專利名稱：：一種無鉛的易切削鎂鉍黃銅合金的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及一種無鉛的黃銅合金，尤其是涉及一種具有優(yōu)異切削性能及熱加工性能的鎂鉍黃銅合金，它特別適用于代替鉛黃銅應(yīng)用的各種機械零件、電子器件，汽車零部件等應(yīng)用領(lǐng)域，是一種能有效替代含鉛黃銅的環(huán)保型綠色金屬材料。
背景技術(shù)：
：傳統(tǒng)鉛黃銅已經(jīng)應(yīng)用了1000多年，廣泛的用于生活五金器具，如水龍頭、門鎖、門拉手、水管、螺釘、螺帽、管接頭，等等……，在電子、家電、機器設(shè)備中，更是不可缺失的材料。在銅內(nèi)加鉛，主要目的是產(chǎn)生其合金的易切削、冷鉚、鍛造加工性能，以滿足各種機器零配件制造加工的需要。目前被廣泛應(yīng)用于汽車行業(yè)、電子行業(yè)、水暖衛(wèi)浴行業(yè)的黃銅材料，均含有1-5°/。的鉛，以提高切削性能。由于世界范圍環(huán)境污染日益加劇，尤其是重金屬"鉛，，的污染。"鉛"吸入人體后，對人的身心健康影響很大，而且這些鉛極易在水中溶出或在生產(chǎn)過程中揮發(fā)，從而導(dǎo)致環(huán)境污染而吸入人體。除了其中的"鉛"會造成污染外，更嚴(yán)重的是由于"鉛"在實際使用過程中溶出和揮發(fā)而進(jìn)入生活飲用水中而導(dǎo)至人體荷爾蒙分泌失調(diào)和嬰幼兒的智力發(fā)育。因此，用于改善黃銅切削性能和加工性能的"鉛，，造成的污染和危害己經(jīng)引起世界各國的重視。如果黃銅內(nèi)不含鉛或采用紫銅，則因機械加工切削性能差和成本相對增高而在相關(guān)行業(yè)沒有實用價值。根據(jù)美國NSF、日本JIS、德國DIN50930及歐盟的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)法令規(guī)定，到2006年各種與人體相關(guān)材料的鉛溶出標(biāo)準(zhǔn)必須從現(xiàn)在的0.05mg/L降低到0.010mg/L。近些年來，國內(nèi)外在無鉛黃銅的研究上也進(jìn)行了一定的研究，例如中國專利申請?zhí)?00410015836.5說明書中已公開的一種發(fā)明專利《無鉛易切削銻黃銅合金》，是由寧波博威集團發(fā)明的無鉛易切削黃銅材料，它由重量％的銅55-65%、銻0.3~2.0%、錳0.4-1.6%、其它元素0.1~1.0%,所述的其它元素包括鈦、鋯、硼、鐵、鎂、硅、稀土金屬中的至少二種元素、其余為鋅和不可避免的雜質(zhì)。上述合金是一種銅-鋅-銻合金，由于合金中含有銻，合金的熱加工性能比較差，極大的影響了合金的后續(xù)加工性能。中國專利申請?zhí)?2121991.5說明書中已公開的一種發(fā)明專利《無鉛易切削黃銅合金材料和它的制造方法》，是日本三越金屬抹式會社發(fā)明的無鉛易切削黃銅材料，它是一種銅-鋅-鉍合金，由于該合金中含有0.5~2.2%的鉍，鉍含量較高，且鉍的價格非常高，所以導(dǎo)致其成本增高，沒有市場竟?fàn)幜Α?br/>發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的在于，提供一種不含鉛的，具有優(yōu)異的熱加工性能的，并可以替代含鉛黃銅材料且有利于環(huán)境保護的無鉛易切削鎂鉍黃銅合金。本發(fā)明的上述目的是通過以下技術(shù)方案來實現(xiàn)的本發(fā)明的無鉛的易切削鎂鉍黃銅合金，其主要成分包含(重量°/。)，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(zhì)。一種優(yōu)選技術(shù)方案，其特征在于所述鎂鉍黃銅合金中的銅、鋅總量大于95%小于100%。一種優(yōu)選技術(shù)方案，其特征在于所述鎂鉍黃銅合金中還含有0.001-0.1%的磷和硅。