CN102002611A

CN102002611A - 一种易切削白色黄铜合金及其制造方法

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Publication number: CN102002611A
Application number: CN 201010511166
Authority: CN
Inventors: 巢国辉; 王永如
Original assignee: Ningbo Jintian Copper Group Co Ltd
Current assignee: Ningbo Jintian Copper Group Co Ltd
Priority date: 2010-10-15
Filing date: 2010-10-15
Publication date: 2011-04-06
Anticipated expiration: 2030-10-15
Also published as: CN102002611B

Abstract

一种易切削白色黄铜合金，主元素组成配比为58～68wt％铜、0.5～2.5wt％铋、8.0～15wt％锰、0.1～2.0wt％铝，余量为锌以及不可避免的杂质含量不大于0.5wt％，可选择元素包括铁、锡中的1种或2种总含量不大于0.5wt％。制造方法按重量百分比将电解铜、铜铋合金、铝丝及可选择元素铁和锡，加入温度在1030～1080℃工频电炉内熔炼，炉温升高至1150～1160℃以上时加入纯锰，待炉温降至1050～1080℃时加入铜铋合金和电解锌，待物料全部熔化后，充分搅拌10分钟；将熔体转入保温于1050～1100℃的保温炉中水平连铸成白铜合金铸锭。通过锰调节铜成白色，用铋提高铜合金切削性能，用铝来改善合金抗腐蚀性，既不含铅也不含镍，且防止电镀过程对环境和人类的危害。

Description

一种易切削白色黄铜合金及其制造方法

技术领域

本发明涉及一种白色黄铜合金及其制造方法，特别涉及一种易切削白色黄铜合金及其制造方法。

背景技术

现有的钥匙坯料、电子电气的接插件以及一些仪表零件都是以黄铜或白铜作为原料。当以黄铜为原料时，往往需要电镀一层镍或锡，保证以上产品具有银白色美丽的外观，并且镀层可以提高这些产品的耐腐蚀性能。但是这种生产流程较长，消耗能源与资源较多，而且电镀过程中的电镀液对环境保护和人身健康不利，另外，当镀层磨损后，这些产品容易腐蚀生锈。当以白铜为原料时，生产流程较短，不用进行电镀处理。但是白铜含有部分镍，原材料成本居高不下，而且镍元素对人体有致敏反应和致癌倾向。因而国外发达国家已经限制与人体接触的合金材料中镍的含量并呼吁要取消与人体直接接触的含镍产品的使用。

目前德国、日本、中国都发明了不含镍的银白色铜合金，其中例如中国专利申请号97114874.0说明书中公开的一种发明专利《合金，尤其是用于制造眼镜框架、首饰等物的合金》，是德国贝尔肯霍夫公司发明的一种无镍白铜材料，其制造方法是：Zn 3.0-7.0％，Mn 8.0-13.0％，Fe 0.5-3.5％，Al 4.5-8.0％，Cu余量。又如申请号00106848.2说明书中公开的一种发明专利《无镍白色铜合金》，是日本YKK株式会社发明的一种无镍白色铜合金，是一种由通式Cu_aZn_bMn_cAl_d或Cu_aZn_bMn_cAl_dX_e表示的无镍白色铜合金，其中X选自Si、Ti及Cr的至少一种元素。b、c、d及e分别表示范围如下，0.5≤b＜5，7≤c≤17，及0.5≤d≤4，0＜e≤0.3，a表示余量。

以上不含镍的铜合金可以使铜合金达到银白色，但是这些合金Cu含量较高，原材料成本依然较高，而且这些合金切削性能较差，不能适应高速机加工条件，同时切削表面毛糙。因此，国内外迫切要求研制开发一种低成本、银白色、易切削的铜合金替代部分白铜和黄铜。

