無鉛易切削黃銅合金的制備方法技術

一種無鉛易切削黃銅合金，其特征在于包括如下組分及其重量百分比：銅53.0～60.0％；錳1.5～3％；鉍0.1～1.5％；鐵2.5～3.0％；硅0.6～1.5％；其余為鋅和總量不大于0.1％的雜質。本發明專利技術還公開了無鉛易切削黃銅合金的制備方法。與現有技術相比，本發明專利技術具有價格低廉，可以較大程度地降低成本及生產工藝簡單，易于操作，可實現規模化生產等優點。

Leadless easy cutting brass alloy and preparation method thereof

A free cutting brass alloy, characterized in that it comprises the following components and weight percentage: 53 to 60% Mn copper; 1.5 to 3%; 0.1 to 1.5% iron bismuth; 2.5 ~ 3%; 0.6 to 1.5% silicon impurities; for the rest of zinc and total no more than 0.1%. The invention also discloses a preparation method of lead-free free cutting brass alloy. Compared with the prior art, the present invention has the advantages of low cost, reduced cost, simple production process, easy operation and large-scale production.

【技術實現步驟摘要】
無鉛易切削黃銅合金及其制備方法
本專利技術涉及一種黃銅合金，本專利技術還涉及黃銅合金的制備方法。
技術介紹
鉛黃銅具有優良的冷熱加工性能、好的切削性能，可以滿足各種形狀零部件的加工，因此鉛黃銅被公認為重要的基礎材料，廣泛應用于民用供水系統的管道連接件、電子通用器械接插件、家用電器、兒童玩具以及汽車制造業中的緊固件等領域。但是鉛是一種對環境和人體有害的元素，使人會造成血鉛、腦鉛中毒、神經受阻、智力遲鈍、癡呆等不良后果。近年來各國的醫學專家認為鉛黃銅對人類健康和環境衛生構成巨大的威脅。因而各國都提出對含鉛黃銅合金應用的限令，日本政府已將鉛在水中的浸出量限制在0.01mg/l。最近，美國、日本、歐盟、中國等國家對銅合金中的鉛含量分別做出了嚴格控制的限令，因而含鉛黃銅的應用將受到嚴格的限制和挑戰。所以開發無鉛易切削黃銅合金來代替含鉛黃銅是世界金屬材料制造業刻不容緩的重大課題。目前，如美國、德國、日本也專利技術了不含鉛的黃銅合金。如美國黃銅合金牌號C89510、C89520、C8953，申請號為200410004293.7的中國專利技術申請《無鉛銅合金和其應用》(公開號：CN1524970A)申請人為威蘭德－沃克公開股份有限公司；申請號為02121991.5的中國專利技術專利申請《無鉛易切削黃銅合金材料和它的制造方法》(公開號為CN1461815A)，申請人為三越金屬株式會社。國內外已有一些單位及學者開展了無鉛銅合金的研究工作，如下：中南大學粉末冶金國家重點實驗室的黃勁松等人研究了無鉛易切削鎂黃銅的組織與性能，采用熔鑄、擠壓、拉拔的方法生產出了以鎂代鉛的環保型易切削黃銅材。對易切削黃銅的微觀組織進行了觀察，并對其力學、化學和切削性能分別進行了研究。其設計成分為：Zn:40.0-41.8％；Mg:0.2-1.3％；Bi:0-0.2％；Si:0-0.2％；Al:0-0.2％；RE:0.1-0.4％；p:0.1％；其它元素：0.2-0.3％；余為Cu。含鎂化合物在晶內和晶界的分布將有利于黃銅在切削時斷屑，有效地提高合金的切削性能。半硬態鎂黃銅的抗拉強度550MPa.屈服強度大約為28OMPa，延伸率為16.30％斷面收縮率為32.4％,鎂黃銅的綜合力學性能優良。見“無鉛易切削鎂黃銅的組織與性能”黃勁松等著，《材料科學與工程學報》2006(6)：854-857。華南理工大學機電工程學院的朱權利等人進行了無鉛易切削鎂銻黃銅的研究，鎂銻黃銅中的鎂、銻和銅形成復雜金屬間化合物顆粒，具有脆而不硬的特點，且均勻彌散分布于基體中。在切削過程中，金屬間化合物顆粒與刀刃接觸時在剪切應力的作用下，易于破碎，顆粒破碎后，與破碎處接觸的金屬產生應力集中，很容易產生裂紋并擴展，使切屑斷裂，從而改善切削性能。見“無鉛易切削鎂銻黃銅的研究”朱權利等著，《機電工程技術》2008(4)：52-54。北京科技大學材料學院的楊斌等人進行了無鉛易切削硒鉍黃銅的研究，合金的化學成分(質量分數，％)為：60.0Cu，0.8Bi，0.2Se，余為Zn。Bi可以改善銅合金的切削性能，這是由于鉍本身是一種較脆，硬度較低的金屬。Cu、Zn、Se.Bi四種元素組成的金屬間化合物也是一種脆性相，因此它們的存在可視為合金基體中產生了微小的空間.