CN106893883A

CN106893883A - 一种铸造用低铅易切削硅黄铜合金及其制备方法

Info

Publication number: CN106893883A
Application number: CN201510957711.2A
Authority: CN
Inventors: 林孝发; 林孝山; 周年润; 汪火良
Original assignee: Jomoo Group Co Ltd
Current assignee: Jomoo Kitchen and Bath Co Ltd; Jomoo Group Co Ltd
Priority date: 2015-12-18
Filing date: 2015-12-18
Publication date: 2017-06-27

Abstract

本发明公开了一种铸造用低铅易切削硅黄铜合金及其制备方法，由以下重量百分比的各组分组成：63～65wt％的Cu、0.7～1.0wt％的Si、0.8～1.0wt％的Al、0.1～0.2wt％的Pb、大于0且小于0.05wt％变质元素和大于0且小于0.3wt％的其他元素，余量为Zn及不可避免的杂质，其中变质元素为B、Ti、Zr和稀土元素中的至少一种，其他元素为Sn、Fe和Ni中的至少一种，Cu、Si、Al、Zn和Pb的总量大于99.6wt％。本发明的铸造用低铅易切削硅黄铜合金的性能优良，特别是铸造收缩率低，缩孔缩松倾向小，其切削加工效率可达到铅黄铜C36000的60％以上，原材料成本不高，适用于重力铸造或低压铸造生产水龙头、阀门等饮用水***零部件。

Description

一种铸造用低铅易切削硅黄铜合金及其制备方法

技术领域

本发明属于黄铜合金技术领域，具体涉及一种铸造用低铅易切削硅黄铜合金及其制备方法。

背景技术

铅黄铜以其良好的切削性能、铸造成型性能、力学性能以及高的性价比，而被广泛应用于水暖卫浴行业龙头本体、连接配件、阀门等产品的生产。但饮用水***中黄铜中的Pb在水中会浸出，进入人体会严重危害人类健康。因此，世界各国均重视“铅”造成的危害和污染，相关的法令法规都严格限制和禁止铅黄铜的使用。研究开发无铅黄铜的关键技术是采用其他元素来代替铅，解决黄铜切削加工性能和使用性能的矛盾。如通过添加铋、硅、锑、镁、碲等代替铅，来提高无铅黄铜的易切削性能，目前这些新材料均已在一定程度上获得应用。

其中硅黄铜具有较好的经济性、防止铸件冷热脆性和铜锭容易生产制备等优点而受到行业重视，但目前现有的硅黄铜在铸造成型性能、切削加工性能上仍与普通铅黄铜有不小差距，导致了铸件不良率高、生产成本增加和机加工效率下降。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术缺陷，提供一种铸造用低铅易切削硅黄铜合金。

本发明的另一目的在于提供上述铸造用低铅易切削硅黄铜合金的制备方法

本发明的具体技术方案如下：

一种铸造用低铅易切削硅黄铜合金，该合金由以下重量百分比的各组分组成：63～65wt％的Cu、0.7～1.0wt％的Si、0.8～1.0wt％的Al、0.1～0.2wt％的Pb、大于0且小于0.05wt％变质元素和大于0且小于0.3wt％的其他元素，余量为Zn及不可避免的杂质，其中变质元素为B、Ti、Zr和稀土元素中的至少一种，其他元素为Sn、Fe和Ni中的至少一种，Cu、Si、Al、Zn和Pb的总量大于99.6wt％。

在本发明的一个优选实施方案中，由以下重量百分比的各组分组成：63.2～65wt％的Cu、0.7～0.9wt％的Si、0.85～1.0wt％的Al、0.1～0.18wt％的Pb、大于0且小于0.03wt％变质元素和大于0且小于0.2wt％的其他元素，余量为Zn及不可避免的杂质，Cu、Si、Al、Zn和Pb的总量大于99.7wt％。

进一步优选的，由以下重量百分比的各组分组成：63.5～64.5wt％的Cu、0.75～0.9wt％的Si、0.85～0.95wt％的Al、0.1～0.15wt％的Pb、大于0且小于0.03wt％变质元素和大于0且小于0.15wt％的其他元素，余量为Zn及不可避免的杂质。

进一步优选的，由以下重量百分比的各组分组成：63.7～64.5wt％的Cu、0.8～0.9wt％的Si、0.9～0.95wt％的Al、0.1～0.15wt％的Pb、大于0且小于0.015wt％变质元素和大于0且小于0.1wt％的其他元素，余量为Zn及不可避免的杂质。

在本发明的一个优选实施方案中，所述其他元素中包括Sn，Sn的含量大于0且小于等于0.1wt％。

一种上述铸造用低铅易切削硅黄铜合金的制备方法，包括如下步骤：

(1)按铸造用低铅易切削硅黄铜合金的组成称取Cu、Si、0#Zn、Al、Pb、变质元素和其他元素，变质元素为B、Ti、Zr和稀土元素中的至少一种，其他元素为Sn、Fe和Ni中的至少一种；

