專利名稱：一種含鉍無鉛易切削鋅白銅合金的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種含鉍無鉛易切削鋅白銅合金，屬于金屬材料制造技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
含鉛(含Pb量1～2％)的鋅白銅合金具有良好的切削性能、耐蝕性和冷熱成型性能，廣泛用于精密零件、眼鏡配件、拉鏈、鑰匙以及光學(xué)與鐘表工業(yè)等。由于鉛在鋅白銅中的固溶度小，大都以游離態(tài)形式分布，從而導(dǎo)致含鉛的鋅白銅在使用過程中、或者在含鉛的鋅白銅器件廢棄之后，發(fā)生因鉛的溶出而污染水源、土壤，或者在垃圾被焚燒、廢料重熔時污染大氣。鉛是對人體危害極大的重金屬之一，而且鉛排入環(huán)境以后不易去除，并在環(huán)境中積累起來，極易對生物和人體產(chǎn)生毒性作用。因此，世界各國均很重視鉛造成的污染和引起的危害，推廣無鉛應(yīng)用已成為必然趨勢。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種具有良好的切削性能、耐蝕性能、力學(xué)性能和冷熱成型性能的含鉍無鉛易切削鋅白銅合金。
本發(fā)明提出的一種含鉍無鉛易切削鋅白銅合金，是在鋅白銅合金內(nèi)添加合金元素鉍和鈰，從而改善鋅白銅的切削性能，并保證材料的熱加工性能。
所述添加合金元素鉍和鈰的鋅白銅合金組成為60.0～63.0wt％Cu，17.0～19.0wt％Ni+Co，0.6～1.0wt％Bi，≤0.5wt％Mn，≤0.3wt％Fe，0.03～0.1％wtCe，余量為Zn和不可避免的雜質(zhì)，雜質(zhì)中鉛的含量小于0.03wt％。
所述的含鉍無鉛易切削鋅白銅合金，各組份的組成按重量百分比計分另別為62.0％Cu，18.0％Ni+Co，0.8％Bi，0.4％Mn，0.2％Fe，0.07％Ce，余量為Zn和不可避免的雜質(zhì)，雜質(zhì)中鉛的含量小于0.03％。
所述的含鉍無鉛易切削鋅白銅合金，各組份的組成按重量百分比計分別為60.0％Cu，19.0％Ni+Co，1.0％Bi，0.5％Mn，0.3％Fe，0.1％Ce，余量為Zn和不可避免的雜質(zhì)，雜質(zhì)中鉛的含量小于0.03％。
所述的含鉍無鉛易切削鋅白銅合金，所述各組份的組成按重量百分比計分別為63.0％Cu，17.0％Ni+Co，0.6％Bi，0.2％Mn，0.1％Fe，0.03％Ce，余量為Zn和不可避免的雜質(zhì)，雜質(zhì)中鉛的含量小于0.03％。
含鉍無鉛易切削鋅白銅合金的制備方法本發(fā)明以工業(yè)純銅、工業(yè)純鎳、工業(yè)純鋅、工業(yè)純鉍、工業(yè)純鐵、銅錳中間合金和稀土鈰為基本原料。按60.0～63.0wt％Cu，17.0～19.0wt％Ni+Co，0.6～1.0wt％Bi，≤0.5wt％Mn，≤0.3wt％Fe，0.03～0.1wt％Ce，余量為Zn和不可避免的雜質(zhì)(雜質(zhì)中鉛的含量小于0.03wt％)的配比在中頻爐中熔化，澆入工頻爐中保溫，以半連續(xù)水平鑄造方法制成棒坯，棒坯切定尺后經(jīng)870-900℃擠壓和冷拉拔加工，制成棒(線)材。
