專利名稱：：一種適合重力鑄造的無(wú)鉛環(huán)保鉍黃銅合金材料及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及一種不含鉛的黃銅合金，尤其涉及一種具有優(yōu)異鑄造性能、耐腐蝕性能、后續(xù)機(jī)加工性能的無(wú)鉛易切削環(huán)保黃銅合金材料。它們特別適用于供水系統(tǒng)鑄件、閥件等，是有利于人類健康與環(huán)境保護(hù)的金屬材料，也是目前廣泛應(yīng)用的會(huì)引起對(duì)人體和環(huán)境有惡劣影響的鉛黃銅的優(yōu)良替代品。
背景技術(shù)：
：鉛黃銅具有優(yōu)異的機(jī)械性能和物理性能以及良好的鑄造性能和切削性能，且價(jià)格低廉，因而廣泛應(yīng)用于儀器儀表、電子、電器、日用五金、飲用水系統(tǒng)等，其中尤以Hpb59-l的生產(chǎn)、應(yīng)用量最大。然而鉛及其化合物是17種嚴(yán)重危害人類壽命與自然環(huán)境的化學(xué)物質(zhì)之一，合金中的鉛在使用過(guò)程中極易從基體中侵出或脫出，工業(yè)廢氣品中的鉛則滲入地下水系統(tǒng)，各種形式的鉛通過(guò)各種途徑進(jìn)入動(dòng)物或人的食物鏈，危害人類健康，影響環(huán)境。近年來(lái)世界各國(guó)的醫(yī)學(xué)專家己發(fā)現(xiàn)含鉛銅合金對(duì)人類健康和環(huán)境衛(wèi)生構(gòu)成了威脅，歐盟、美國(guó)、日本、中國(guó)等醫(yī)學(xué)機(jī)構(gòu)均已做出了含鉛銅合金對(duì)人類環(huán)境造成危害的報(bào)告。鑒于鉛對(duì)人類健康環(huán)境的危害性，美國(guó)、日本、歐盟各國(guó)相繼出臺(tái)了對(duì)含鉛銅合金應(yīng)用的政府限令，中國(guó)政府也出臺(tái)了與國(guó)際限令相一致的《電子信息產(chǎn)品污染防治管理辦法》等強(qiáng)制性法規(guī)，對(duì)銅合金中的鉛含量(其中電子信息產(chǎn)品鉛的含量必須小于0.1%)和在飲用水中鉛的浸出量(曰本必須小于0.01mg/L，美國(guó)必須小于0.0011%)分別作出了嚴(yán)格控制的限令，并將不斷減少其中的鉛含量，含鉛銅合金的應(yīng)用正面臨著嚴(yán)格的限制和挑戰(zhàn)，而且前景將愈來(lái)愈嚴(yán)峻，因此開(kāi)發(fā)無(wú)鉛黃銅和無(wú)鉛青銅來(lái)替代飲水系統(tǒng)中的水龍頭、水表等用途的鉛黃銅和含鉛青銅成為了當(dāng)今金屬材料行業(yè)所面臨的重大課題，也是響應(yīng)世界循環(huán)經(jīng)濟(jì)(EHS計(jì)劃)要求的重要工作。針對(duì)上述情況，現(xiàn)有技術(shù)中開(kāi)發(fā)了無(wú)鉛黃銅合金。現(xiàn)有技術(shù)中涉及的無(wú)鉛黃銅合金主要有德國(guó)公司的中國(guó)專利申請(qǐng)200410004292.2，200410004293.7中分別公開(kāi)了一種《無(wú)鉛銅合金及其應(yīng)用》，涉及基于銅一鋅一錫的無(wú)鉛銅合金，其組分主要包括60%至70%的銅、0.5至3.5%的錫和其他粘結(jié)性元素0.01%至0.5%鐵和/或鈷、0.01%至0.5%的鎳、0.01至0.5。％的錳和/或硅，余量為鋅和不可避免的雜質(zhì)。另外還可選擇性地加入最高達(dá)3%的鎂、最高達(dá)0.2%的磷以及最高達(dá)0.5%的銀、鋁、砷、銻、鈦、鋯。該類無(wú)鉛銅合金主要應(yīng)用在電工學(xué)和通信技術(shù)中的接點(diǎn)、銷釘和緊固元件中。