(2)将Si和Cu置于感应电炉底层，添加清渣剂精炼并使用木炭覆盖，升温至1050～1150℃，直至物料全部熔化，滤去表层浮渣；

(3)调节温度至1030～1080℃，向步骤(2)所得的物料中添加0#Zn并迅速压入炉底，待溶化后充分搅拌；

(4)向步骤(3)所得的物料中加入Al、Sn、Pb、Ni和Fe，充分搅拌以保证合金液成分均匀；

(5)向步骤(4)所得的物料中添加变质元素，升温至1050～1150℃，喷火、搅拌并保温2～3分钟；

(6)将步骤(5)所得的物料1000～1050℃静置保温10～20分钟，使合金均匀以及杂质浮起，滤去浮渣及杂质；

(7)将步骤(6)所得的物料升温至1050～1100℃出炉浇注，冷却即成。

本发明的技术方案中：

Si(硅)主要作用是改善合金的铸造性能和焊接性能，提高合金的耐腐蚀性能，Si(硅)含量控制在0.7-1.0wt％，在此范围内铸造成型时不易产生缩孔、且合金切削性能优良。含量过低铸造收缩性变差、切削性能不足；超出此范围，由于硅的锌当量系数为10，会导致硬度明显增加，切削性能下降。

Al(铝)主要作用是改善合金的铸造收缩性能、流动性能，有助于铸造成型，同时Al(铝)可在铸件表面形成Al₂O₃薄膜，提高铸件的耐腐蚀性能。Al(铝)的含量控制在0.8～1.0wt％为宜，低了则合金的铸造收缩性能变差；高了则高温脆性大，铸件易出现脆性开裂，切削性能变差，疏松倾向增加。

Ni(镍)与Cu(铜)可以形成连续固溶体，使得合金强度升高，塑性和韧性有所降低，而合金塑性降低有利于机加断屑，提高切削效率。Sn(锡)的作用是抑制黄铜脱锌，提高黄铜的耐蚀性；添加铁可细化晶粒组织，提升铸造成型性能。Ni(镍)+Sn(锡)+Fe(铁)的取值范围控制在不超过0.3wt％，镍和锡含量过高会导致原材料成本增加，铁含量过高会导致切削性能和抛光性能下降。

变质剂B(硼)、Ti(钛)、Zr(锆)、RE(稀土)主要是细化晶粒并对合金进行变质处理。γ相为合金温度下降至835℃时由于发生包晶转变L+β→γ而产生的，铸态时的γ相主要呈网状存在于β相的晶界上，在β相晶体内则呈现粗大的星花状分布，这种分布形式对黄铜的综合性能产生不利影响。通过变质处理加入人工晶核的办法，使得在β相结晶的同时γ相也同时结晶，从而使得γ相均匀弥散分布于β相中，提高合金的冲击韧性和切削性能。同时，变质细化晶粒也可提高合金的铸造性能。

本发明的有益效果是：

1、本发明的铸造用低铅易切削硅黄铜合金通过多元合金化，尤其是通过调整硅、铝和铜的含量，使得合金的组成为α相+β相+少量γ相，其中γ相用来替代传统的Pb(铅)颗粒起到切削断屑的作用；

2、本发明的铸造用低铅易切削硅黄铜合金通过添加适量的变质剂，细化晶粒并改善γ相的分布形态，提高切削效率；

3、本发明的铸造用低铅易切削硅黄铜合金的性能优良，特别是铸造收缩率低，缩孔缩松倾向小，其切削加工效率可达到铅黄铜C36000的60％以上，原材料成本不高，适用于重力铸造或低压铸造生产水龙头、阀门等饮用水***零部件。

具体实施方式

以下通过具体实施方式对本发明的技术方案进行进一步的说明和描述。

一种铸造用低铅易切削硅黄铜合金的制备方法包括如下步骤：

用上述方法制得下表1所示的各实施例的不同组分的铸造用低铅易切削硅黄铜合金和各对比例：

表1

上表中的实施例1至8的铸造用低铅易切削硅黄铜合金及对比例样品的性能测试结果如表2所示，其中：

铸造性能以通用的体收缩试样、螺旋试样、和小浇杯试样来评价。体收缩试样收缩深度越浅，铸造缩孔倾向越小；体收缩试样和小浇杯试样内表面越光滑，底部无疏松，合金铸造疏松倾向越小；螺旋试样越长，则铸造流动性能越好；

切削性能以在相同的机械加工条件(转速：570r/min，进给：0.2mm/r，背吃刀量：单边2mm)，采用切削力测试仪测得各实施例和对比例合金的切削阻力以及美标C36000铅黄铜的切削阻力，这样可得到相对于C36000的切削效率(C36000公认的切削效率为100％)。相对切削效率的计算方法如下：