发明内容

本发明的目的是针对上述技术现状而提供一种环保的低成本易切削白色铜合金及其制造方法。

本发明的技术方案是：

一种易切削白色黄铜合金，它包括主元素和可选择元素，其特征是主元素组组成配比58～68wt％铜、0.5～2.5wt％铋、8.0～15wt％锰、0.1～2.0wt％铝，余量为锌以及不可避免的杂质，不可避免的杂质总量不大于0.5wt％，可选择元素包括铁、锡中的1种或2种，可选择元素总含量不大于0.5wt％。

一种易切削白色黄铜合金的制造方法，其特征包括以下步骤：

a、按设计好重量百分比将电解铜、铝丝和可选择元素铁和锡，加入温度在1030～1080℃工频电炉内熔炼，炉温升高至1150～1160℃以上时加入纯锰，待纯锰熔炼完全后炉温降至1050～1080℃时加入铜铋合金和电解锌，待物料全部熔化后，充分搅拌10分钟；

b、将熔体转入保温于1050～1100℃的保温炉中水平连铸成白铜合金铸锭；

c、将上述已冷却的白铜合金铸锭加热到570～700℃进行热挤压；

d、将挤压后的产品经拉伸、去应力退火、矫直、抛光成为成品。

作为改进，一种易切削白色黄铜合金组成配比可优选为60～65wt％铜、1.0～2.0wt％铋、8.0～15.0wt％锰、0.1～2.0wt％铝，余量为锌以及不可避免的杂质，不可避免的杂质总量不大于0.5wt％，可选择元素包括铁、锡中的1种或2种，可选择元素总含量不大于0.5wt％。

再改进，一种易切削白色黄铜合金组成配比可优选为60～65wt％铜、1.5～2.2wt％铋、10.0～15.0wt％锰、0.1～2.0wt％铝，余量为锌以及不可避免的杂质，不可避免的杂质总量不大于0.5wt％，可选择元素包括铁、锡中的1种或2种，可选择元素总含量为该合金的0.5～2.0wt％。

再改进，所述加入的纯锰为薄片状的电解锰，以便迅速熔化。

再改进，所述挤压加工率应不小于80％，以达到晶粒细化作用。

再改进，所述去应力退火温度为300～400℃。

本发明一种易切削白色黄铜合金的铜含量58～68wt％。铜含量低于58wt％时呈银白色，但冷加工性能差，拉拔过程中容易断裂，成品的延伸率低，实用价值低。铜含量高于68wt％时呈微黄色，β相含量低，热加工性能不佳，切削性能降低，而且制造成本增高。

铋是提高合金切削性能的重要因素，铋在铜中的固溶度极低，固态下，铋以第二相粒子分布在基体上。铋性脆且熔点低，在合金中形成脆、软、弥散的小质点，因此铋的存在可以视为合金基体中产生的微小空间，从而割断了基体的连续性，成为应力集中源，在切削过程中使切屑容易断裂脱落，切削时铋在刀刃的接触面上就有大量软的铋质点存在，相当于减小了切削层面积，使得刀具磨损减小，切削温度和切削力降低，达到易切削的目的。铋含量低于0.5wt％时，切屑较长，车刀切削力较大，达不到易切削的目的。铋含量高于2.5wt％时，切削性能没有提高，反而降低合金的加工性能增加生产成本。

锰与铜能形成置换式固溶体，锰基本上不改变黄铜的组织，但可以通过固溶强化使黄铜的强度和硬度提高，并大幅度提升对海水、氯化物和过热蒸汽的耐蚀性。黄铜中随着锰含量的增加，颜色逐渐由红变黄、由黄变白。锰含量低于8wt％时，合金颜色偏黄，达不到白色水平。锰含量高于15wt％时，合金中出现过多富锰相，硬度急剧升高，导致

加工困难。

铝的作用是：在合金表面形成一层稳定的氧化物膜，从而改善合金抗应力腐蚀破裂性能。同时，铝也有固溶强化，改善合金机械特性的作用。当铝低于0.1wt％时，对改善抗应力腐蚀性能和固溶强化效果不明显；当铝大于2.0wt％时，合金中形成大量的β相，甚至γ相，恶化