還可以用在運(yùn)輸或存儲(chǔ)液體或者氣體的容器，特別是制冷技術(shù)中的容器或者衛(wèi)生工程中的管道、上水道配件、龍頭延長(zhǎng)管、管子連接器和閥。上述合金材料兼顧了作為塑性合金、軋制合金或者鑄造合金的諸多用途，卻造成實(shí)踐應(yīng)用過(guò)程中的實(shí)際缺點(diǎn)。例如在鑄造過(guò)程中往往流動(dòng)性不佳，鑄件光潔度不夠，晶粒排列不是特別均勻。若應(yīng)用在重力鑄造當(dāng)中，會(huì)出現(xiàn)更多的鑄造缺陷，造成鑄件成品率下降，影響鑄件作為高檔產(chǎn)品的應(yīng)用。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)存在的上述不足，提供一種適合重力鑄造的無(wú)鉛環(huán)保鉍黃銅合金材料以及制備該種鉍黃銅合金的方法。利用本發(fā)明的無(wú)鉛環(huán)保黃銅合金材料以達(dá)到降低鉛含量，符合環(huán)保健康的要求，同時(shí)要使其具備優(yōu)良的鑄造性能，特別是符合大規(guī)模的重力鑄造的性能要求。本發(fā)明提出的技術(shù)方案如下一種適合重力鑄造的無(wú)鉛環(huán)保鉍黃銅合金材料，該合金材料的化學(xué)元素組成如下元素質(zhì)量百分比下:銅鉛57%63%《0.1%0.2%0.65%鐵《0.5%0.1%3.0%鉍0.4%3.0%.《0.5%余量為鋅和不可避免的雜質(zhì)。作為上述黃銅合金材料的優(yōu)化方案，該合金材料的化學(xué)元素組成如元素質(zhì)量百分比銅58%61%鉛《0.08%鋁0.3%0.5%鐵《0.5%錫0.5%2.5%鉍0.5%2.8%鎳《0.5%余量為鋅和不可避免的雜質(zhì)。一種制備上述適合重力鑄造的無(wú)鉛環(huán)保黃銅合金材料的方法,該方法包括如下步驟銅一熔化一添加銅鉍中間合金一攪拌一鋅、鋁、錫一攪拌一精煉—取樣，爐前分析，成分調(diào)整一撈渣，靜置一出爐澆注，第一步，預(yù)熱工頻感應(yīng)爐，選用陰極銅，向工頻感應(yīng)爐中加料；第二步，逐步加熱工頻感應(yīng)爐，熔化銅；第三步，添加銅鉍中間合金；第四步，進(jìn)行充分?jǐn)嚢杼砑愉\、錫、鋁，使得合金熔液混合均勻；第五步，添加精煉劑并再次攪拌均勻；第六步，充分?jǐn)嚢韬笤谌臃治?，成份調(diào)整，直至符合上述鑄造性能要求；第七步，靜置，撈渣，95098(TC保溫，靜置20分鐘使雜質(zhì)沉淀或浮起，凈化合金熔液；第八步，在105(TC下出爐澆注。所述第三步的銅鉍中間合金中鉍元素所占的質(zhì)量百分比為10%30%。所述第五步的精煉劑的組成及質(zhì)量百分比含量為硅砂54%、蘇打40%、冰晶石6°%。所述第六步中分析的內(nèi)容包括-①成分分析，分析后調(diào)整元素比例；②金相晶粒檢測(cè)與流動(dòng)性試驗(yàn)，如沒(méi)達(dá)到要求添加精煉劑；③鏡面檢測(cè)，檢測(cè)硬質(zhì)點(diǎn)。相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)，上述技術(shù)方案帶來(lái)了如下技術(shù)效果第一、本發(fā)明的黃銅合金材料降低了鉛含量，使得其鉛含量低于0.1%，符合國(guó)家對(duì)鉛含量的強(qiáng)制性要求，由于本發(fā)明的青銅合金主要應(yīng)用在水龍頭等潔具行業(yè)中，對(duì)人體健康影響大，則其合金中鉛元素的含量大大超出傳統(tǒng)青銅合金的含量標(biāo)準(zhǔn)。