專利名稱：一種無(wú)鉛易切削磷鎂鈣黃銅合金的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種無(wú)鉛黃銅，特別是涉及一種適用于供水系統(tǒng)及電子電器零部件的無(wú)鉛易切削磷鎂鈣黃銅合金。
背景技術(shù)：
含鉛黃銅由于具有一系列優(yōu)良的特性，已被廣泛應(yīng)用于飲用水工程、電子電訊、玩具及機(jī)械制造等眾多領(lǐng)域。但這類材料在生產(chǎn)過(guò)程中容易發(fā)生鉛的揮發(fā)，在使用過(guò)程中容易發(fā)生鉛的析出，其進(jìn)入環(huán)境后很難被除去，進(jìn)而不斷富集，極易對(duì)環(huán)境和人體健康造成威脅，世界各國(guó)均很重視鉛造成的污染和引起的危害，鉛黃銅的使用已被相關(guān)法律法規(guī)限制或禁止。環(huán)保型易切削黃銅的研究已成為世界有色金屬研究的熱點(diǎn)。近年來(lái)，國(guó)內(nèi)外對(duì)無(wú)鉛易切削黃銅進(jìn)行了大量的研究，主要是以鉍、硅、鎂、銻或石墨替代鉛。以鉍代替鉛的鉍黃銅容易發(fā)生鉍以薄膜狀在晶界偏聚，嚴(yán)重影響了鉍黃銅的力學(xué)性能，但通過(guò)添加微量元素(如錫、磷、稀土等)可改變鉍的偏析行為，美國(guó)已開(kāi)發(fā)出8種無(wú)鉛(或低鉛)的易切削鉍銅合金，日本近年來(lái)也申請(qǐng)了多項(xiàng)易切削鉍銅合金專利，并開(kāi)發(fā)出NB系列，但由于鉍資源有限，使得其價(jià)格昂貴，故鉍黃銅難以推廣應(yīng)用。以硅代替鉛的硅黃銅，其切削性能還有待提高，僅為鉛黃銅切削性能的70 80%，并且顯現(xiàn)出刀具磨損較大的缺點(diǎn)；另外，硅黃銅的銅含量高，一般在80wt%以上，其價(jià)格比黃銅高出很多。以石墨代替鉛的石墨黃銅的開(kāi)發(fā)，則由于石墨的強(qiáng)度低，比重小，容易上浮，同時(shí)其熔點(diǎn)高，很難采用普通熔鑄方法使其熔入黃銅基體中，需要采用離心、攪拌等先進(jìn)的鑄造技術(shù)，這使得生產(chǎn)工藝復(fù)雜，導(dǎo)致生產(chǎn)成本大幅增加。肖來(lái)榮等進(jìn)行了以銻代鉛的研究，并取得了一定的成果，但近年來(lái)對(duì)于銻是否對(duì)人體有害也存在不同看法，他們還進(jìn)行以鎂代替鉛的研究，其研制的鎂黃銅切削性能達(dá)到鉛黃銅性能的78. 5%，但他們僅僅在黃銅中添加鎂來(lái)改善切削性能，由于鎂黃銅在熔煉過(guò)程中容易發(fā)生氧化、吸氣等，使得單獨(dú)添加鎂來(lái)替代鉛的鎂黃銅的熔煉工藝復(fù)雜。因此，若能選擇合適的合金元素來(lái)替代鉛，同時(shí)這些合金元素資源豐富，且對(duì)人體和環(huán)境無(wú)毒，研制出生產(chǎn)工藝簡(jiǎn)單，成本低廉且切削性能優(yōu)良的無(wú)鉛黃銅將會(huì)產(chǎn)生重大的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有黃銅合金存在的不足之處，特別是鉛對(duì)環(huán)境的污染問(wèn)題，通過(guò)合理選擇合金元素來(lái)替代鉛，并優(yōu)化成分配比，提供一種不含鉛的，并具有優(yōu)異切削、耐脫鋅腐蝕、鑄造性能及優(yōu)良的機(jī)械性能的，特別適用于供水系統(tǒng)及電子電器零部件的無(wú)鉛易切削磷鎂鈣黃銅合金。本發(fā)明的目的可以通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)—種無(wú)鉛易切削磷鎂鈣黃銅合金，其特征在于，該黃銅合金的顯微組織主要包括 α相、β相及沿晶界、相界及晶粒內(nèi)彌散分布的第二相顆粒，具體組分及其按重量百分比含量分別為鋒35. 0 43. Owt%,￠^0. 28 2. (^{%，鎂0. 2 1. 8wt%，鈣0. 1 1. Owt%, 錫0. 1 0. 8wt %，其他微量元素0. 002 0. 