一種優(yōu)選技術(shù)方案，其特征在于所述鎂鉍黃銅合金中還含有G.1~0.3%的鋯和鈦。一種優(yōu)選技術(shù)方案，其特征在于所述鎂鉍黃銅合金中還含有不超過O.5%的鐵、硼和稀土金屬。一種優(yōu)選技術(shù)方案，其特征在于所述鎂鉍黃銅合金中的的稀土金屬為La-Ce中的一種或多種以任意比例的混和。所述的無鉛鎂鉍黃銅合金的制造方法是，在熔煉時先進(jìn)行銅鋅的熔煉，溫度為1150°C~125(TC,隨后加入鉍，靜置保溫1G分鐘后，再加入鎂，保溫20-40分鐘后進(jìn)行澆鑄，澆鑄溫度為1050。C~IIO(TC，形成合金鑄錠，上述合金在580~70(TC溫度下進(jìn)行擠壓，在400-600。C溫度下，進(jìn)行熱處理30分鐘~6小時，以《10(TC/小時的冷卻速度進(jìn)行冷卻，在低于40(TC的溫度進(jìn)行成品退火，制成成品。一種優(yōu)選的技術(shù)方案，鉛作為不可避免的雜質(zhì)，其含量不超過O.02重量％。下面對本發(fā)明的合金中添加的其它元素的功能和原因進(jìn)行說明。所迷的無鉛易切削的鎂鉍黃銅合金，是利用鎂及鎂鉍的化合物可以均勻彌散的分布在晶內(nèi)及晶界的特性，避免了鉍在晶界處形成單一的脆性相，使該合金保證了象鉛黃銅一樣的切削性能，并且其他晶粒細(xì)化的元素(其它元素)使得鎂的分布更為均勻，大大提高了其綜合性能。單純的鉍黃銅合金，鉍在晶界間易形成大塊的硬脆相，使得其熱加工性能極差，即使有好的切削性能，在實際生產(chǎn)中應(yīng)用也不是很廣泛。而本發(fā)明的鎂鉍黃銅合金，有效的避免了這一點，因為鎂的加入，使得一部分鎂與鉍和其他物質(zhì)生成析出相析出后，以細(xì)小質(zhì)點的形式均勻彌散地析出在晶界，另一方面，鎂和銅形成的第二相可以均勻的分布在晶內(nèi)。不僅大大改善了其加工性能，也很好的提高了其切削性能。另外，在合金中添加磷和硅主要是起脫氧作用，改善金屬的流動性，還可以提高合金的強度，一般含量為0.001-0.1%,當(dāng)含量過高時，會降低金屬的導(dǎo)電性。添加鋯和鈦，主要是起到與部分鎂生成分布在晶界上的金屬間化合物，使析出物的分布細(xì)小彌散，使得合金的優(yōu)異的切削性能得以實現(xiàn)，其含量為0.1~0.3%。鐵、硼和稀土金屬主要是起細(xì)化晶粒的作用，阻止晶粒的長大，尤其是稀土金屬元素，是優(yōu)良的變質(zhì)劑和晶粒細(xì)化劑，其總體含量不超過0.5%。本發(fā)明的優(yōu)點在于，獲得的合金產(chǎn)品晶粒細(xì)小，具有非常優(yōu)異的切削性能，具備良好的熱加工性能，良好的焊接性能和優(yōu)良的耐蝕性能，特別適用于切削加工成型的各種零部件、鍛件、鑄件等其它零部件材料；其制造成本低，其含鉍量較單純的鉍黃銅低很多，遠(yuǎn)低于現(xiàn)有技術(shù)下無鉛黃銅的制造成本，并且可充分利用我國極其豐富的鎂資源，發(fā)揮鎂資源的優(yōu)勢。具體實施例方式實施例1把按表l中所述合金成分組成，在熔煉時先進(jìn)行銅鋅的熔煉，溫度為115(TC~125(TC，隨后加入鉍，靜置保溫10分鐘后，再加入鎂，保溫20~40分鐘后進(jìn)行澆鑄，澆鑄溫度為1050'C~IIO(TC，形成無鉛鎂鉍黃銅合金鑄錠，在580。C溫度下進(jìn)行擠壓，擠壓成尺寸為O200x600mm的圓棒鑄錠。在60(TC溫度下，進(jìn)行熱處理30分鐘，以<10(TC/小時的冷卻速度進(jìn)行冷卻，在低于40(TC的溫度進(jìn)行成品退火，制成①10mm的線材，得產(chǎn)品1。對比樣品是世界上公認(rèn)切削性最好的C3600O合金，以及國產(chǎn)的鉍黃銅及銻黃銅。表1本發(fā)明無鉛易切削鎂鉍黃銅的合金成分組成實例(重量％)<table>tableseeoriginaldocumentpage6</column></row><table>實施例2把按表2中所述合金成分組成，無鉛鎂鉍黃銅合金在700°C溫度下進(jìn)行擠壓，擠壓成尺寸為O)200x600mm的圓棒鑄錠。