無鉛易切削耐腐蝕矽鉍黃銅合金的製作方法

2023-05-14 03:58:56 1

專利名稱：無鉛易切削耐腐蝕矽鉍黃銅合金的製作方法
技術領域：
本發明涉及合金材料技術領域，具體涉及一種無鉛易切削耐腐蝕矽鉍黃銅合金。
背景技術：
鉛黃銅因其具有良好的耐蝕性、切削性能和冷熱成型性能，而一度被廣泛的應用 於衛浴、水暖、閥門等行業。但是由於鉛在黃銅中很容易溶出而汙染水源、土壤、大氣等，這 種溶出的鉛極易對人體或其他生物產生危害，因此，開發無鉛黃銅作為替代品已經成為行 業內發展的必然趨勢。目前，我國市場上替代鉛黃銅的無鉛環保黃銅使用量相對較多的主要有鉍黃銅和 矽黃銅。鉍黃銅的切削性能比較接近鉛黃銅，但鉍黃銅卻存在明顯的缺點，即對應力腐蝕 有很高的敏感性，這是由於在凝固過程中鉍質點的擴張在合金中形成很高的殘餘應力而造 成的；另一方面無鉛鉍黃銅焊接性能差，因此給零部件加工帶來難度，這是因為鉍黃銅在 300 450°C (中溫)之間有很嚴重的熱脆現象，這樣在這一溫度段的焊接頭很容易開裂， 其可靠性很值得懷疑；同時無鉛鉍黃銅在金屬切削加工時，如果冷卻不好也容易產生熱裂， 所以鉍黃銅很難獲得廣泛的推廣和使用。作為鉛黃銅另一種替代品的矽黃銅，其優點是熱加工性能好，可焊性好，也有優良 的抗脫鋅性能和抗應力腐蝕性能。但切削性能與鉍黃銅相差較多，冷加工效率低，由於矽含 量高，刀具易磨損導致刀具壽命短，很難適應高速車床車削；而且，該無鉛矽黃銅，其中的銅 添加量較高，一般達73 77%左右，甚至更高至79 83%，因此，原料成本也比鉍黃銅高得多。

發明內容
本發明針對現有現有技術的上述不足，提供一種中溫焊接不易開裂、切削性佳，保 留了矽黃銅優良的熱加工性能和良好的抗脫鋅性能與抗應力腐蝕的性能，且成本低的無鉛 易切削耐腐蝕矽鉍黃銅合金。為了解決上述技術問題，本發明的技術方案為一種無鉛易切削耐腐蝕矽鉍黃銅 合金，該合金由以下重量百分比的各組分組成Cu 60.0% 65.0%，Si 0.6% 1.8%， BiO. 2 % 1. 5 %，Al 0. 02 % 0. 5 %，Ni+Mn+Sn < 1. 5%,鑭鈰合金 0. 01 % 0. 5 %，B 0. 002 % 0. 02 %，其餘為鋅及總量不大於0. 5 %的雜質(上述各組分含量均為佔合金總量 中的重量百分比)。作為優選方案之一，本發明的無鉛易切削耐腐蝕矽鉍黃銅合金，該合金由以下重 量百分比的各組分組成Cu 61. 0% 64. 0%、Si 0.8% 1.4%、Bi 0. 25% 0. 6%、Al 0. 04% 0. 25%,Ni+Mn+Sn < 1. 0%、鑭鋪合金 0. 02 0. 3%、B 0. 002% 0. 012%，其餘 為鋅及總量不大於0.5%的雜質。作為上述優選方案一的進一步優選，本發明的無鉛易切削耐腐蝕矽鉍黃銅合 金，該合金由以下重量百分比的各組分組成Cu 62.0% 64.0%、Si 0.9% 1.3%、Bi0. 25% 0. 45%、Al 0. 05% 0. 2%、Ni+Mn+Sn < 0. 9%、鑭鋪合金 0. 025% 0. 2%、B 0. 003% 0. 01%，其餘為鋅及總量不大於0. 5%的雜質。本發明上述優選方案一的合金的切削性能與鉍黃銅相當，可以進行冷、熱壓力加 工。