一種易切削的鋅銅基變形鋅合金及其製備方法
2023-10-18 06:06:24 1
專利名稱：一種易切削的鋅銅基變形鋅合金及其製備方法
技術領域：
本發明涉及到鋅合金領域，具體指一種易切削的鋅銅基變形鋅合金及其製備方法。
背景技術：
切削加工性指金屬材料被刀具切削加工後成為合格工件的難易程度，切削加工性的好壞常用加工後工件的表面粗糙度，允許的切削速度以及刀具的磨損程度來衡量，它與金屬材料的化學成分、力學性能、導熱性及加工硬化程度等因素有關，通常硬度和韌性作為切削加工性好壞的大致判斷。一般的講，金屬材料的硬度越高越難以切削，硬度雖不高，但韌性很大，切削也很困難。不同的金相組織，不同的硬度對切削加工性能的影響是不同的。 球狀組織對車削加工很有利。深孔鑽削和盲孔鑽削是綜合檢驗切削加工性的重要指標。 在現代工業生產中切削性能的好壞直接影響到產品的質量和生產效率，間接的帶來生產成本的巨大變化。作為有色金屬棒材、型材大部分產品用於機加工行業的基本原材料，需要進行進一步的加工。使用自動車床或儀表車床加工，產品廣泛的應用於電子、制筆、制鎖等眾多五金行業。合金棒材切削性能的好壞對生產效率和生產成本起到非常重要的作用。鐵合金，銅合金，鋁合金等都有易切削合金棒材在廣泛應用於不同的技術領域。由於鋅合金具有環保性能好，無汙染，熔點低，加工性能好，成本較低，節約能源，不會產生電磁波等優良特性在一些領域可廣泛用於製造零部件。由於鋅合金的熔點低，流動性好，具有良好的鑄造性能。長期以來大部分的鋅合金的產品採用鑄造和壓鑄工藝，由液態直接加工成型，製造各種形狀複雜的器件。目前壓鑄和鑄造鋅合金的主要配方由鋅-鋁為主要元素組成，通過添加銅、鎂等合金化元素來改善綜合性能。雖然有良好的成型性，但普遍存在塑性較差、切削性能不好的問題，限制了在高速切削加工領域的使用。除此之外，變形鋅合金主要指採用塑性加工方法生產的棒、線、型、管材以及板帶。中國專利申請96118021. 8發明了一種熱鍍鋅基合金及其製造方法，其特徵是由 ai、Al、Sb三種元素組成。主要用於表面熱浸鍍和防護。中國專利申請97100011. 5描述了一種稀土鋁鋅合金，主要成分為SuAl及稀土，用於電鍍工業。專利CN200410089187. 3 (請確認該申請號是否正確)是一種錫鋅鋁合金絲，是在錫鋅的合金上加入鋁以改善噴塗材料的性能。中國專利ZL03821428. 8涉及一種純鋅或鋅鋁合金的平衡裝置，主要保護製作方法和鋅鋁合金配方的保護。以上的專利都沒有涉及鋅合金及其棒材的切削性。中國專利 ZL200710035063. 0涉及一種高強度易切削鋅基合金及其製備工藝，該合金的主要組成為銅 2. 5-2. 65% JlO. 45-0. 60%、鋁0· 20-0. 35%、鑭0· 01-0. 06%、鈰0· 15-0. 20%。中國專利申請201010157397. 7涉及了一種變形含銻的易切削鋅鋁合金，保護的主要合金化元素是鋁 0. 5-15%、銻 0. 5-8% ο
發明內容
本發明所要解決的技術問題是針對現有技術的現狀提供一種切削效率和加工性得到很大改善的易切削的鋅銅基變形鋅合金。本發明所要解決的另一個技術問題是提供一種切削效率和加工性得到很大改善的易切削的鋅銅基變形鋅合金的製備方法。本發明解決上述技術問題所採用的技術方案為該易切削的鋅銅基變形鋅合金， 其特徵在於該鋅合金的重量組成如下
銅0.5-10%
鉍0.1-3.5%
鈦0.001-0.1%
不可避免雜質 <0.01%
鋅餘量該鋅合金的優選重量組成為
銅2-6%
鉍0.1-1.2%
鈦0.01-0.08%