第二、在符合環(huán)保健康標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上，本發(fā)明利用鉍元素代替鉛元素，控制其含量以及與其他元素的配合量，使其具備優(yōu)良的鑄造性能，無(wú)論是流動(dòng)性、還是鑄件的表面光潔度以及晶粒大小和均勻程度都符合潔具特別是高檔潔具的品質(zhì)要求。第三、本發(fā)明的黃銅合金較現(xiàn)有技術(shù)的黃銅合金更利于重力鑄造，重力鑄造中對(duì)合金熔液的流動(dòng)性要求比普通鑄造高得多，代表了潔具行業(yè)鑄造的趨勢(shì)，本發(fā)明的黃銅合金最突出的是合金熔液的流動(dòng)性大大提高，保證了黃銅重力鑄造的質(zhì)量和成品率。具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖和具體的實(shí)施例來(lái)對(duì)本發(fā)明的適合重力鑄造的無(wú)鉛環(huán)保黃銅合金材料及其制備方法做進(jìn)一步的詳細(xì)說(shuō)明，但不能以此來(lái)限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。本發(fā)明適合重力鑄造的無(wú)鉛環(huán)保黃銅合金材料總的成份構(gòu)成要求如下元素質(zhì)量百分比銅57%63%鉛《0.1%鋁0.2%0.65%鐵《0.5%錫0.1%3.0%鉍0.4%3.0%鎳《0.5%余量為鋅和不可避免的雜質(zhì)。在上述成份要求的前提下，作為一種優(yōu)化配置達(dá)到更好的技術(shù)效果，提出如下方案銅58%61%鉛《0.08%鋁0.3%0.5%鐵《0.5%錫0.5%2.5%鉍0.5%2.8%鎳《0.5%余量為銅和不可避免的雜質(zhì)。制備上述適合重力鑄造的無(wú)鉛環(huán)保黃銅合金材料的方法，該方法包括如下步驟銅一熔化一添加銅鉍中間合金一攪拌一鋅、鋁、錫一攪拌一精煉—取樣，爐前分析，成分調(diào)整一撈渣，靜置一出爐澆注，第一步，預(yù)熱工頻感應(yīng)爐，選用陰極銅，向工頻感應(yīng)爐中加料；第二步，逐步加熱工頻感應(yīng)爐，熔化陰極銅；第三步，添加銅鉍中間合金，鉍元素所占的質(zhì)量百分比為10%30%;第四步，進(jìn)行充分?jǐn)嚢杼砑愉\、錫、鋁，使得合金熔液混合均勻；第五步，添加精煉劑并再次攪拌，所述精煉劑的質(zhì)量百分比為硅砂54%、蘇打40%、冰晶石6。Z;第六步，充分?jǐn)嚢韬笤谌臃治觯煞菡{(diào)整，直至符合上述鑄造性能要求；第七步，靜置，撈渣，95098(TC保溫，靜置20分鐘使雜質(zhì)沉淀或浮起，達(dá)到合金熔液凈化的目的；第八步，升溫至105(TC，出爐澆注。所述第六步中分析的內(nèi)容包括①利用光譜儀進(jìn)行成分分析，分析后調(diào)整元素比例。②金相晶粒檢測(cè)與流動(dòng)性試驗(yàn)，如沒(méi)達(dá)到要求添加精煉劑，金相晶粒檢測(cè)利用金相顯微鏡，流動(dòng)性試驗(yàn)是將熔液流過(guò)圓筒內(nèi)壁查看其流線長(zhǎng)度。③鏡面檢測(cè)，檢測(cè)硬質(zhì)點(diǎn)。在具體實(shí)踐中，選用了如下幾個(gè)突出的成份配比來(lái)制造出符合實(shí)踐應(yīng)用的無(wú)鉛黃銅合金錠。表格中元素含量為質(zhì)量百分比。<table>tableseeoriginaldocumentpage9</column></row><table>與現(xiàn)有技術(shù)中的黃銅合金的鑄造性能比較，試驗(yàn)結(jié)果如下<table>tableseeoriginaldocumentpage10</column></row><table>通過(guò)上述試驗(yàn)結(jié)果以及實(shí)際生產(chǎn)實(shí)踐，可以知道本發(fā)明的適合重力鑄造的無(wú)鉛環(huán)保黃銅合金材料具備有優(yōu)良的鑄造性能，同時(shí)較現(xiàn)有黃銅大大降低了鉛的含量，符合環(huán)保健康的要求。