8wt %，余量為銅及總量不大于0. Iwt %的不可避免的雜質(zhì)；所述其他微量元素為鋁、硅、硼、鈦、鐵、錳、混合稀土中的至少一種。所述黃銅合金組成中銅、鋅、磷、鎂、鈣含量的總和大于95wt%，且其中銅含量小于 62wt%。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下優(yōu)點(diǎn)1、本發(fā)明無(wú)鉛易切削磷鎂鈣黃銅合金具有優(yōu)異的優(yōu)異切削、耐脫鋅腐蝕、鑄造性能及優(yōu)良的機(jī)械性能，特別適用于需切削加工成型的零部件，選擇磷、鎂和鈣三種元素共同來(lái)替代鉛科學(xué)合理，磷、鎂和鈣對(duì)環(huán)境和人體無(wú)害，同時(shí)鈣還是營(yíng)養(yǎng)元素，磷鎂鈣黃銅可完全達(dá)到國(guó)際環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的要求，從而在世界有色金屬行業(yè)中提供一種環(huán)保型易切削黃銅材料。2、本發(fā)明選擇添加稀土、鋁、硅、硼、鈦、鐵、錳作為微量元素的作用，一是凈化晶界，細(xì)化晶粒，使由銅、鋅、磷、鎂、鈣等組成的金屬間化合物彌散分布在晶界上，提高了合金的塑性，滿足所需要的優(yōu)異的切削、冷熱成型等性能；二是抑制脫鋅、增強(qiáng)耐腐蝕性能和抗應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂性能；三是固溶強(qiáng)化，適當(dāng)提高合金強(qiáng)度。3、本發(fā)明采用中頻感應(yīng)電爐中進(jìn)行熔煉，并無(wú)需制備或購(gòu)買銅鎂及銅鈣中間合金，無(wú)需特殊生產(chǎn)設(shè)備，因此降低了生產(chǎn)成本；同時(shí)含銅量低，磷、鎂和鈣資源豐富，進(jìn)而有效地降低了原材料成本，使本發(fā)明的無(wú)鉛易切削磷鎂鈣黃銅合金具備較強(qiáng)的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。


圖1為實(shí)施例1的切屑整體形貌圖；圖2為實(shí)施例1的切屑在切削面上的SEM組織圖；圖3為實(shí)施例1的切屑在斷口上的SEM組織圖。
具體實(shí)施例方式下面通過(guò)實(shí)施例及其附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的說(shuō)明，本發(fā)明實(shí)施方式不僅限于此。實(shí)施例1步驟一配料原料規(guī)格重量電解銅99.99%Cu136.54kg電解鋅99.99%Zn100.00kg磷銅中間合金14%P10.71kg電解鎂99.99%Mg0.75kg塊狀純鈣99.97%Ca0.50kg電解錫99.99%Sn1.25kg銅稀土中間合金10%RE0.25kg步驟二 熔煉熔煉主要參數(shù)為加鋅前銅液溫度為1025°C，除氣溫度為1030°C。步驟三鑄造采用砂型鑄造進(jìn)行澆注，銅液出爐溫度為1030°C。實(shí)施例1鑄件經(jīng)金屬分析儀定量檢測(cè)分析結(jié)果具體組分及其按重量百分比含量分別為Zn 為 39. 99wt%, P 為 0. 58wt%, Mg 為 0. 29wt%, Ca 為 0. 18wt%, Sn 為 0. 5wt%, RE為0. Olwt %，余量為Cu及不可避免的微量雜質(zhì)。實(shí)施例2步驟一配料
原料規(guī)格
電解銅99.99%Cu
電解鋅99.99%Zn
磷銅中間合金14%P
電解鎂99.99%Mg
塊狀純鈣99.97%Ca
電解錫99.99%Sn
銅稀土中間合金10%RE
鋁硼中間合金3%B步驟二 熔煉
重量 145.69kg
92.50kg
5.36kg
3.00kg
1.25kg
0.75kg
1.25kg
0.20kg
