專利名稱：：無鉛易切削鎂黃銅合金及其制造方法
技術領域：
：本發(fā)明涉及一種鎂黃銅合金，尤其是涉及一種適用于供水系統(tǒng)零部件的無鉛易切削鎂黃銅合金。
背景技術：
：切削性能優(yōu)良的鉛黃銅合金常用的有HPb59-1，C3601、C3604、C3711等，這些合金是通過添加1.0-3.7%(重量)的鉛來保證切削性能的。含鉛黃銅合金，因其具有優(yōu)良的切削性能、加工成型性能、生產成本低，現(xiàn)在仍作為許多制品的結構材料而被廣泛使用。但鉛黃銅合金在熔煉和鑄造過程中產生的鉛蒸汽，在切削加工和磨削加工過程中產生的含鉛粉塵，對環(huán)境和人體非常有害，尤其是用于飲用水供給系統(tǒng)的水龍頭、閥體和套管，鉛會被浸出，用于兒童玩具零件因經常觸摸，則危害更大更廣泛。鉛對環(huán)境的污染、對人體的危害問題，已引起人們的高度關注，許多國家相繼制定了法令，嚴格限制含鉛材料的應用。為應對這一挑戰(zhàn)，冶金工作者和銅材生產商，積極研究和開發(fā)無鉛易切削黃銅合金材料。有的以硅代鉛，結果因銅含量較高，切削性無明顯改善而缺乏競爭力。無鉛易切削黃銅合金研究開發(fā)較成功的是以鉍代鉛的鉍黃銅合金，美國已研究開發(fā)出數(shù)種高鋅和低鋅的鉍黃銅，已登記了正式牌號。這些黃銅合金中除添加了昂貴的鉍外，還添加了昂貴的錫、鎳和硒，它們的切削性相當于85-97%的鉛黃銅合金的切削性能，但生產成本遠遠高于鉛黃銅合金，在市場中也缺乏競爭力；日本、中國也研究開發(fā)出鉍黃銅合金，并申請了專利。鑒于鉍昂貴、資源稀少，鉍黃銅冷熱加工成型性能不盡人意，因而以鉍代鉛終非長久之計。以銻代鉛的易切削銻黃銅，已獲國內和美國的專利授予權，實現(xiàn)棒材和線材的商品化生產。
發(fā)明內容為了解決現(xiàn)有技術存在的問題，特別是鉛對環(huán)境的污染問題，本發(fā)明的目的是提供一種鎂黃銅合金，該合金解決了現(xiàn)有技術的上述問題。本發(fā)明的另一個目的是提供一種具有優(yōu)異的切削性能、鑄造性能、冷熱加工成型性能、耐腐蝕性能，并且對環(huán)境無污染的無鉛鎂黃銅合金。本發(fā)明的再一個目的是提供一種特別適用于供水系統(tǒng)零部件的無鉛易切削鎂黃銅合金。本發(fā)明的再一個目的是提供一種鎂黃銅合金的制備方法。本發(fā)明的目的由下述途徑來達到。本發(fā)明提供了一種無鉛易切削鎂黃銅合金，其組成為56.064.0(重量％)銅，0.62.5(重量％)鎂0.150.4(重量％)磷，0.0020.9(重量％)的至少二種選自鋁、硅、銻、錫、稀土元素、鈦和硼中的其它元素，余量為鋅和雜質。本發(fā)明以(a+e)兩相黃銅為基礎，利用鎂與銅形成的脆性金屬間化合物Cu2Mg，保證合金具有優(yōu)良的切削性能。本發(fā)明中，磷為重要的合金元素，能夠提高合金的抗脫鋅腐性能，改善合金的鑄造性能和焊接性能，同時磷與銅形成的金屬間化合物CU3P對易切削性起補充作用，磷含量小于0.1重量％，對鎂黃銅切削性能的貢獻不明顯。因此，合金中磷的含量優(yōu)選為O.150.3(重量％)，更優(yōu)選為0.20.29(重量％)，其含量最好為0.260.28(重量％)。本發(fā)明的合金呈多元合金化，晶粒細化，使Cu2Mg和少量的Cii3P呈細少顆粒狀彌散均勻分布于晶內和晶界，降低化合物對冷塑性的不利影響。在現(xiàn)有技術的普通黃銅中通常添加微量鎂(小于O.Ol重量％)只是為脫氧和細化晶粒，添加微量磷(0.0030.006重量％)只是為了脫氧，有意殘留微量磷還是為了脫氧而改善黃銅焊接性能。但在本發(fā)明的合金中，鎂和磷的含量遠遠高于現(xiàn)有技術中的上述添加量，而且合金具有優(yōu)良的綜合性能，該合金實為一種無鉛高磷的鎂黃銅新型合金。