一種低鉛或無鉛易切削黃銅合金的製作方法

2023-05-26 21:40:01

專利名稱：：一種低鉛或無鉛易切削黃銅合金的製作方法
技術領域：
：本發明涉及一種低鉛或無鉛易切削黃銅合金，屬於有色金屬材料及其加工領域。
背景技術：
：黃銅具有較高的機械性能，相對低廉的成本及良好的耐腐蝕性能，是製造業中各類零部件廣泛使用的材料。黃銅的需求量將隨著我國製造業的快速推進而迅猛增長。為了改善黃銅機械加工時的切削性能，黃銅中一般添加了13%的鉛(Pb)，但鉛是一種對環境和人體有害的元素，容易在水中浸出，嚴重危害人類健康。因而各國政府相繼出臺了對含鉛銅合金應用的限制令，美國、日本等國和歐盟對銅合金中的鉛含量和在飲用水中鉛的浸出量分別作了嚴格限制。由於含鉛的易切削金屬部件，幾乎涉及到所有製造業產品，因此我國企業急需解決低成本無毒害黃銅材料的供應問題。以鉍(Bi)代鉛(Pb)是製造無毒害作用易切削黃銅的可行技術途徑，目前國內外開發的無鉛易切削黃銅品種有鉍黃銅、銻鉍黃銅、碲鉍黃銅、硒鉍黃銅、鎂鉍黃銅，以及矽黃銅和高錳黃銅等。中國專利02121991.5公開了"無鉛易切削黃銅合金材料和它的製造方法"、中國專利200310109162.0公開了"無鉛易切削黃銅合金"、中國專利200410015836.5公開了"無鉛易切削銻黃銅合金"、中國專利200410089150.0公開了"含矽無鉛易切削黃銅合金"、中國專利200510049842.7公開了"環保健康新型無鉛易切削耐蝕低硼鈣黃銅合金"、中國專利200510050425.4公開了"生態環保新型無鉛易切削低銻鉍黃銅合金及其製造方法"、中國專利200580001492.5公開了"黃銅"、中國專利200710066669.0公開了"高錳易切削銅鋅合金"、中國專利200610005689.2公開了"無鉛銅合金"、中國專利200710066947.2公開了"易切削高錳銅合金"、中國專利200710067480.3公開了"易切削的無鉛耐蝕低硼鉍黃銅合金及其製備方法"。上述技術的不足之處是(1)新研製的無鉛黃銅材料切削性能與鉛黃銅仍有差距，造成這種現狀的主要原因是對細化黃銅晶粒提高切削性能的作用重視不夠。(2)上述技術沒有提出針對大量已使用的鉛黃銅製品作為二次資源回收利用的技術方案。(3)大量使用Bi代Pb會增加無鉛易切削黃銅的成本。
發明內容本發明提供一種低鉛或無鉛易切削黃銅合金，可代替製造業中各類零部件廣泛使用的易切削鉛黃銅材料，以滿足製造業對環境友好黃銅材料的需求。低鉛或無鉛易切削黃銅合金的重量組成為銅(Cu):56.0%64.0%，鉍(Bi):00.5°/0,鉛(Pb):00.5o/o，錫(Sn):1.0%2.50/0，鋁(Al):0.1%0.5%,鋯(Zr):0.050/00.2%，鈰(Ce):0.1%0.5o/o，矽(Si):0.5%2.5%，餘量為鋅(Zn);所述Ce可以用Ce含量不少於50%的混合稀土來代替，其重量含量為0.20.6%。一種所述低鉛或無鉛易切削黃銅合金材料的製備方法(A):選擇在本發明所指範圍的合金成分，Cu、Zn以其純物質或Pb含量不超過設計總量的銅合金二次資源料的方式加入，Al、Sn、Bi用其純物質的方式加入，Zr、Ce、Si用中間合金方式加入。在感應電爐內進行熔煉，經精煉、除氣、靜置處理後在預先準備好的模具中鑄造成所需形狀、尺寸的產品，得到本發明所指黃銅合金鑄件。一種所述低鉛或無鉛易切削黃銅合金材料的製備方法(B):選擇在本發明所指範圍的合金成分，Cu、Zn以其純物質或Pb含量不超過設計總量的銅合金二次資源料的方式加入，Al、Sn、Bi用其純物質的方式加入，Zr、Ce、Si用中間合金方式加入。在感應電爐內進行熔煉，經精煉、除氣、靜置處理後在預先準備好的模具中鑄造成所需形狀、尺寸的鑄錠。