熔煉主要參數(shù)為加鋅前銅液溫度為1050°C，除氣溫度為1020°C。步驟三鑄造采用砂型鑄造進(jìn)行澆注，銅液出爐溫度為1030°C。實(shí)施例2鑄件經(jīng)金屬分析儀定量檢測(cè)分析結(jié)果具體組分及其按重量百分比含量分別為Zn 為 36. 97wt%, P 為 0. 28wt%, Mg 為 1. 19wt%, Ca 為 0. 49wt%, Sn 為 0. 3wt%, RE為0. 05wt %，Al為0. 08wt %，B為0. 002wt %，余量為Cu及不可避免的微量雜質(zhì)。實(shí)施例3步驟一配料
原料規(guī)格重量電解銅99.99%Cu101.11kg電解鋅99.99%Zn105.00kg磷銅中間合金14%P32.14kg電解鎂99.99%Mg2.25kg塊狀純鈣99.97%Ca2.00kg電解錫99.99%Sn2.00kg銅稀土中間合金10%RE5.00kg鋁硼中間合金3%B0.50kg步驟二 熔煉熔煉主要參數(shù)為加鋅前銅液溫度為1080°C，除氣溫度為1030°C。步驟三鑄造采用砂型鑄造進(jìn)行澆注，銅液出爐溫度為1030°C。實(shí)施例3鑄件經(jīng)金屬分析儀定量檢測(cè)分析結(jié)果具體組分及其按重量百分比含量分別為Zn 為 41. 98wt%, P 為 1. 75wt%, Mg 為 0. 88wt%, Ca 為 0. 77wt%, Sn 為 0. 8wt%, RE為0. 2wt %，Al為0. 19wt %，B為0. 006wt %，余量為Cu及不可避免的微量雜質(zhì)。對(duì)上述實(shí)施例1-3的無(wú)鉛易切削磷鎂鈣黃銅合金進(jìn)行力學(xué)性能、切削性能及耐脫鋅腐蝕性能進(jìn)行檢測(cè)，檢測(cè)結(jié)果如下1.力學(xué)性能合金為鑄態(tài)，加工試樣依據(jù)國(guó)家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)GB/T228-2002《金屬拉伸試驗(yàn)方法》進(jìn)行拉伸試驗(yàn)，結(jié)果如表1所示。表1無(wú)鉛易切削磷鎂鈣黃銅合金的室溫力學(xué)性能
權(quán)利要求
1.一種無(wú)鉛易切削磷鎂鈣黃銅合金，其特征在于，該黃銅合金的顯微組織主要包括α 相、β相及沿晶界、相界及晶粒內(nèi)彌散分布的第二相顆粒，具體組分及其按重量百分比含量分別為鋅 35. 0 43. Owt %, ￠^0. 28 2. 0wt%,il0. 2 1. 8wt%，鈣 0. 1 1. Owt %, M 0. 1 0. 8wt %，其他微量元素0. 002 0. 8wt %，余量為銅及總量不大于0. Iwt %的不可避免的雜質(zhì)；所述其他微量元素為鋁、硅、硼、鈦、鐵、錳、混合稀土中的至少一種。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的無(wú)鉛易切削磷鎂鈣黃銅合金，其特征在于，該黃銅合金組成中銅、鋅、磷、鎂、鈣含量的總和大于95wt%，且其中銅含量小于62wt%。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種無(wú)鉛易切削磷鎂鈣黃銅合金，該黃銅合金的顯微組織主要包括α相、β相及沿晶界、相界及晶粒內(nèi)彌散分布的第二相顆粒，具體組分及其按重量百分比含量分別為鋅35.0～43.0wt％，磷0.28～2.0wt％，鎂0.2～1.8wt％，鈣0.1～1.0wt％，錫0.1～0.8wt％，其他微量元素0.002～0.8wt％，余量為銅；所述其他微量元素為鋁、硅、硼、鈦、鐵、錳、混合稀土中的至少一種。本發(fā)明成分設(shè)計(jì)科學(xué)合理，制備的磷鎂鈣黃銅合金具有優(yōu)良的切削性能、鑄造性能、力學(xué)性能和耐脫鋅腐蝕等性能。特別適用于需切削加工成型的各種零部件，如供水系統(tǒng)用水龍頭、閥體等。
文檔編號(hào)C22C9/04GK102400010SQ201110362228
公開(kāi)日2012年4月4日 申請(qǐng)日期2011年11月15日 優(yōu)先權(quán)日2011年11月15日
發(fā)明者張先滿, 朱權(quán)利, 李新, 汪桂龍 申請(qǐng)人:廣東華金合金材料實(shí)業(yè)有限公司