無鉛易切削抗腐蝕性能良好的錫黃銅合金及其製備方法
2023-05-04 23:30:01
無鉛易切削抗腐蝕性能良好的錫黃銅合金及其製備方法
【專利摘要】本發明公開一種無鉛易切削抗腐蝕性能良好的錫黃銅合金及其製備方法，該合金的重量百分比組成為：Cu59～62％、Sn0.5～1.0％、Si0.05～0.25％、As0.02～0.10％、0.05％≤P+Sb+Bi<0.2％、B0.002～0.01％，其餘為鋅及不大於0.4％的不可避免的雜質。本發明通過控制合金材料中的矽與錫以及砷與硼之間的比例，確保合金材料具有優良的切削性能和抗腐蝕性能；同時嚴格控制雜質含量必須在0.4％以下；製備的無鉛易切削抗腐蝕錫黃銅合金能把抗脫鋅性能控制在最大脫鋅層150μm以下，平均脫鋅層100μm以下並且容易切削，切削性能達到80％以上，同時具有高的性價比。
【專利說明】無鉛易切削抗腐蝕性能良好的錫黃銅合金及其製備方法
【技術領域】:
[0001]本發明涉及一種無鉛易切削、抗腐蝕性能良好(抗脫鋅最大點在150 μ m以下)的錫黃銅合金及其製備方法。
【背景技術】:
[0002]衛浴、閥門行業，由於美國2014年與飲用水接觸的管件、閥門等部件，都需要執行美國加州的法律，即材料的含鉛量小於0.25%，同時提出抗腐蝕要求，即抗脫鋅最大不超過200 μ m，而美國C46500材料的抗脫鋅最大在300 μ m以上。C69300材料雖能滿足抗脫鋅要求,但由於銅含量過高,生產成本高,難以接受。因此,如何使抗脫鋅能達到最大不超過150 μ m,抗腐蝕性能好，同時又能改善切削性能的錫黃銅合金成為行業亟待解決的技術問題。
【發明內容】
:
[0003]本發明針對現有技術的上述不足，提供一種既具有良好的抗腐蝕，又具有良好的切削加工性能的無鉛易切削抗腐蝕性能良好的錫黃銅合金。
[0004]為了解決上述技術問題，本發明採用的技術方案為:一種無鉛易切削抗腐蝕性能良好的錫黃銅合金，其特徵在於，該合金含有以下重量百分比的各組分(該合金的重量百分比組成):Cu59 ~62%、Sn0.5 ~1.0 %、Si0.05 ~0.25%、As0.02 ~0.10%,0.05%(P+Sb+Bi<0.2%, B0.002~0.01%，其餘為鋅及不大於0.4%的不可避免的雜質。
[0005]本發明的錫黃銅合金其重量百分比組成優選方案之一是:Cu60~62%、Sn0.5~
0.8%,Si0.05 ~0.20%,As0.03 ~0.08%,0.06%^ P+Sb+Bi<0.18%,B0.003 ~0.01%，其餘為鋅及不大於0.4%的不可避免的雜質。
[0006]本發明的錫黃銅合金其重量百分比組成優選方案之二是:Cu61~62%、Sn0.6~
0.8%,Si0.10 ~0.20%,As0.04 ~0.06%,0.08%^ P+Sb+Bi<0.15%,B0.003 ~0.008%,其餘為鋅及不大於0.4%的不可避免的雜質。
[0007]本發明上述優選方案二的合金的切削性能比C46500好，與HBi59_2相當，能達到HPb63-3的80%以上(HPb63-3為100% )。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。
[0008]上述不可避免的雜質中的鉛的重量百分比含量不超過0.2% (此處的0.2%為整個合金中的含量不超過0.2% )，這種程度的鉛含量即使溶解在飲用水或排放在水中，對環境和人體都不會帶來惡劣的影響。 [0009]本發明無鉛易切削抗腐蝕性能良好的錫黃銅合金中限定金屬元素種類和添加量的原因在於:
[0010]錫:錫在材料中的主要作用是抑制脫鋅，提高耐腐蝕性，改善切削性能。對於優選方案之二，錫含量低於0.6%，抗脫鋅性能不理想，大於0.8%，切削性能變差。所以對於優選方案之二，錫含量的控制範圍應在0.6~0.8%。[0011]矽:是為了改善切削性能、熱加工性能和抗應力腐蝕性能，並且矽能改善a +β和β黃銅的耐應力腐蝕破裂性能。低於0.1%作用不明顯，大於0.2%材料的強度上升，優選範圍0.1~0.2%。
[0012]砷:為了改善抗腐蝕性能，少量砷可改善材料的加工性能，對力學性能的影響很小，顯著提高銅的再結晶溫度，砷與錫一起使用，耐腐蝕效果更好。低於0.04%抗脫鋅、耐腐蝕效果變差，高於0.06%，會影響材料性能，優選範圍0.04~0.06%。