在40(TC溫度下，進(jìn)行熱處理6小時，以<10(TC/小時的冷卻速度進(jìn)行冷卻，在低于40(TC的溫度進(jìn)行成品退火，制成O10mm的線材，得產(chǎn)品2。表2本發(fā)明無鉛易切削鎂鉍黃銅的合金成分組成實例(重量％)<table>tableseeoriginaldocumentpage6</column></row><table>實施例3把按表3中所述合金成分組成，無鉛鎂鉍黃銅合金在640。C溫度下進(jìn)行擠壓，擠壓成尺寸為O200x600mm的圓棒鑄錠。在50(TC溫度下，進(jìn)行熱處理3小時，以《10(TC/小時的冷卻速度進(jìn)行冷卻，在低于400'C的溫度進(jìn)行成品退火，制成O)10薩的線材，得產(chǎn)品3。表3本發(fā)明無鉛易切削鎂鉍黃銅的合金成分組成實例(重量％)<table>tableseeoriginaldocumentpage7</column></row><table>實施例4把按表4中所述合金成分組成，無鉛鎂鉍黃銅合金在68(TC溫度下進(jìn)行擠壓，擠壓成尺寸為O200x600mm的圓棒鑄錠。在55(TC溫度下，進(jìn)行熱處理3小時，以<100。C/小時的冷卻速度進(jìn)行冷卻，在低于400。C的溫度進(jìn)行成品退火，制成cD10mm的線材，得產(chǎn)品4。表4本發(fā)明無鉛易切削鎂鉍黃銅的合金成分組成實例(重量％)<table>tableseeoriginaldocumentpage7</column></row><table>實施例5把按表5中所述合金成分組成，無鉛鎂鉍黃銅合金在64(TC溫度下進(jìn)行擠壓，^齊壓成尺寸為O)200x600mtn的圓才奉鑄錠。在500。C溫度下，進(jìn)行熱處理3小時，以《100。C/小時的冷卻速度進(jìn)行冷卻，在低于40(TC的溫度進(jìn)行成品退火，制成O10mm的線材，得產(chǎn)品5。表5本發(fā)明無鉛易切削鎂鉍黃銅的合金成分組成實例(重量％)<table>tableseeoriginaldocumentpage7</column></row><table>本發(fā)明無鉛易切削鎂鉍黃銅的性能測試如下:1、切削性試驗本發(fā)明無鉛易切削鎂鉍黃銅產(chǎn)品1的切屑呈細(xì)小的微弧狀的短碎屑，而C36000合金為稍長的細(xì)針狀直碎屑，鉍黃銅為長弧狀切削，銻黃銅為細(xì)針狀小弧形碎屑，相對C36000合金的切削性能來講(100%),銻黃銅約為85%,鉍黃銅約為75%，而本發(fā)明的鎂鉍黃銅^90%。2、熱壓縮試-瞼取本發(fā)明的鎂鉍黃銅合金產(chǎn)品2、C36000合金、鉍黃銅及銻黃銅，相同規(guī)格(010x2Omm),進(jìn)行熱壓縮試驗，試樣在700。C加熱20分鐘，然后進(jìn)行軸向加載，變形量為80%,長度減小至4mm，觀察其表面情況。經(jīng)熱壓縮試—瞼后，鉍、黃銅出現(xiàn)明顯的裂紋，銻黃銅出現(xiàn)微小的裂紋，C36000合金和本發(fā)明的合金均看不到明顯的裂紋，經(jīng)過在顯微鏡下觀察，發(fā)現(xiàn)C36000合金和本發(fā)明合金僅在壓縮頭尾部出現(xiàn)垂直加載方向的細(xì)微裂紋，是由于與加載夾具接觸引起的?？梢姡景l(fā)明的易切削無鉛鎂鉍黃銅合金的熱加工性能要優(yōu)于鉍黃銅及銻黃銅合金，大大改善了由于單獨加鉍及銻引起的合金熱加工性能較差的問題。3、抗拉強度試驗取本發(fā)明的鎂鉍、黃銅合金產(chǎn)品3、C36000合金、鉍黃銅及銻黃銅，制成標(biāo)準(zhǔn)拉伸試樣，進(jìn)行常溫抗拉試驗。結(jié)果如表6所示。