一種所述低鉛或無鉛易切削黃銅合金材料的製備方法(C):將上述製備方法(B)所得的鑄錠經850°C/12h均勻化處理，車皮後進行擠壓，擠壓比^10，擠壓速度為0.1lm/min，擠壓溫度為650750°C，擠壓後得到本發明所指的黃銅合金擠壓材料。一種所述低鉛或無鉛易切削黃銅合金材料的製備方法(D):將上述製備方法(B)所得的鑄錠經850°C/12h均勻化處理，車皮後進行軋制，軋制總壓下率不小於鑄錠厚度的5%，得到本發明所指的黃銅合金軋制材料。一種所述低鉛或無鉛易切削黃銅合金材料的製備方法(E):將上述製備方法(B)所得的鑄錠經850°C/12h均勻化處理，車皮後進行鍛造，鍛造時在鍛造方向的總變形率不小於鑄錠沿該鍛造方向的5%，得到本發明所指的黃銅合金鍛造材料。一種所述低鉛或無鉛易切削黃銅合金材料的製備方法(F):將上述製備方法(C)所得的擠壓材用650°C/2h退火，然後進行拉伸變形，拉伸時總變形率不小於坯料的5%，得到本發明所指的拉伸材料。符合上述特徵的銅合金中可以加入更高含量的Bi、Sn來提高切削性能，但對成本是不利的，增加Pb來提高切削性能可能會達不到環保要求。正是鑑於合金中Bi、Sn、Pb含量較低帶來的黃銅合金材料切削性能下降，才引入細化晶粒的Zr和Ce(或Ce為主的混合稀土)，以及同樣具有斷屑與潤滑作用的Si來提高黃銅合金材料的切削性能。低鉛黃銅在有些使用場合是不會造成環境汙染的，但Pb含量太低時無法保證良好的切削性能，致使大量已使用的鉛黃銅製品作為二次資源無法回收利用。本發明在合金中加入少量Bi、Si來提高低鉛黃銅的易切削性能，加Si具有更低的原材料成本。另外加入Al可改善黃銅合金材料的高溫抗氧化性能，不對切削性能產生明顯影響。本發明所指黃銅合金既可採用鑄造方法製備所需材料和(或)部件，也可以採用鑄造後經壓力加工製備所需材料和(或)部件。具體實施例方式下述各實施例中雜質含量總量不超過0.2%，除合金元素Bi、Sn、Zr、Ce、Si元素外，剩餘的是Cu、Zn和Al。Bi、Sn、Zr、Ce、Si元素重量百分含量、製備方法與切削性能如表1所示。切削性能的評價方法採用通用車床，按主軸轉速為1400r/min,進給速度為0.05mm/r，切削深度為0.4mm，刀具前傾角為4。的車削工藝分別對本發明所指黃銅合金材料與鉛黃銅HPb59-l進行切削試驗，分別收取兩種黃銅材料的IOO個碎屑，分別測量出碎屑的平均長度，用HPb59-l材料的碎屑平均長度除以本發明所指黃銅合金材料的碎屑平均長度作為評價指標。表ltableseeoriginaldocumentpage6權利要求1.低鉛或無鉛易切削黃銅合金，其重量組成為銅56.0％～64.0％，鉍0～0.5％，鉛0～0.5％，錫1.0％～2.5％，鋁0.1％～0.5％，鋯0.05％～0.2％，鈰0.1％～0.5％，矽0.5％～2.5％，餘量為鋅。2.根據權利要求1的黃銅合金，其特徵在於所述Ce可以用Ce含量不少於50%的混合稀土來代替，其重量含量為0.20.6%。全文摘要一種無鉛或低鉛易切削黃銅合金，重量組成為含銅(Cu)56.0～64.0％，鉍(Bi)0～0.5％，鉛(Pb)0～0.5％，錫(Sn)1.0～2.5％，鋁(Al)0.1～0.5％，鋯(Zr)0.05～0.2％，鈰(Ce)0.1～0.5％，矽(Si)的重量比為0.5～2.5％，餘量為鋅(Zn)。上述無鉛黃銅合金既可採用鑄造方法製備所需材料和(或)部件，也可以採用鑄造後經擠壓、軋制、鍛造、拉伸等壓力加工製備所需材料和(或)部件，具有500MPa以上的極限拉伸強度，切削性能與鉛黃銅接近。文檔編號C22C9/04GK101363087SQ200810143070公開日2009年2月11日申請日期2008年10月9日優先權日2008年10月9日發明者亮周,周卓平,勇張,張新明,柳楊,軻許,賀永東,鄧運來,陳明安申請人:中南大學