從而割斷了基體的連續性，成為應力集中源，產生所渭的“切口效應”。從而改善切削性能。“無鉛易切削鎂銻黃銅的研究”朱權利等著，《機電工程技術》2008(4)：52-54。中南大學專利技術一種無鉛易切削鎂硅黃銅，各元素的質量分數分別為：銅58％-80％，鎂0.2％-3.5％，硅0.2％-3.5％，鋁0-0.6％，但硅和鎂的質量分數之和為1.2％-4.0％，雜質總量不超過0.05％，余量為鋅。該黃銅具有良好的切削性能、加工性能，無冷脆、熱脆現象，可以應用于水暖衛浴、玩具器件等領域。見申請號為200910042723.7的中國專利技術專利申請《一種無鉛易切削鎂硅黃銅》(公開號：CN101487091A)。中南大學研究出的無鉛易切削鉍銻黃銅的組織與性能，采用熔鑄、擠壓的方法生產出以Bi和Sb代鉛的環保型易切削黃銅棒材。添加的Bi和Sb主要以單質或化合物方式存在于無鉛黃銅的相內和相界處，Bi以單質顆粒存在于相界處，Sb以化合物形式存在于相內，添加Bi和Sb黃銅的切削性能比HPb59—1鉛黃銅的優，合金的脫鋅腐蝕性能良好。見“無鉛易切削鉍銻黃銅的組織與性能”肖來榮等著，《中南大學學報(自然科學版)》2009(1)。安徽工業大學材料科學與工程學院研究了無鉛鉍磷黃銅的結構和性能，通過添加磷和鉍代替鉛黃銅中的鉛制得一種新的環保易切削黃銅。鉍以脆且低硬度的化合物分布于晶界，磷和銅形成脆性的共晶組織，它們有利于提高合金的切削性能。該合金的切屑和HPb59-1相當，形狀為C型屑。見“無鉛鉍磷黃銅的結構和性能”楊善宏等著《有色金屬加工》2009(2)。北京有色金屬研究總院研究出一種無鉛的易切削鎂鉍黃銅合金，并申請專利技術專利，其主要成分包含，銅：50-62％、鎂：0.5-3.0％、鉍：0.1-1.0％，其余為鋅和不可避免的雜質。其制造方法是將上述的合金組成在580-700℃擠壓，在400℃溫度下進行成品退火。所述的無鉛易切削鎂鉍黃銅合金具有優良的切削性能及熱加工性能。見申請號為200710098481.4的中國專利技術專利申請《一種無鉛的易切削鎂鉍黃銅合金》(公開號為CN101286714A)。
技術實現思路
本專利技術所要解決的技術問題是針對上述的技術現狀而另外提供一種無鉛易切削黃銅合金。本專利技術解決上述技術問題所采用的技術方案為：一種無鉛易切削黃銅合金，其特征在于包括如下組分及其重量百分比：銅53.0～60.0％；錳1.5～3％；鉍0.1～1.5％；鐵2.5～3.0％；硅0.6～1.5％；其余為鋅和總量不大于0.1％的雜質。作為優選，包括如下組分及其重量百分比：銅59.2％；錳1.55％；鉍0.8％；鐵2.7％；硅1.5％。進一步，所述的無鉛易切削黃銅合金以α、β兩相為主，以游離態的均勻分布與晶內、晶界的鉍相，少量細小均勻分布于晶界的固溶態的含錳、含硅、含鐵金屬間化合物的硬脆相為輔。無鉛易切削黃銅合金的制備方法，其特征在于包括如下步驟：鉍以銅-鉍中間合金的方式加入合金液中，錳、鐵、硅、鋅直接加入合金液中，采用中頻感應電爐熔煉，熔煉溫度為1180～1250℃，澆注出圓柱形無鉛易切削黃銅合金錠。與現有技術相比，本專利技術的優點在于：由于該類合金鉍、硒含量較高，成本高。本專利技術結合我國國情選用資源豐富價格低廉的鐵、錳、硅，獲得具有市場推廣價值的新型無鉛易切削黃銅，將會產生巨大的社會效益和經濟效益。具體具有如下優點：1、屬無鉛黃銅材料，消除生產和使用中對環境和人體的危害。2、具有優異的冷熱成形性、優良的切削性能和力學性能，較好的抗腐蝕性能，可以代替現有的鉛黃銅，應用于民用供水系統的管道連接件、電子通用器械接插件、家用電器、兒童玩具以及汽車制造業中的緊固件等領域。3、價格低廉，可以較大程度地降低成本。4、生產工藝簡單，易于操作，可實現規模化生產。具體實施方式以下結合實施例對本專利技術作進一步詳細描述。實施例1其生產工藝流程方法如下：配料－熔鑄－加熱－擠壓－退火－成品。具體過程為：采用中頻感應電爐熔煉，按表1所示本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種無鉛易切削黃銅合金，其特征在于包括如下組分及其重量百分比：銅?53.0～60.0％；錳?1.5～3％；鉍?0.1～1.5％；鐵?2.5～3.0％；硅?0.6～1.5％；其余為鋅和總量不大于0.1％的雜質。

【技術特征摘要】
1.一種無鉛易切削黃銅合金，其特征在于包括如下組分及其重量百分比：銅53.0～60.0％；錳1.5～3％；鉍0.1～1.5％；鐵2.5～3.0％；硅0.6～1.5％；其余為鋅和總量不大于0.1％的雜質。2.根據權利要求1所述的無鉛易切削黃銅合金，其特征在于包括如下組分及其重量百分比：銅59.2％；錳1.55％；鉍0.8％；鐵2.7％；硅1.5％。3.根據權利要求1或2所述的無鉛易切削黃銅合金，其特...

【專利技術屬性】
技術研發人員：張全孝，張將，閆志飛，賀勇，高平，
申請(專利權)人：中國兵器科學研究院寧波分院，
類型：發明
國別省市：浙江,33