表6本發(fā)明無鉛易切削鎂鉍黃銅與其他合金的抗拉強度比較<table>tableseeoriginaldocumentpage8</column></row><table>從表6中可知，鉍黃銅的強度較高，但是延伸率較差，銻黃銅的延伸率較好，但是其抗拉強度偏低，而本發(fā)明所研制的無鉛鎂鉍黃銅合金的延伸率及抗拉強度均高于C36000合金，綜合性能較好。4、導(dǎo)電率測試表7本發(fā)明無鉛易切削鎂鉍黃銅產(chǎn)品l與其他合金的導(dǎo)電率比較<table>tableseeoriginaldocumentpage8</column></row><table>從表7可以看出，本發(fā)明的無鉛易切削鎂鉍黃銅合金的導(dǎo)電率接近C36000合金，而高于其他兩種合金。綜合考慮以上試驗情況，本發(fā)明的無鉛易切削鎂鉍黃銅合金與常用的易切削含鉛黃銅及無鉛的鉍黃銅、銻黃銅相比，切削機理是不同的，但是切削性能及熱加工性能要優(yōu)于以上幾種合金。本發(fā)明的無鉛易切削鎂鉍黃銅合金從成本上引入了我國資源豐富的鎂，大大降低了合金的成本，約比鉍黃銅合金低15%以上，比銻黃銅合金低約5%以上，比傳統(tǒng)的鉛黃銅合金約低5%左右，因此，本發(fā)明的無鉛易切削鎂鉍黃銅合金是一種很有市場潛力及應(yīng)用前景的一種新型的無鉛易切削黃銅合金。權(quán)利要求1.一種無鉛的易切削鎂鉍黃銅合金，其主要成分包含，銅50～62重量％、鎂0.5～3.0重量％、鉍0.1～1.0重量％，其余為鋅和不可避免的雜質(zhì)。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的無鉛易切削鎂鉍黃銅合金，其特征在于所迷鎂鉍黃銅合金中的銅、鋅總量大于95重量％小于100重量％。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的無鉛易切削鎂鉍黃銅合金，其特征在于所述鎂鉍黃銅合金中還含有0.001~0.1重量％的磷和硅。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的無鉛易切削鎂鉍黃銅合金，其特征在于所述鎂鉍黃銅合金中還含有0.1~0.3重量％的鋯和鈥。5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的無鉛易切削鎂鉍黃銅合金，其特征在于所述鎂鉍黃銅合金中還含有不超過0.5重量％的鐵、硼和稀土金屬。6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的無鉛易切削鎂鉍黃銅合金，其特征在于所述鎂鉍黃銅合金中的稀土金屬為La-Ce之一或任意比例的混和。7.根據(jù)權(quán)利1所述的無鉛易切削鎂鉍黃銅合金，其制造方法是，在熔煉時先進(jìn)行銅鋅的熔煉，溫度為115(TC-125(TC，隨后加入鉍，靜置保溫10分鐘后，再加入鎂，保溫20-40分鐘后進(jìn)行澆鑄，澆鑄溫度為1050°C~IIO(TC，形成合金鑄錠，該合金鑄錠在580-700。C溫度下進(jìn)行擠壓，在400-60(TC溫度下，進(jìn)行熱處理30分鐘~6小時，以《10(TC/小時的冷卻速度進(jìn)行冷卻，在低于400。C的溫度進(jìn)行成品退火，制成成品。全文摘要本發(fā)明是一種無鉛的易切削鎂鉍黃銅合金，其主要成分包含(重量％)，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(zhì)。其制造方法是將上述的合金組成在580～700℃溫度下進(jìn)行擠壓，在400～600℃溫度下進(jìn)行30分鐘～6小時熱處理，以≤100℃/小時的冷卻速度進(jìn)行冷卻，在低于400℃的溫度下進(jìn)行成品退火。所述的無鉛易切削的鎂鉍黃銅合金具有優(yōu)良的切削性能及熱加工性能。文檔編號C22C1/02GK101289714SQ20071009848公開日2008年10月22日申請日期2007年4月18日優(yōu)先權(quán)日2007年4月18日發(fā)明者勇李,磊程,米緒軍,謝水生,黃國杰申請人:北京有色金屬研究總院