加工性能。

铁主要是起细化晶粒、阻止晶粒长大的作用，能提高软化点，增加强度，提高热加工性能。铁含量大于0.5wt％时，会降低耐蚀性能，而且在合金中形成硬质点，严重磨损车刀。

锡能少量固溶在黄铜中，在凝固过程锡在晶界和相界处析出，阻止枝晶长大，促进晶粒细化。同时它还能改善铋在合金中的状态，增大铋质点的浸润角，促使铋由薄膜态转化为球状，并分布更加弥散均有。由于改善了铋质点的形态和分布，进而使合金在机加工中易形成短断屑点，减少刀头和工件的粘结和焊和，具有更加优良的切削性能。此外，少量锡能提高合金的强度和硬度，抑制黄铜脱锌，提高合金的耐蚀能力。锡含量高于0.5wt％时，反而降低合金的切削性能，同时增加原材料成本。

本发明通过锰来调节黄铜颜色由黄变白，用铋来提高合金的切削性能，用铝来改善合金抗应力腐蚀性能。本发明与铅黄铜相比，颜色为白色，可以去除后道电镀工序，减少生产流程，不含铅以及降低电镀过程对环境和人体的危害。本发明与镍白铜相比，成本较低，切削性能优异，且不含镍，降低了镍对人身健康的危害。本合金生产工艺简单，可利用现有黄铜合金的生产设备制造，不需要增加新的设备。

具体实施方式

电解铜、电解锌、纯铝丝和纯锰为市售工业原料，铜铋合金可自制。

以下结合实施例对本发明做详细说明。

首先按58～68wt％铜、8.0～15.0wt％锰，0.5～2.5wt％铋、0.1～2.0wt％铝，可选择元素铁、锡中的1种或2种最高为0.5wt％，其余为锌和不可避

杂质，不可避

的杂质总量不大于0.5wt％的成分配比。首先制备铜铋合金，按铋为14％重量，余量为铜和不可避

杂质，在1080～1100℃真空度小于1Pa真空炉中熔化铜和铋，在1030～1050℃浇铸成铜铋合金。

电解铜、铋、铝丝和可选择元素，加入温度在1030～1080℃的工频感应电炉，炉温升高至1150℃时加入电解锰。温度降至1050～1080℃时加入铜铋中间合金和电解锌，待物料全部熔化后，充分搅拌10分钟。然后

熔体转入保温于1050～1100℃的保温炉中水平连铸，制备出Φ145mm白铜合金铸锭。

之后

白铜合金铸锭加热至570～700℃进行热挤压，挤压加工率应不小于80％。挤压后的半成品经拉伸、去应力退火、矫直、抛光后成为成品。其中去应力退火温度为300～400℃。本发明合金挤压规格Φ8.8mm，最终成品规格Φ8.0mm。本发明制备的黄铜合金铸锭与比较例化学成分如表1所示。

比较例合金选取HPb59-1和BZn15-21-1.8两个牌号。依据铜、铅含量相近的原则，

实施例和比较例进行对比。

表1本发明实施例合金与比较例合金的化学成分(wt％)

其中实施例1与比较例1(HPb59-1)、实施例2与比较例2(BZn15-21-1.8)、，铜、铋和铅含量接近，具有可比性。

本发明实施例合金及比较例合金测试性能如下：

1、力学性能

表2为本发明实施例合金与比较例合金的抗拉强度、延伸率和维氏硬度值。

表2实施例与比较例合金的抗拉强度、延伸率和维氏硬度值

材料编号	抗拉强度/MPa	延伸率/％	维氏硬度
				实施例1	600～650	7～11	195～215
实施例2	585～630	10～13	190～210
				实施例3	580～620	10～14	185～200
实施例4	550～600	15～19	180～195
				实施例5	500～550	18～25	150～175
比较例1	460～480	9～13	155～165
				比较例2	580～620	7～12	170～190