[0013]硼:是為了改善抗脫鋅能力，含量小於0.002%，效果不明顯，超過0.01%效果不會進一步改善。硼在銅中固溶度雖然很小，但也隨溫度降低而減小，析出的硼也具有改善切削性能的作用。同時硼也能細化材料晶粒，能提高抗應力腐蝕能力。硼與砷一起使用，抗脫鋅效果更好。
[0014]磷、銻、鉍:主要是為了改善材料的流動性、抗脫鋅性能、抗應力腐蝕性能和切削性能。磷和矽的同時加入，提高銅熔體的流動性，對材料的切削性能有顯著提升。銻、鉍的加入對於材料的切削性能有更好的提升，並顯著提高材料的抗脫鋅及抗應力腐蝕性能。三者用量之和在整個含量材料中的用量優選為0.08~0.15%。(其中鉍含量不大於0.1% )
[0015]銅:銅含量高，a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60.0~62.0%，優選方案二為61.0~62.0%。
[0016]本發明上述組分的用量範圍或者含量，均為重量百分含量。
[0017]本發明還提供一種上述無鉛易切削抗腐蝕性能良好的錫黃銅合金的製備方法，製備步驟包括:
[0018](I)按照配方比例將各原料稱量後加入到工頻感應電爐熔煉，熔煉溫度為1030°C~1060°C得到熔融的銅水，採用木炭覆蓋，在木炭覆蓋前必須把木炭烘乾，防止氣體的產生；木炭覆蓋在銅水液面3-5cm的厚度；變質、清渣淨化精煉，精煉溫度為1060°C~1100°C，精煉時間15~30分鐘；
[0019](2)然後將精煉後的熔融銅水液體進行全連鑄成直徑163mm的鑄錠，然後採用二次水冷(行業常規技術)進行冷卻；
[0020](3)將冷卻後的鑄錠加熱至600~660°C，採用1250噸反向擠壓機擠(1250噸力反向擠壓機，行業常規用詞)擠壓成直徑為18.0mm、剝皮得到直徑為17.0mm的棒坯，然後拉伸到直徑為15.5mm的棒還；
[0021](4)將步驟(3)得到的棒坯於400~500°C消除應力及降低脫鋅層退火，保溫時間4-6小時，隨爐冷卻，校直後得到最終產品。
[0022]上述步驟⑴中的變質、清渣淨化精煉採用向合金原料中加入精煉清渣劑(如市售HS-10銅合金精煉除渣劑)來實現，其加入量一般為銅合金的0.2-0.3%。
[0023]上述步驟(2)中的
[0024]本發明的優點和有益效果:
[0025] 1.本發明通過控制合金材料中的矽與錫以及砷與硼之間的比例，確保合金材料具有優良的切削性能和抗腐蝕性能；同時嚴格控制整個合金材料中雜質含量必須在0.4%以下，以免影響材料的綜合性能；與現有的C46500錫黃銅相比，本發明無鉛易切削抗腐蝕性能良好的錫黃銅合金可以把抗脫鋅性能控制在最大脫鋅層150 μ m以下，平均脫鋅層100 μ m以下並且容易切削，切削性能達到80%以上(HPb63-3為100% )，同時具有高的性價比。
[0026]2.本發明的無鉛易切削抗腐蝕性能良好的錫黃銅合金在原來的C46500材料上通過加入矽、錫、砷、硼、磷、銻、鉍等元素提高了材料的切削性能及抗腐蝕性能，基本上與C69300材料相接近，但成本在C69300基礎上降低了 15%左右。
[0027]3.本發明合金具有優異的熱成型性能、抗脫鋅性能及抗應力腐蝕性能，優良的衛生安全性能及切削性能。創新的關鍵點:一是解決抗脫鋅最大不超過150u，最重要是把能提高抗脫鋅能力的元素如何有效的組合，它們含量組合、含量範圍、組合效應是關鍵；二是解決切削性問題難度在於鉛必須0.2%以下，Bi不能超過0.1% (含Bi超過0.1%容易引起材料的脆性)這就需要另闢途徑，關鍵在於從合金的金相組織和加入的元素入手，以使合金的切削性達到75% (HPb63-3為100% );三是通過熱處理有效提高材料的抗脫鋅能力；四是通過加工工藝來提高材料的抗脫鋅能力。 【專利附圖】
【附圖說明】
[0028]圖1實施例1樣品材料的吃刀深度0.5mm ；
[0029]圖2實施例2樣品材料的吃刀深度0.5mm ；
[0030]圖3實施例3樣品材料的吃刀深度0.5mm ；
[0031]圖4實施例4樣品材料的吃刀深度0.5mm ；
[0032]圖5實施例5樣品材料的吃刀深度0.5mm ；
[0033]圖6實施例6樣品材料的吃刀深度0.5mm ；
[0034]圖7實施例7樣品材料的吃刀深度0.5mm ；
[0035]圖8實施例8樣品材料的吃刀深度0.5mm ；
[0036]圖9實施例9樣品材料的吃刀深度0.5mm ；
[0037]圖10實施例子I樣品材料的脫鋅深度；
[0038]圖11實施例子2樣品材料的脫鋅深度；
[0039]圖12實施例子3樣品材料的脫鋅深度；
[0040]圖13實施例子4樣品材料的脫鋅深度；