強度、硬度比鉛黃銅、鉍黃銅高，與矽黃銅相接近。抗脫鋅性能優於鉛黃銅、鉍黃銅，與矽 黃銅相當。對氨燻試驗不敏感。本組分的合金在300 400°C中溫50%變形不發生脆裂。作為優選方案之二，本發明的無鉛易切削耐腐蝕矽鉍黃銅合金，該合金由以下重 量百分比的各組分組成Cu 60. 5% 63. 5%、Si 0.6% 1.5%、Bi 0.5% 1.2%、Al 0. 04% 0. 25%,Ni+Mn+Sn < 1. 2%、鑭鋪合金 0. 02% 0. 25%,B 0. 002% 0. 012%，其 餘為鋅及總量不大於0. 5%的雜質。作為上述優選方案二的進一步優選，本發明的無鉛易切削耐腐蝕矽鉍黃銅合 金，該合金由以下重量百分比的各組分組成Cu 61.0% 63.0%、Si 0.6% 1.2%、 Bi 0.6% 1.0%、Al 0. 05% 0. 2%、Ni+Mn+Sn < 0. 9%、鑭鋪合金 0. 025% 0. 2%、B 0. 003% 0. 01 %，其餘為鋅及總量不大於0. 5%的雜質。本發明上述優選方案二的合金的切削性能與HP1359-1和C3771相同，可進行冷、熱 壓力加工。強度、硬度比鉛黃銅、鉍黃銅高，比矽黃銅低。抗脫鋅性能優於鉛黃銅、鉍黃銅， 與矽黃銅相當。對氨燻試驗不敏感。上述含量不大於0. 5%的雜質中鉛含量小於0. 01%，這種程度的鉛含量即使溶解 在飲用水中或排放在水中，對環境和人體都不會帶來惡劣的影響。上述鑭鈰合金中的鈰含量為40%即反過來說鑭含量為60% (均為重量百分比)。本發明無鉛易切削耐腐蝕矽鉍黃銅合金中限定金屬元素種類和添加量的原因在 於Si 是為了改善切削性、熱加工性能和抗應力腐蝕性能加入的。矽能有效防止材料 的應力腐蝕開裂的傾向。對於優選方案之一，Si含量低於0.9%，切削性能改善不明顯，大 於1. 3%材料塑性變差，中溫變形要開裂。所以對於優選方案之一的矽含量控制範圍應在 0. 9 1. 3%。對於優選方案之二，Si含量低於0. 6%對材料的切削性，熱加工性能改善不 理想，大於1.2%，影響材料的塑性性能。所以對於優選方案之二，Si含量的控制範圍應在 0. 6 1. 2%。Bi 主要是為了改善切削性能而加入的。對於優選方案之一，Bi含量低於0. 25% 切削性能改善不明顯，大於0. 45%熱脆性明顯，優選範圍為0. 25 0. 45%。對於優選方案 之二，Bi含量低於0. 6%切削性能改善不明顯，大於1. 0%對切削性的進一步改善作用不明 顯，且成本增高，優選範圍為0.6 1.0%。Al 為改善材料的抗腐蝕性能和熱加工性能加入的，低於0.05%作用不明顯，大 於0. 2%材料塑性變差。優選範圍為0. 05 0. 2%。鑭鈰合金主要是細化晶粒和改善材料的抗腐蝕性能，同時也能改善材料的中溫 性能。含量低於0. 025%作用不明顯，大於0.2%會影響材料鑄造性能。優選範圍為0. 025 0. 2%。B 是為了改善材料的抗脫鋅能力的，含量小於0. 002%，效果不明顯，超過0. 01% 效果不會就一步改善。B與SruAl —起使用，抗脫鋅效果更好。同時B也能細化材料晶粒， 能提高抗應力腐蝕能力。