本发明实施例1抗拉强度和硬度明显高于比较例1合金，实施例2抗拉强度与硬度与比较例2相当。

2、合金颜色

上述制得的实施例和比较例合金用SiC抛光纸及金刚石研磨膏进行镜面抛光处理。然后以比较例2(BZn15-21-1.8)的颜色为基准，作为纯白色，比较其他实施例合金与比较例合金的颜色。表3为本发明实施例与比较例合金颜色。

表3发明实施例与比较例合金的颜色

比较例2

白

本发明实施例1比比较例1合金颜色更白，实施例2与比较例2合金颜色都为银白色，颜色基本相同。实施例4和5呈

黄和微黄，在于铜含量偏高而锰含量偏低，可见锰的含量低于10wt％就使铜合金呈微黄颜色。

3、切削性能

通过车削评价切削性能的实验具体方法如下：

在相同的机械加工条件下，采用切削力测试仪测得车削过程中车刀所受作用力。并由此计算出实施例合金与比较例合金相对于HPb59-1的切削指数，

HPb59-1的切削性能认为是100％。

试验设备为CA-6140卧式普通车床，刀具材料Ys8，车床参数为主轴转速500r/min，进给速度0.2mm/r，切深0.5mm。测得发明实例与比较例合金的切削性能如表4所示。

表4发明实例与比较例合金的切削性能

材料编号	切削性指数/％
		实施例1	96
实施例2	98
		实施例3	106
实施例4	85
		实施例5	92

比较例1	100
		比较例2	62

本发明实施例1与比较例1合金切削性能相当，实施例2切削性能明显优于比较例2合金。

Claims

1.一种易切削白色黄铜合金，它包括主元素和可选择元素，其特征是主元素组组成配比58～68wt％铜、0.5～2.5wt％铋、8.0～15wt％锰、0.1～2.0wt％铝，余量为锌以及不可避免的杂质，不可避免的杂质总量不大于0.5wt％，可选择元素包括铁、锡中的1种或2种，可选择元素总含量不大于0.5wt％。

2.根据权利要求1所述的一种易切削白色黄铜合金组成配比为60～65wt％铜、1.0～2.0wt％铋、8.0～15.0wt％锰、0.1～2.0wt％铝，余量为锌以及不可避免的杂质，不可避免的杂质总量不大于0.5wt％，可选择元素包括铁、锡中的1种或2种，可选择元素总含量不大于0.5wt％。

3.根据权利要求2所述的一种易切削白色黄铜组成配比为60～65wt％铜、1.5～2.2wt％铋、10.0～15.0wt％锰、0.1～2.0wt％铝，余量为锌以及不可避免的杂质，不可避免的杂质总量不大于0.5wt％，可选择元素包括铁、锡中的1种或2种，可选择元素总含量为该合金的0.5～2.0wt％。

4.根据权利要求1所述的一种易切削白色黄铜合金的制造方法，其特征包括以下步骤：

a、按设计好重量百分比将电解铜、铝丝和可选择元素铁和锡，加入温度在1030～1080℃频电炉内熔炼，炉温升高至1150～1160℃以上时加入纯锰，待纯锰熔炼完全后炉温降至1050～1080℃时加入铜铋合金和电解锌，待物料全部熔化后，充分搅拌10分钟；

5.根据权利要求4所述的一种易切削白色黄铜合金的制造方法，其特征在于所述加入的锰为薄片状的电解锰。

6.根据权利要求4所述的一种易切削白色黄铜合金的制造方法，其特征在于所述挤压加工率应不小于80％。

7.根据权利要求4所述的一种易切削白色黄铜合金的制造方法，其特征在于所述去应力退火温度为300～400℃。