[0041 ]圖14實施例子5樣品材料的脫鋅深度；
[0042]圖15實施例子6樣品材料的脫鋅深度；
[0043]圖16實施例子7樣品材料的脫鋅深度；
[0044]圖17實施例子8樣品材料的脫鋅深度；
[0045]圖18實施例子9樣品材料的脫鋅深度；
【具體實施方式】:
[0046]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:
[0047]本發明實施例合金樣品製備方法為:
[0048]配料一工頻感應電爐熔煉(合金化處理，覆蓋保護，變質清渣淨化精煉)—全連鑄<pl63mm的鑄錠(熔煉溫度1030°C~1060°C，採用二次水冷技術)一1250噸反向擠壓機
600~660°C擠壓一φ〗8.0—剝皮一φΠ.Ο—拉伸φ?5,5。(350~450°C消除應力退火)。其
中配料過程中用的娃、砷、磷、硼用的是Cu-S1、Cu-As、Cu-P> Cu-B中間合金形式加入，各組分最終含量均落入配分含量範圍。
[0049]對比合金樣品(表2)也採用同樣的工藝條件加工而成。
[0050]本發明無鉛易切削抗腐蝕性能良好的錫黃銅材料的各實施例具體成分含量見表I ;
[0051]對比例合金材料的具體成分含量見表2 ；
[0052]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。
[0053]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/T10567.2-2007《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。
[0054]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1000rpm/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。
[0055]表1本發明實施例合金組分(wt % )
[0056]
【權利要求】
1.一種無鉛易切削抗腐蝕性能良好的錫黃銅合金，其特徵在於，該合金的重量百分比組成為:Cu59 ~62 %、Sn0.5 ~1.0 %、Si0.05 ~0.25 As0.02 ~0.10 %,0.05 %(P+Sb+Bi<0.2%,B0.002~0.01%，其餘為鋅及不大於0.4%的不可避免的雜質。
2.根據權利要求1所述的無鉛易切削抗腐蝕性能良好的錫黃銅合金，其特徵在於，該合金的重量百分比組成為:Cu60~62%、Sn0.5~0.8%、Si0.05~0.20%, As0.03~0.06%,0.06%≤P+Sb+Bi〈0.18%,B0.003~0.01 %，其餘為鋅及不大於0.4%的不可避免的雜質。
3.根據權利要求1所述的無鉛易切削抗腐蝕性能良好的錫黃銅合金，其特徵在於，該合金的重量百分比組成為:Cu61~62%、Sn0.6~0.8%、Si0.10~0.20%、As0.04~0.06%,0.08%^ P+Sb+Bi<0.15%, B0.003 ~0.008%，其餘為鋅及不大於 0.4%的不可避免的雜質。
4.根據權利要求1所述的無鉛易切削抗腐蝕性能良好的錫黃銅合金，其特徵在於，所述不可避免的雜質，其中鉛的重量百分比含量不大於0.2%。
5.一種無鉛易切削抗腐蝕性能良好的錫黃銅合金的製備方法，其特徵在於，製備步驟包括: (1)按照配方比例將各原料稱量後加入到工頻感應電爐熔煉，熔煉溫度為1030°C~1060°C得到熔融的銅水，採用木炭覆蓋，在木炭覆蓋前必須把木炭烘乾，防止氣體的產生；木炭覆蓋在銅水液面3-5cm厚度；經過變質、清渣淨化精煉，精煉溫度為1060°C~1100°C，精煉時間15~30分鐘； (2)然後將精煉後的熔融銅水液體進行全連鑄成直徑163mm的鑄錠，然後採用二次水冷進行冷卻； (3)將冷卻後的鑄錠加熱至600~660°C，採用1250噸反向擠壓機擠壓成直徑為18.0mm、剝皮得到直徑為17.0mm的棒坯，然後拉伸到直徑為15.5mm的棒坯； (4)將步驟(3)得到的棒坯於400~500°C消除應力及降低脫鋅層退火，保溫時間4-6小時，隨爐冷卻，校直後得到最終產品。
【文檔編號】C22F1/08GK104004940SQ201410215078
【公開日】2014年8月27日 申請日期:2014年5月20日 優先權日:2014年5月20日
【發明者】馮斌, 張路, 賀官兵 申請人:寧波興敖達金屬新材料有限公司