本發(fā)明含鉍無鉛易切削鋅白銅合金是在普通鋅白銅BZn18-20(60.0～63.0wt％Cu、17.0～19.0wt％Ni+Co、≤0.03％Pb、≤0.5wt％Mn、≤0.3wt％Fe，余量鋅)的基礎(chǔ)上添加適量的合金元素鉍和微量稀土鈰。鉍與鉛在元素周期表上相鄰，具有相似的特點即熔點低、質(zhì)地軟，幾乎不固溶于銅，當其彌散分布于銅基體時，可起到切削斷屑和刀具潤滑的作用，改善鋅白銅的切削性能。鉍是一種對環(huán)境友好的材料，不會和鉛一樣對環(huán)境造成的污染。但由于鉍的熔點比鉛更低，一般以網(wǎng)狀或膜狀分布于晶界，加入鉍將增加材料脆性，降低材料的熱加工性能，在本發(fā)明合金中鉍含量小于0.6wt％時，不能顯著改善鋅白銅的切削性能；鉍含量大于1.0wt％時，將降低合金的冷、熱成型性能，并使合金的力學(xué)性能急劇下降。為充分利用鉍改善鋅白銅的切削性能，并保證材料的熱加工性能，向合金中添加微量稀土鈰，稀土鈰可以與鉍形成高熔點化合物BiCe，其熔點為1525℃，該化合物多以塊狀分布于晶界和晶粒內(nèi)，并使晶粒細化，這可改善鉍的分布，使其以塊狀或球狀而不是以薄膜狀存在于晶界，從而減少鉍的有害影響，而且這不會減少鉍對銅合金切削性能的貢獻。
本發(fā)明合金材料具有以下優(yōu)點1、切削加工性能優(yōu)良。由于添加了Bi和稀土鈰等合金元素，在合金基體中形成細小并以塊狀或球狀均勻分布的、可起到切削斷屑和刀具潤滑作用的鉍相，本發(fā)明合金具有較好的切削加工性能。與切削加工性能最佳的鉛黃銅C36000的相對可切削率(作為100％)相比，本發(fā)明無鉛易切削鋅白銅合金的可切削率約為72％，明顯高于普通鋅白銅合金的可切削率20％，與含鉛的鋅白銅合金的可切削率(75％)基本相當。
2、綜合機械性能和加工成型性良好。由于發(fā)明合金材料中稀土元素鈰可細化晶粒并改善鉍相的分布，抑制了合金的熱脆傾向，在生產(chǎn)過程中無熱裂現(xiàn)象，易冷熱加工成型，產(chǎn)品性能穩(wěn)定，成品率高；合金材料具有較好的綜合機械性能，抗拉強度和硬度與含鉛鋅白銅基本相同，3、耐蝕性能優(yōu)異。本發(fā)明合金中鉍相以塊狀或球狀均勻分布在基體金屬中，耐蝕性和普通鋅白銅相當，其在大氣中具有優(yōu)異的耐蝕性能。
本發(fā)明含鉍無鉛易切削鋅白銅合金可制成棒材、線材，可廣泛用于精密零件、眼鏡配件、拉鏈、鑰匙以及光學(xué)與鐘表工業(yè)等。
具體實施例方式
實施例1
材料組成為62.0wt％Cu，18.0wt％Ni+Co，0.8wt％Bi，0.4％wtMn，0.2％wtFe，0.07wt％Ce，余量為Zn。按材料成分配料將工業(yè)純銅、工業(yè)純鎳、工業(yè)純鋅、工業(yè)純鉍、工業(yè)純鐵、銅錳中間合金和稀土鈰在中頻爐中熔化，澆入工頻爐中保溫，以半連續(xù)水平鑄造方法制成φ55mm棒坯，棒坯切定尺后經(jīng)870℃擠壓和小變形量冷拉拔加工，制成φ15mm棒材。本實施例制成的無鉛易切削鋅白銅合金的抗拉強度為495MPa，硬度為HB159。
實施例2材料組成為60.0wt％Cu，19.0wt％Ni+Co，1.0wt％Bi，0.5wt％Mn，0.3wt％Fe，0.1wt％Ce，余量為Zn。按材料成分配料將工業(yè)純銅、工業(yè)純鎳、工業(yè)純鋅、工業(yè)純鉍、工業(yè)純鐵、銅錳中間合金和稀土鈰在中頻爐中熔化，澆入工頻爐中保溫，以半連續(xù)水平鑄造方法制成φ55mm棒坯，棒坯切定尺后經(jīng)870℃擠壓和小變形量冷拉拔加工，制成φ15mm棒材。本實施例制成的無鉛易切削鋅白銅合金的抗拉強度為490MPa，硬度為HB158。
實施例3材料組成為63.0wt％Cu，17.0wt％Ni+Co，0.6wt％Bi，0.2wt％Mn，0.1wt％Fe，0.03wt％Ce，余量為Zn。按材料成分配料將工業(yè)純銅、工業(yè)純鎳、工業(yè)純鋅、工業(yè)純鉍、工業(yè)純鐵、銅錳中間合金和稀土鈰在中頻爐中熔化，澆入工頻爐中保溫，以半連續(xù)水平鑄造方法制成φ55mm棒坯，棒坯切定尺后經(jīng)900℃擠壓和小變形量冷拉拔加工，制成棒φ15mm棒材。本實施例制成的無鉛易切削鋅白銅合金的抗拉強度為520MPa，硬度為HB162。