錳、鎳、錫主要是為了改善材料的耐脫鋅能力和改善材料的抗應力腐蝕能力。矽 和錳能改善α+β和β黃銅的耐應力腐蝕破裂性能。鎳、錫加入可提高材料的抗脫鋅能力。 三者用量之和在整個合金材料中的用量優選為0. 2 0. 9%。銅銅含量高，α相多，材料抗腐蝕性、塑性較好，但成本趨高，銅含量過低塑性變 差，優選範圍優選方案一為62. 0 64. 0%，優選方案二為61. 0 63. 0%。本發明上述組分的用量範圍或者含量，均為重量百分含量。本發明的優點和有益效果1.本發明的合金材料的銅、矽、鉍、錳、鎳、錫、鉛及鑭鈰合金通過選擇最適當的添 加量以得到累積效果。確保合金材料有優良的切削性能，抗腐蝕性能，冷熱加工性能和力學 性能。與現有的鉍黃銅、鉛黃銅、矽黃銅相比是一種綜合性能較好的環保型易切削材料。2.本發明的合金材料與現有技術相比，除了有較好性價比外，它有鉍黃銅和矽黃 銅的優點，而相對而言又克服了他們的缺點。如，本發明的合金材料具有中溫焊接不開裂、 切削性能好，應力腐蝕能力好，且具有良好的熱加工性能和良好的抗脫鋅性能，並且，其中 的銅含量遠遠低於傳統矽黃銅中的銅含量，大大降低了成本，提高了性價比。因此，本發明 的合金比鉍黃銅、矽黃銅更適宜用於水暖、衛浴、閥門以及其他需用結構件的行業。
具體實施例方式下面結合實施例對本發明做進一步詳細描述，但本發明不僅僅局限於實施例本發明實施例合金樣品製備方法為配料一工頻感應電爐熔煉一全連鑄Φ 103mm的鑄錠一熱擠壓600 6600C- Φ 18. 0 —剝皮一Φ 17. 0 —拉伸Φ 15. 5 ；其流程與常規的黃銅合金生產工藝大致 相同，在此不再贅述。其中配料過程中用的矽、鎳、錳是以Cu-Ni、Cu-MruCu-Si中間合金形 式加入，各組分最終含量均落入配方含量範圍。對比樣品(表2)也採用同樣的工藝條件加工而成。本發明無鉛易切削耐腐蝕矽鉍黃銅合金的各實施例具體成分含量見表1 ；對比例合金材料的具體成分含量見表2 ；表3，對實施例進行了脫鋅腐蝕試驗，脫鋅腐蝕試驗根據中國國家標準GB/ T10119-2008《黃銅耐脫鋅腐蝕性能的測定》進行，試驗樣和對比樣平行條件進行。表3，對實施例進行了氨燻試驗。對加工率為16. 8%的樣品進抗應力腐蝕性能測 試，並放大十倍觀察樣品表面有無裂紋。氨燻試驗的依據為GB/T 10567. 2-2007《銅及銅合 金加工材殘留應力檢驗方法氨燻試驗法》，我們對實施例進行了氨水試驗法P (0.9g/lm)。 試驗樣和對比樣平行條件進行。表3，對實施例進行的中溫變形試驗，是把樣品製成Φ32πιπι的外徑，內徑為 Φ 27. 6mm,園管壁厚為2. 2mm,管長50mm，在馬弗爐內加熱至350 400°C，保溫一小時，拿出 後，立即壓扁，變形50%，看樣品是否破裂。試驗樣和對比樣平行條件進行。表3，對實施例進行切削性能的評價為一般銅合金的切削性能試驗方法，即用切屑 形態試驗方法進行。主軸轉速為lOOOrpm/min，進給量為0. 16mm/rer,吃刀深度為0. 5mm，其 中「優」表示切削性能很好，「良」表示良好，「差」表示切削性能差。表1本發明實施例合金組分(wt % )
權利要求
1.一種無鉛易切削耐腐蝕矽鉍黃銅合金，其特徵在於該合金由以下重量百分比的各 組分組成Cu 60. 0% 65. 0%，Si 0.6% 1.8%，Bi 0·2% 1·5%，Α1 0· 02% 0.5%， Ni+Mn+Sn < 1. 5%，鑭鋪合金0. 01% 0. 5%，B 0. 002% 0. 02%，其餘為鋅及總量不大 於0.5%的雜質。