不可避免雜質彡0.01% Zn餘量上述易切削的鋅銅基變形鋅合金的製備方法為合金配料時鈦元素以銅鈦中間合金的形式加入，銅鈦中間合金中鈦的重量含量為 10-31%，餘量為銅；所述鋅合金中剩餘的銅量用純銅補齊；鉍和鋅根據合金元素的含量， 採用純金屬的形式加入；合金的熔鑄工藝採用工頻爐、中頻爐、或反射爐熔煉，熔鑄後採用連續鑄造或硬模鑄造的方法製成鑄坯；熱擠壓的溫度為180°C -400°C，最後經過冷拉加工製成各種規格的棒、線、型材產品。得到的產品可應用於自動車床、鑽床和儀表車床等領域。與現有技術相比，本發明所提供的合金配方通過銅元素的添加，使其與鋅形成金屬間化合物，提高可合金強度，合理的成分設計，採用塑性加工的方法細化了鋅基合金的組織與結構，改善了鋅基合金的脆性。通過鉍元素的添加使其分布於晶界，在高速切削時起到斷屑的作用。本發明所提供的合金配方，具有無鉛，無鎘，環保特性好，無磁、無火花放電、防電磁幹預等特性，其切削性能和效率與鉛黃銅棒材接近，可以實現無冷卻或潤滑條件下的乾式切削加工，可作為一些鉛黃銅合金棒材的替代品，實現了變形鋅合金無冷卻液的乾式鑽孔、車削等機械加工，變形鋅合金的切削效率和加工性得到很大的改善，適合採用儀表車床、自動車床和數控車床加工。而本發明中鋅合金的製備方法中合金的熔煉採用傳統的感應加熱的方法，用硬模或連續鑄造的方法製成胚料。然後採用熱擠壓的方法製成所需的棒材、管材或型材坯料，最後使用冷加工的方法製成各種規格的棒材、管材或型材成品，具有切削性能好，易於加工， 容易電鍍，機械性能適中等特點。
具體實施例方式以下結合實施例對本發明作進一步詳細描述。實施例1該鋅合金的重量組成如下
Cu10.00%
Bi0.100%
Ti0.001%
不可避免雜質 <0.01%
Zn餘量。合金配料時鈦元素以銅鈦中間合金的形式加入，銅鈦中間合金中鈦的重量含量為 30%，餘量為銅；所述鋅合金中剩餘的銅量用純銅補齊；鉍和鋅根據合金元素的含量，採用純金屬的形式加入。合金的熔鑄工藝採用工頻爐，採用半連鑄的方法製成直徑170毫米的母合金胚料，在380°C的溫度下熱擠壓成棒材胚料，用聯合拉拔的方法製成所需直徑的棒材。棒材成品的抗拉強度為385MPa，延伸率為12%，硬度為Hv = 110。採用凸輪式自動車床鑽孔將棒材成品加工成零件，切屑易碎，效率能達到C3604 鉛黃銅棒的90%。零件表面可進行鍍鎳、鍍鉻、鍍錫等表面處理。實施例2該鋅合金的重量組成如下
Cu0.50%
Bi3.5%
Ti0.05%
不可避免雜質彡0.01%
粹餘裡O合金配料時鈦元素以銅鈦中間合金的形式加入，銅鈦中間合金中鈦的重量含量為 25%，餘量為銅；所述鋅合金中剩餘的銅量用純銅補齊；鉍和鋅根據合金元素的含量，採用純金屬的形式加入。採用感應加熱的方法熔煉合金，用硬模鑄造的方法製成合金鑄錠。在240°C的溫度下擠壓成棒材坯料，用履帶式拉床製成鋅合金棒材，經過拋光矯直後，在數控工具機上加工電子廣品。棒材產品的抗拉強度285Mpa，延伸率15%。硬度Hv = 93。同樣規格的零件，數控工具機加工效率能達到C3604鉛黃銅棒材的85%。零件表面可以進行鍍鎳、鍍鉻、鍍錫等表面處理。實施例3該鋅合金的重量組成如下Cu4.00%
Bi0.50%
Ti0.1%
不可避免雜質^0.01%
鋅餘量。合金配料時鈦元素以銅鈦中間合金的形式加入，銅鈦中間合金中鈦的重量含量為 31%，餘量為銅；所述鋅合金中剩餘的銅量用純銅補齊；鉍和鋅根據合金元素的含量，採用純金屬的形式加入。使用感應加熱的方法熔煉，用硬模鑄造的方法得到母合金鑄錠，在180°C的條件下擠壓成合金棒材的胚料，經過多模拉絲機至成品前尺寸，再經過聯合拉拔的減徑、較直、拋光到成品。在凸輪機型自動車床乾式加工，加工效率可達同樣規格C3604鉛黃銅的85%。其與C3604鉛黃銅和ZAMAK3# (Zn-4Al-lCu)的切削性能比較見表1。實施例4該鋅合金的重量組成如下
Cu5.00%
Bi1.00%
Ti0.03%
不可避免雜質 ^0.01%
鋅餘量。合金配料時鈦元素以銅鈦中間合金的形式加入，銅鈦中間合金中鈦的重量含量為 25%，餘量為銅；所述鋅合金中剩餘的銅量用純銅補齊；鉍和鋅根據合金元素的含量，採用純金屬的形式加入。合金的熔鑄工藝採用中頻爐熔煉，使用連續鑄造的冶金方法製成母合金鑄錠坯料，經過240°C的擠壓製成42mmX15mm異型材。型材的抗拉強度為340MPa，延伸率為15%。 硬度Hv = 97。下料後使用專用鑽床加工，Φ 3mm的孔深度達20mm，可以連續鑽孔20個以上而不需要冷卻，製成掛鎖鎖體零件成品，生產效率可達到C3604鉛黃銅棒材的90%。鎖體零件表面可以進行鍍鎳、鍍鉻、鍍錫等表面處理。實施例5該鋅合金的重量組成如下
