |
656 |
3 |
BZn25-18 |
769 |
3 |
Φ3.5 |
加工率50% |
本发明合金 |
915 |
2 |
BZn15-20 |
711 |
3 |
BZn18-20 |
687 |
3 |
BZn22-18 |
700 |
1 |
BZn25-18 |
799 |
2 |
Φ3.2 |
加工率60% |
本发明合金 |
958 |
1 |
BZn15-20 |
729 |
2 |
BZn18-20 |
713 |
2 |
BZn22-18 |
724 |
3 |
BZn25-18 |
804 |
2 |
表3、本发明合金与其它锌白铜退火状态性能比较
规格(mm) |
状态 |
牌号 |
抗拉强度σb(Mpa) |
延伸率δ(%) |
Φ3.2 |
700℃/120min |
本发明合金 |
487 |
45 |
BZn15-20 |
464 |
44 |
BZn18-20 |
423 |
40 |
BZn22-18 |
433 |
45 |
BZn25-18 |
486 |
45 |
Φ2.4 |
690℃/120min |
本发明合金 |
491 |
43 |
BZn15-20 |
460 |
45 |
BZn18-20 |
414 |
45 |
BZn22-18 |
427 |
44 |
BZn25-18 |
483 |
44 |
综合考虑各种实验结果,本发明高强度锌白铜合金保持原有各种锌白铜的耐蚀性、焊接性和颜色,而且具有更高的拉伸强度;合金含有较高的锌元素,部分地替代镍和铜,使合金的原料成本大大降低;用本发明合金取代现有锌白铜制作各种元件,有很好的技术和经济效益;合金的冷热加工性能良好,可工业化生产。
上述实施例用来解释本发明,而不是对本发明进行限制,在本发明的精神和权利要求保护范围内,对本发明作出的任何修改和改变,都落入本发明的保护范围。