相对切削效率＝C36000切削阻力/各发明合金和对比合金的切削阻力×100％

若相对切削效率≥75％表示为“优”；相对切削效率在60-74％表示为“良”；相对切削效率在50-59％表示为“较差”；相对切削效率＜50％表示为“差”；

脱锌腐蚀试验根据GB/T 10119-2008《黄铜耐脱锌腐蚀性能的测定》执行，本发明耐脱锌腐蚀性能用平均脱锌层深度衡量，平均脱锌层深度越大，则耐脱锌腐蚀性能越差；

铅析出量根据GB/T 18145-2014《陶瓷片密封水嘴》的规定执行，国标规定饮用水***用黄铜零部件的铅析出统计值(Q值)应小于5μg/L。Q值越小，则铅的析出量越少；

力学性能根据GB/T228.1-2010《金属材料拉伸试验第1部分：室温试验方法》和GB/T 231.1-2009《金属材料布氏硬度试验第1部分：试验方法》执行，材料强度和硬度越高，机加工对刀具的磨损就越严重。

表2：

本领域普通技术人员可知，本发明的各组分的质量百分比在下述范围内变化时，仍能够得到与上述实施例相同或相近的技术效果，皆属于本发明的保护范围：

一种铸造用低铅易切削硅黄铜合金，该合金由以下重量百分比的各组分组成：63～65wt％的Cu、0.7～1.0wt％的Si、0.8～1.0wt％的Al、0.1～0.2wt％的Pb、大于0且小于0.05wt％变质元素和大于0且小于0.3wt％的其他元素，余量为Zn及不可避免的杂质，其中变质元素为B、Ti、Zr和稀土元素中的至少一种，其他元素为Sn、Fe和Ni中的至少一种，Cu、Si、Al、Zn和Pb的总量大于99.6wt％，若其他元素中包括Sn，则Sn的含量大于0且小于等于0.1wt％。。

优选的，由以下重量百分比的各组分组成：63.2～65wt％的Cu、0.7～0.9wt％的Si、0.85～1.0wt％的Al、0.1～0.18wt％的Pb、大于0且小于0.03wt％变质元素和大于0且小于0.2wt％的其他元素，余量为Zn及不可避免的杂质，Cu、Si、Al、Zn和Pb的总量大于99.7wt％。

以上所述，仅为本发明的较佳实施例而已，故不能依此限定本发明实施的范围，即依本发明专利范围及说明书内容所作的等效变化与修饰，皆应仍属本发明涵盖的范围内。

Claims

1.一种铸造用低铅易切削硅黄铜合金，其特征在于：该合金由以下重量百分比的各组分组成：63～65wt％的Cu、0.7～1.0wt％的Si、0.8～1.0wt％的Al、0.1～0.2wt％的Pb、大于0且小于0.05wt％变质元素和大于0且小于0.3wt％的其他元素，余量为Zn及不可避免的杂质，其中变质元素为B、Ti、Zr和稀土元素中的至少一种，其他元素为Sn、Fe和Ni中的至少一种，Cu、Si、Al、Zn和Pb的总量大于99.6wt％。

2.如权利要求1所述的一种铸造用低铅易切削硅黄铜合金，其特征在于：由以下重量百分比的各组分组成：63.2～65wt％的Cu、0.7～0.9wt％的Si、0.85～1.0wt％的Al、0.1～0.18wt％的Pb、大于0且小于0.03wt％变质元素和大于0且小于0.2wt％的其他元素，余量为Zn及不可避免的杂质，Cu、Si、Al、Zn和Pb的总量大于99.7wt％。

3.如权利要求2所述的一种铸造用低铅易切削硅黄铜合金，其特征在于：由以下重量百分比的各组分组成：63.5～64.5wt％的Cu、0.75～0.9wt％的Si、0.85～0.95wt％的Al、0.1～0.15wt％的Pb、大于0且小于0.03wt％变质元素和大于0且小于0.15wt％的其他元素，余量为Zn及不可避免的杂质。

4.如权利要求3所述的一种铸造用低铅易切削硅黄铜合金，其特征在于：由以下重量百分比的各组分组成：63.7～64.5wt％的Cu、0.8～0.9wt％的Si、0.9～0.95wt％的Al、0.1～0.15wt％的Pb、大于0且小于0.015wt％变质元素和大于0且小于0.1wt％的其他元素，余量为Zn及不可避免的杂质。

5.如权利要求1至4中任一权利要求所述的一种铸造用低铅易切削硅黄铜合金，其特征在于：所述其他元素中包括Sn，Sn的含量大于0且小于等于0.1wt％。

6.一种权利要求1至5中任一权利要求所述的铸造用低铅易切削硅黄铜合金的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：