以上實施例的說明只是用于幫助理解本發(fā)明的方法及其核心思想；同時，對于本領(lǐng)域的一般技術(shù)人員，依據(jù)本發(fā)明的思想，在具體實施方式
及應(yīng)用范圍上均會有改變之處，綜上所述，本說明書內(nèi)容不應(yīng)理解為對本發(fā)明的限制。
權(quán)利要求
1.一種含鉍無鉛易切削鋅白銅合金，其特征在于，在鋅白銅合金內(nèi)添加合金元素鉍和鈰，從而改善鋅白銅的切削性能，并保證材料的熱加工性能。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的含鉍無鉛易切削鋅白銅合金，其特征在于，所述添加合金元素鉍和鈰的鋅白銅合金組成為60.0～63.0wt％Cu，17.0～19.0wt％Ni+Co，0.6～1.0wt％Bi，≤0.5wt％Mn，≤0.3wt％Fe，0.03～0.1wt％Ce，余量為Zn和不可避免的雜質(zhì)，雜質(zhì)中鉛的含量小于0.03wt％。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的含鉍無鉛易切削鋅白銅合金，其特征在于所述各組份的組成按重量百分比計分別為62.0％Cu，18.0％Ni+Co，0.8％Bi，0.4％Mn，0.2％Fe，0.07％Ce，余量為Zn和不可避免的雜質(zhì)，雜質(zhì)中鉛的含量小于0.03％。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的含鉍無鉛易切削鋅白銅合金，其特征在于，所述各組份的組成按重量百分比計分別為60.0％Cu，19.0％Ni+Co，1.0％Bi，0.5％Mn，0.3％Fe，0.1％Ce，余量為Zn和不可避免的雜質(zhì)，雜質(zhì)中鉛的含量小于0.03％。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的含鉍無鉛易切削鋅白銅合金，其特征在于所述各組份的組成按重量百分比計分別為63.0％Cu，17.0％Ni+Co，0.6％Bi，0.2％Mn，0.1％Fe，0.03％Ce，余量為Zn和不可避免的雜質(zhì)，雜質(zhì)中鉛的含量小于0.03％。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的含鉍無鉛易切削鋅白銅合金，其特征在于所述稀土鈰與鉍形成高熔點化合物BiCe，該化合物多以塊狀分布于晶界和晶粒內(nèi)，可使晶粒細化，并改善鉍的分布。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種含鉍無鉛易切削鋅白銅合金，屬于金屬材料制造技術(shù)領(lǐng)域。該合金其組成為60.0～63.0wt％Cu，17.0～19.0wt％Ni+Co，0.6～1.0wt％Bi，≤0.5wt％Mn，≤0.3wt％Fe，0.03～0.1wt％Ce，余量為Zn和不可避免的雜質(zhì)，雜質(zhì)中鉛的含量小于0.03wt％。該合金具有優(yōu)良的綜合機械性能、耐蝕性能，易切削，可制成棒材、線材，廣泛用于精密零件、眼鏡配件、拉鏈、鑰匙以及光學(xué)與鐘表工業(yè)等。
文檔編號C22C9/04GK101070573SQ200710118018
公開日2007年11月14日 申請日期2007年6月27日 優(yōu)先權(quán)日2007年6月27日
發(fā)明者彭海健, 閆曉東, 盧小軍, 李德富 申請人:北京有色金屬研究總院