權(quán)利要求1.一種適合重力鑄造的無(wú)鉛環(huán)保鉍黃銅合金材料，其特征在于，該合金材料的化學(xué)組成如下元素質(zhì)量百分比銅57％～63％鉛≤0.1％鋁0.2％～0.65％鐵≤0.5％錫0.1％～3.0％鉍0.4％～3.0％鎳≤0.5％余量為鋅和不可避免的雜質(zhì)。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的，一種適合重力鑄造的無(wú)鉛環(huán)保鉍黃銅合金材料，其特征在于，該合金材料的化學(xué)組成如下銅鉛鋁鐵錫鉍元素質(zhì)量百分比銅58%61%鉛《0.08%鋁0.3%0.5%鐵《0.5%錫0.5%2.5%鉍0.5%2.8%鎳《0.5%余量為鋅和不可避免的雜質(zhì)。3.—種制備權(quán)利要求1或權(quán)利要求2所述的一種適合重力鑄造的無(wú)鉛環(huán)保鉍黃銅合金材料的方法，其特征在于，該方法包括如下步驟第一步，預(yù)熱工頻感應(yīng)爐，選用陰極銅，向工頻感應(yīng)爐中加料；第二步，逐步加熱工頻感應(yīng)爐，熔化陰極銅；第三步，添加銅鉍中間合金；第四步，進(jìn)行充分?jǐn)嚢杼砑愉\、錫、鋁，使得合金熔液混合均勻；第五步，添加精煉劑并再次攪拌均勻；第六步，充分?jǐn)嚢韬笤谌臃治?，成份調(diào)整，直至符合上述鑄造性能要求；第七步，靜置，撈渣，95098(TC保溫，靜置20分鐘使雜質(zhì)沉淀或浮起，凈化合金熔液；第八步，在105(TC下出爐澆注。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種適合重力鑄造的無(wú)鉛環(huán)保鉍黃銅合金材料的方法，其特征在于，所述第三步的銅鉍中間合金中鉍元素所占的質(zhì)量百分比為10%30%。5.根據(jù)權(quán)利要求3或4所述的一種適合重力鑄造的無(wú)鉛環(huán)保鉍黃銅合金材料的方法，其特征在于，所述第五步的精煉劑的組成及質(zhì)量百分比含量為硅砂54%、蘇打40%、冰晶石6°%。6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種適合重力鑄造的無(wú)鉛環(huán)保鉍黃銅合金材料的方法，其特征在于，所述第六步中分析的內(nèi)容包括①成分分析，分析后調(diào)整元素比例；②金相晶粒檢測(cè)與流動(dòng)性試驗(yàn)，如沒(méi)達(dá)到要求添加精煉劑；③鏡面檢測(cè)，檢測(cè)硬質(zhì)點(diǎn)。全文摘要本發(fā)明涉及一種適合重力鑄造的無(wú)鉛環(huán)保鉍黃銅合金材料，該合金材料的化學(xué)元素組成如下銅57％～63％；鉛≤0.1％；鋁0.2％～0.65％；鐵≤0.5％；錫0.1％～3.0％；鉍0.4％～3.0％；鎳≤0.5％；余量為鋅和不可避免的雜質(zhì)。本發(fā)明的黃銅合金材料含鉛量大大降低，符合環(huán)保健康的要求，同時(shí)有具備優(yōu)良的鑄造性能，適合鑄造特別是大規(guī)模的重力鑄造，在潔具行業(yè)具有廣泛的應(yīng)用前景。文檔編號(hào)C22C9/04GK101343704SQ20081004241公開(kāi)日2009年1月14日申請(qǐng)日期2008年9月3日優(yōu)先權(quán)日2008年9月3日發(fā)明者蔣明川申請(qǐng)人:浙江天申銅業(yè)有限公司