2.根據權利要求1所述的無鉛易切削耐腐蝕矽鉍黃銅合金，其特徵在於該合金由以 下重量百分比的各組分組成Cu 61. 0% 64. 0%、Si 0. 8% 1.4%、Bi 0.25% 0.6%、 Al 0. 04% 0. 25%, Ni+Mn+Sn < 1. 0%、鑭鋪合金 0. 02 0. 3%, B 0. 002% 0. 012%, 其餘為鋅及總量不大於0. 5%的雜質。
3.根據權利要求2所述的無鉛易切削耐腐蝕矽鉍黃銅合金，其特徵在於該合金由 以下重量百分比的各組分組成Cu 62. 0% 64. 0%、Si 0.9% 1.3%、Bi 0.25% 0. 45%, Al 0. 05% 0. 2%、Ni+Mn+Sn < 0. 9%、鑭鈰合金 0. 025% 0. 2%、B 0.003% 0.01%，其餘為鋅及總量不大於0. 5%的雜質。
4.根據權利要求1所述的無鉛易切削耐腐蝕矽鉍黃銅合金，其特徵在於該合金 由以下重量百分比的各組分組成Cu 60. 5% 63. 5%、Si 0.6% 1.5%、Bi 0.5% 1.2%, Al 0. 04% 0. 25%, Ni+Mn+Sn < 1. 2%、鑭鋪合金 0. 02% 0. 25%, B 0. 002% 0.012%，其餘為鋅及總量不大於0.5%的雜質。
5.根據權利要求4所述的無鉛易切削耐腐蝕矽鉍黃銅合金，其特徵在於該合金由以 下重量百分比的各組分組成Cu 61. 0% 63. 0%、Si 0.6% 1.2%、Bi 0.6% 1.0%、 Al 0. 05% 0. 2%、Ni+Mn+Sn < 0. 9%、鑭鈰合金 0. 025% 0. 2%、Β 0. 003% 0. 01 %， 其餘為鋅及總量不大於0.5%的雜質。
6.根據權利要求1 5中任一權利要求所述的無鉛易切削耐腐蝕矽鉍黃銅合金，其特 徵在於所述總量不大於0. 5%的雜質中鉛含量小於0. 01%。
7.根據權利要求6所述的無鉛易切削耐腐蝕矽鉍黃銅合金，其特徵在於所述的鑭鈰 合金中鈰含量為40%。
8.根據權利要求6所述的無鉛易切削耐腐蝕矽鉍黃銅合金，其特徵在於所述的 Ni+Mn+Sn即Ni、Mn和Sn三者用量之和為0. 2 0. 9%。
全文摘要
本發明公開一種無鉛易切削耐腐蝕矽鉍黃銅合金，該合金由以下重量百分比的各組分組成該合金由以下重量百分比的各組分組成Cu 60.0％～65.0％，Si 0.6％～1.8％，Bi 0.2％～1.5％，Al 0.02％～0.5％，Ni+Mn+Sn＜1.5％，鑭鈰合金0.01％～0.5％，B 0.002％～0.02％，其餘為鋅及總量不大於0.5％的雜質。本發明的合金具有良好的切削性能，冷、熱加工性能，力學性能，又有很好的抗脫鋅性能及抗應力腐蝕性能，性價比高，可廣泛替代鉛黃銅、鉍黃銅、矽黃銅用於水暖、衛浴、閥門以及各種結構件行業，且本合金材料含鉛低於0.01％，固此不會對環境和人體健康產生危害。
文檔編號C22C9/04GK102071336SQ20111000696
公開日2011年5月25日 申請日期2011年1月11日 優先權日2011年1月11日
發明者馮斌, 劉劍平, 劉文建, 夏寶平, 彭鋒, 鄭長順 申請人:寧波興敖達金屬新材料有限公司