CN102690973A - 一种无铅易切削黄铜合金及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种无铅易切削黄铜合金，特点是由以下组分及重量百分比组成：铜60-62%，铋0.5-2.0%，镁0.5-1.5%，锡0.5-1.5%和磷0.03-0.2%，其余为锌和总含量不大于0.1wt%的不可避免的杂质组成，其具体制备过程如下：将液态黄铜、铋、镁、锡、磷按上述配比混合并加入余量的锌，并使铋、镁、锡、磷和锌在黄铜溶液中迅速固溶为金属间化物，然后在1000-1100℃下浇注成黄铜铸锭，在600-780℃下进行挤压，在400-600℃下进行30分钟-5小时热处理，以小于100℃/小时的冷却速度进行冷却，在低于400℃下进行退火，即得到产品，优点是具有优异切削性能、冷热成型性、优良的力学性能和良好的焊接性能，同时又具有优异的耐腐蚀性能，且绿色环保。

Description

一种无铅易切削黄铜合金及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种黄铜合金，尤其是涉及一种无铅易切削黄铜合金及其制备方法。 

背景技术

铅黄铜具有优良的冷热加工性能、好的切削性能，可以满足各种形状零部件的加工，因此铅黄铜被公认为重要的基础材料，广泛应用于民用供水***的管道连接件、电子通用器械接插件、家用电器、儿童玩具以及汽车制造业中的紧固件等领域。但是铅是一种对环境和人体有害的元素，使人会造成血铅、脑铅中毒、神经受阻、智力迟钝、痴呆等不良后果。近年来各国的医学专家认为铅黄铜对人类健康和环境卫生构成巨人的威胁，因而各国都提出对含铅黄铜合金应用的限令，日本政府己将铅在水中的浸出量限制在0.01mg/l。       最近，美国、日本、欧盟、中国等国家对铜合金中的铅含量分别做出了严格控制的限令，因而含铅黄铜的应用将受到严格的限制和挑战，所以开发无铅易切削黄铜合金来代替含铅黄铜是世界金属材料制造业刻不容缓的重大课题。       目前，如美国、德国、日本也发明了不含铅的黄铜合金。如美国专利C89510、C89520、C89530，德国专利200410004293.7日本专利02121991.5等，由于该类合金硒含量较高，因此成本高；中国专利名称为无铅易切削黄铜合金和它的制造方法（申请号CN02121991.5）和无铅易切削黄铜合金及其制造方法（申请号CN200810188263.4）公开了含铝的黄铜合金，由于铝材质较软，利用铝制备得到的黄铜合金易粘刀，不能满足工作上对切削性能的要求。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种不含铅的具有优异切削性能、冷热成型性、优良的力学性能和良好的焊接性能，同时又具有优异的耐腐蚀性能，可以替代铅铜合金且不会造成环境污染和有利于降低成本的绿色环保无铅易切削黄铜合金及其制备方法。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种无铅易切削黄铜合金，其由以下组分及重量百分比组成：铜60-62wt%，铋0.5-2.0wt%，镁0.5-1.5 wt%，锡0.5-1.5 wt%和磷0.03-0.2wt%，其余为锌和总含量不大于0.1wt%的不可避免的杂质组成。

一种无铅易切削黄铜合金的制备方法，具体步骤如下：将液态黄铜、铋、镁、锡、和磷按铜60-62wt%，铋0.5-2.0wt%，镁0.5-1.5 wt%，锡0.5-1.5 wt%、磷0.03-0.2wt%的质量百分比混合，并加入余量的锌，采用中频感应电炉熔炼，使铋、镁、锡、磷和锌在黄铜溶液中迅速固溶为金属间化物，并均匀分布，然后在1000-1100℃下浇注成黄铜铸锭，在600-780℃温度下进行挤压，在400-600℃的温度下进行30分钟-5小时热处理，以小于100℃/小时的冷却速度进行冷却，在低于400℃的温度下进行退火，即得到无铅易切削黄铜合金。