Cu0.500%
Bi0.200%
Ti0.005%
不可避免雜質^0.01%
Zn餘量。合金配料時鈦元素以銅鈦中間合金的形式加入，銅鈦中間合金中鈦的重量含量為
630%，餘量為銅；所述鋅合金中剩餘的銅量用純銅補齊；鉍和鋅根據合金元素的含量，採用純金屬的形式加入。合金的熔鑄工藝採用反射爐熔煉，採用半連鑄的方法製成直徑135毫米的母合金胚料，在360°C的溫度下熱擠壓成棒材胚料，用聯合拉拔的方法製成所需直徑的棒材。棒材成品的抗拉強度為205MPa，延伸率為12%，硬度為Hv = 60。採用凸輪式自動車床鑽孔將棒材成品加工成電子接插件零件，切屑易碎，效率能達到C3604鉛黃銅棒的80%。零件表面可進行鍍鎳、鍍鉻、鍍錫等表面處理。實施例6該鋅合金的重量組成如下
Cu0.800%
Bi0.300%
Ti0.01%
不可避免雜質實0.01% Zn餘量。合金配料時鈦元素以銅鈦中間合金的形式加入，銅鈦中間合金中鈦的重量含量為 30%，餘量為銅；所述鋅合金中剩餘的銅量用純銅補齊；鉍和鋅根據合金元素的含量，採用純金屬的形式加入。合金的熔鑄工藝採用反射爐熔煉，採用水平連鑄的方法製成直徑175毫米的母合金胚料，在340°C的溫度下熱擠壓成棒材胚料，用聯合拉拔的方法製成所需直徑的棒材。棒材成品的抗拉強度為245MPa，延伸率為10%，硬度為Hv = 77。採用凸輪式自動車床鑽孔將棒材成品加工成音頻信號連接零件，切屑易碎，效率能達到C3604鉛黃銅棒的85%。零件表面可進行鍍鎳、鍍鉻、鍍錫等表面處理。實施例7該鋅合金的重量組成如下Cu1.200%
Bi0.700%
Ti0.080%
不可避免雜質 ^0.01% Zn餘量。合金配料時鈦元素以銅鈦中間合金的形式加入，銅鈦中間合金中鈦的重量含量為 10%，餘量為銅；所述鋅合金中剩餘的銅量用純銅補齊；鉍和鋅根據合金元素的含量，採用純金屬的形式加入。合金採用中頻爐熔煉，採用鋼模鑄造的方法製成直徑170毫米的母合金胚料，在 370°C的溫度下熱擠壓成棒材胚料，用聯合拉拔的方法製成所需直徑的棒材。棒材成品的抗拉強度為275MPa，延伸率為10%，硬度為Hv = 91。採用凸輪式自動車床鑽孔將棒材成品加工成視頻信號連接零件，切屑易碎，效率能達到C3604鉛黃銅棒的90%。零件表面可進行鍍鎳、鍍鉻、鍍錫等表面處理。
實施例8該鋅合金的重量組成如下
權利要求
1.一種易切削的鋅銅基變形鋅合金，其特徵在於該鋅合金的重量組成如下銅0.5-10%鉍0.1-3.5%鈦0.001-0.1%不可避免雜質彡0.01% 鋅餘量
2.根據權利要求1所述的易切削的鋅銅基變形鋅合金，其特徵在於該鋅合金的重量組成為銅2-6%鉍0.1-1.2%鈦0.01-0.08%不可避免雜質 <0.01% Zn餘量
3.—種如權利要求1所述的易切削的鋅銅基變形鋅合金的製備方法，其特徵在於包括下述步驟合金配料時鈦元素以銅鈦中間合金的形式加入，銅鈦中間合金中鈦的重量含量為 10-31%，餘量為銅；所述鋅合金中剩餘的銅量用純銅補齊；鉍和鋅根據合金元素的含量， 採用純金屬的形式加入；合金的熔鑄工藝採用工頻爐、中頻爐、或反射爐熔煉，熔鑄後採用連續鑄造或硬模鑄造的方法製成鑄坯；熱擠壓的溫度為180°C -400°C，最後經過冷拉加工製成各種規格的棒、 線、型材產品。
全文摘要
本發明涉及到一種易切削的鋅銅基變形鋅合金及其製備方法，其特徵在於該鋅合金的重量組成如下合金的熔鑄工藝採用工頻爐、中頻爐、或反射爐熔煉，熔鑄後採用連續鑄造或硬模鑄造的方法製成鑄坯；熱擠壓的溫度為180℃-400℃，最後經過冷拉加工製成各種規格的棒、線、型材產品。得到的產品可應用於自動車床、鑽床和儀表車床等領域。與現有技術相比，本發明所提供的合金切削性能好，易於加工，容易電鍍，機械性能適中等特點。
文檔編號C22C18/02GK102162047SQ20111007623
公開日2011年8月24日 申請日期2011年3月24日 優先權日2011年3月24日
發明者孫文聲, 張明, 張錦林, 董樂軍, 謝全文 申請人:寧波博威合金材料股份有限公司