与现有技术相比，本发明的优点在于：本发明一种无铅易切削黄铜合金，由以下组分及重量百分比组成：铜60-62wt%，铋0.5-2.0wt%，镁0.5-1.5 wt%，锡0.5-1.5 wt%和磷0.03-0.2 wt%，其余为锌和总含量不大于0.1 wt%的不可避免的杂质组成，上述无铅易切削锡镁黄铜合金的相组成为：以α、β两相为主，以游离态形式均匀分布于晶内、晶界的铋相、少量细小均匀分布于晶界的固溶态的含镁、含锡金属间化合物的硬脆相为辅。

上述无铅易切削黄铜合金是利用铋代替铅，来提高合金的切削性能，同时以锡来提高合金的抗脱锌性能。铋的加入可改善合金的切削性能。铋在铜中的固溶度极低，即使800℃时溶解度也不过0.01wt%，但凝固过程中铋发生沉淀，形成低熔点的弥散第二相粒子，在刀头与屑的接触面局部受热而瞬间熔化，从而使合金在机加工易形成短断屑点，进而使合金具有满意的切削性能。

镁与铜形成MgCu2和MgCu，以第二相粒子弥散分布于晶界或晶内，这些化合物脆而不硬，与刀刃接触时在切应力的作用下易于破碎，破碎后与断口处接触的金属发生应力集中，容易萌生裂纹并且扩展，使切屑断裂而不连续长大，起到了与铅类似的断屑作用，并且脆而不硬的MgCu2和MgCul化合物能减少屑对刀具的粘结作用，故合金切削性能好，并且镁的价格要低于铝，降低了制作成本。

锡是固溶强化和抑制脱锌的元素，和镁、磷一起强化基体，有利于各相分散均匀和强化相的形成，有利于强度、耐磨性和切削性能的提高，特别是有利于抗脱锌敏感性能和热成形性能的提高，锡含量少于0.5wt%时效果不明显，高于1.5wt%时降低黄铜性能，并且增加成本，因此锡的含量一般控制在0.5-1.5wt%为宜。

磷可以提高黄铜合金的脆性，当磷的含量小于0.03wt%时，磷对于提高黄铜合金的脆性不明显，过硬的黄铜合金以损坏刀片，当磷的含量大于0.2wt%时，黄铜合金在切削过程中易产生长的不易断的金属屑片，因此锡的含量一般控制在0.03-0.2wt%为宜。

综上所述，本发明一种无铅易切削黄铜合金及其制备方法，在普通黄铜的基础上，针对铅黄铜的使用性能和要求，并结合环保要求，本着降低成本的原则。采用我国资源丰富的镁代替环境污染严重和对人体危害较大的铅元素，从而达到无铅和价格低廉的目的，与铅黄铜相比具有以下突出优点：

1、属无铅黄铜材料，消除生产和使用中对环境和人体的危害；

2、具有优异的冷热成形性、优良的切削性能和力学性能，较好的抗腐蚀性能，可以代替现有的铅黄铜，应用于民用供水***的管道连接件、电子通用器械接插件、家用电器、儿童玩具以及汽车制造业中的紧固件等领域；

3、我国镁资源丰富，价格低廉，可以较大程度的降低成本；

4、生产工艺简单，易于操作，可实现规模化生产。

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。

一、具体实施例

实施例1

本发明一种无铅易切削黄铜合金，其由以下组分及重量百分比组成：铜60-62wt%，铋0.5-2.0wt%，镁0.5-1.5 wt%，锡0.5-1.5 wt%和磷0.03-0.2 wt%，其余为锌和总含量不大于0.1 wt%的不可避免的杂质组成，其具体制备过程如下：

将液态黄铜、铋、镁、锡和磷按铜60-62wt%，铋0.5-2.0wt%，镁0.5-1.5 wt%，锡0.5-1.5 wt%、磷0.03-0.2 wt%的质量百分比混合并加入余量的锌，采用中频感应电炉熔炼使铋、镁、锡、磷和锌在黄铜溶液中迅速固溶为金属间化物，并均匀分布，然后在1000-1100℃下浇注成黄铜铸锭，在600-780℃温度下进行挤压，在400-600℃的温度下进行30分钟-5小时热处理，以小于100℃/小时的冷却速度进行冷却，在低于400℃的温度下进行退火，即得到无铅易切削黄铜合金。

 实施例2

本发明一种无铅易切削黄铜合金，其由以下组分及重量百分比组成：铜60%，铋0.5%，镁0.5%，锡0.5%和磷0.03%，其余为锌和总含量不大于0.1 wt%的不可避免的杂质组成，其生产工艺流程方法如下，配料一熔铸一加热一挤压一退火一成品，具体步骤如下：

将液态黄铜、铋、镁、锡和磷按上述质量百分比混合，并加入余量的锌38.42wt%（其中杂质为0.05wt%），采用中频感应电炉熔炼使铋、镁、锡、磷和锌在黄铜溶液中迅速固溶为金属间化物，并均匀分布，然后在1000℃下浇注成黄铜铸锭，在600℃温度下进行挤压，在400℃的温度下进行30分钟热处理，以小于100℃/小时的冷却速度进行冷却，在低于400℃的温度下进行退火，即得到无铅易切削黄铜合金。

 实施例3

本发明一种无铅易切削黄铜合金，其由以下组分及重量百分比组成：铜61%，铋1%，镁1t%，锡1wt%和磷0.1wt%，其余为锌和总含量不大于0.1 %的不可避免的杂质组成，具体制备过程如下：

将液态黄铜、铋、镁、锡和磷按上述质量百分比混合，并加入余量的锌35.87%（其中杂质为0.03wt%），采用中频感应电炉熔炼使铋、镁、锡、磷和锌在黄铜溶液中迅速固溶为金属间化物，并均匀分布，然后在1050℃下浇注成黄铜铸锭，在700℃温度下进行挤压，在500℃的温度下进行2小时热处理，以小于100℃/小时的冷却速度进行冷却，在低于400℃的温度下进行退火，即得到无铅易切削黄铜合金。

 实施例4

本发明一种无铅易切削黄铜合金，其由以下组分及重量百分比组成：铜62%，铋2.0%，镁1.5%，锡1.5%和磷0.2%，其余为锌和总含量不大于0.1 wt%的不可避免的杂质组成，具体制备过程如下：

将液态黄铜、铋、镁、锡和磷按上述质量百分比混合，并加入余量的锌32.7%（其中杂质为0.1wt%），采用中频感应电炉熔炼使铋、镁、锡、磷和锌在黄铜溶液中迅速固溶为金属间化物，并均匀分布，然后在1100℃下浇注成黄铜铸锭，在780℃温度下进行挤压，在600℃的温度下进行5小时热处理，以小于100℃/小时的冷却速度进行冷却，在低于400℃的温度下进行退火，即得到无铅易切削黄铜合金。

二、试验结果

1、热加工性能:和C36000Q铅黄铜相当。

2、切削性能:对比样为C36000含铅黄铜

 实施例2:切削指数大于88

 实施例3:切削指数大于90

 实施例4:切削指数大于92。

 3、耐腐蚀性能:无铅易切削黄铜合金挤压退火后按照GB310119-88脱锌实验方法进行脱锌实验，对比样为C36000含铅黄铜，所测得脱锌层的厚度如下：

实施例2:平均脱锌层厚度450um

实施例3:平均脱锌层厚度240um

实施例4:平均脱锌层厚度200um

C36000:平均脱锌层厚度600um。

4、力学性能，如表1所示

上述实施例只是对本发明的进一步详细说明，本发明的保护范围以权利要求书为准。

Claims (2)

1.一种无铅易切削黄铜合金，其特征在于其由以下组分及重量百分比组成：铜60-62wt%，铋0.5-2.0wt%，镁0.5-1.5 wt%，锡0.5-1.5 wt%和磷0.03-0.2 wt%，其余为锌和总含量不大于0.1 wt%的不可避免的杂质组成。

2.一种根据权利要求1所述的无铅易切削黄铜合金的制备方法，其特征在于具体步骤如下：将液态黄铜、铋、镁、锡、磷按铜60-62wt%，铋0.5-2.0wt%，镁0.5-1.5 wt%，锡0.5-1.5 wt%、磷0.03-0.2 wt%的质量百分比混合，并加入余量的锌，采用中频感应电炉熔炼，使铋、镁、锡、磷和锌在黄铜溶液中迅速固溶为金属间化物，并均匀分布，然后在1000-1100℃下浇注成黄铜铸锭，在600-780℃温度下进行挤压，在400-600℃的温度下进行30分钟-5小时热处理，以小于100℃/小时的冷却速度进行冷却，在低于400℃的温度下进行退火，即得到无铅易切削黄铜合金。