鎂是除鋅外的主要合金元素，722"C時鎂在銅中的固溶度達最大值3.3重量％,隨溫度降低，固溶度迅速減小，至室溫幾乎為零，析出的鎂與銅形成脆而不硬的金屬間化合物Cii2Mg。基于鎂的這種特性，選擇鎂作為保證合金易切削的主要合金元素。鎂還具有脫氧、細化晶粒、改善合金抗脫鋅腐蝕的作用，但隨鎂含量增加，抗脫鋅腐蝕效果和鑄造性能降低。鎂含量高于2.5重量％，合金的抗氧化性能不好，鑄錠或鑄件表面呈黑色，其含量最高不大于2.5重量％。優(yōu)選的鎂含量為0.52.0(重量％)，更優(yōu)選的鎂含量為0.71.6(重量％)。其它元素中，銻是改善抗脫鋅腐蝕性能的有益元素，在有鎂和磷的情況下，含量為00.25重量%為宜；鋁、硅和錫具有脫氧、固溶強化和提高耐蝕性的作用。鋁和硅過多，降低合金熔體的流動性，硅還與銅形成又硬又脆的Y相，三者的含量分別控制在O.10.4重量％范圍內；稀土元素、鈦和硼是細化銅合金晶粒的非常有效的元素，目前大多數(shù)無鉛易切削黃銅合金中均或多或少添加了這些元素，本發(fā)明的鎂黃銅中添加微量一種或兩種這類元素，同樣是為了細化晶粒，稀土元素還具有減少金屬間化合物在晶界上的集聚程度并部分轉入晶界內的作用。鐵也是黃銅常用的晶粒細化劑，但未固溶的鐵或因溫度降低而析出的鐵，對合金耐蝕性有不良的影響，消耗磷這種有益的元素，本發(fā)明的鎂黃銅合金中，鐵作為雜質，控制其含量小于0.05重量％，雜質鉛含量小于0.02(重量)％。本發(fā)明的鎂黃銅合金，其合金元素的選擇和成分的設計能確保合金所需金屬原料成本低無鉛易切削鉍黃銅和銻黃銅而與鉛黃銅相近。本發(fā)明采用的工藝如下-熔煉在在覆蓋劑的保護作用下在大氣氣氛中進行，易氧化和揮發(fā)的金屬鎂的加入形式不同于通常采用的以銅鎂中間合金形式加入，也不以純鎂壓入的方式加入，而是以熔點低于純鎂而沸點高于純鎂的鎂基合金形式加入，這既降低了鎂的損耗，又便于控制鎂的添加量，熔體出爐溫度為9951030°C。本工藝路線的優(yōu)點還在于用鑄錠而不用擠壓棒材一次性成型精密模鍛供水系統(tǒng)用結構復雜的零件，減少了擠壓工序，降低了生產成本，模鍛溫度為58072(TC;采用大于30的擠壓比在550720。C進行擠壓，使C"Mg等化合物顆粒進一步細化和彌散均勻分布，進一步降低它們對冷加工成型性能的不良影響。低壓鑄造溫度為9951020。C。圖l是實施例l一3車屑照片。圖2是實施例4一6車屑照片。圖3是實施例7—9車屑照片。圖4是用于對比的鉛黃銅C36000的車屑照片。具體實施例方式實施例合金成分列于表l。各合金鑄錠在58070(TC溫度下以高擠壓比(大于30)擠壓成棒材。部分合金鑄錠在59071(TC溫度下鍛造成結構復雜的供水零件，部分合金鑄錠重熔在9901015。C溫度下低壓鑄造水龍頭。表1無鉛易切削鎂黃銅合金成分(重量％)<table>tableseeoriginaldocumentpage5</column></row><table>性能檢測結果:1.切削性能-試樣為半硬狀態(tài)，采用相同的刀具、相同的切削速度和相同的進刀量(0.6mm)。分別測量C36000和本發(fā)明合金的切削阻力，計算得相對切削率C36000切削阻力-X100%發(fā)明合金的切削阻力根據(jù)圖1，實施例l一3的切削率》80%，實施例4一6的切削率》85%，實施例7—9的切削率>90%，C36000的切削率為100%，各種情況下的車屑進刀量為0.6mm。2.脫鋅腐蝕性能脫鋅腐蝕實驗按國家標準進行，試樣為應力退火狀態(tài)，結果如表3所示。3.應力腐蝕性能試樣取自擠壓棒材、鑄件和鍛件，按國家標準進行應力腐蝕實驗，各個合金試樣表面無裂紋。4.力學性能-試樣為半硬狀態(tài)，規(guī)格ct)6棒材，結果如表2所示。5.鑄造性能評價金屬鑄造性能有多項指標，本發(fā)明采用鑄造合金通用的標準體收縮試樣、圓圈形試樣來衡量合金的流動性和補縮能力，用圓筒形試樣來衡量合金的抗縮裂能力，用條形試樣測定合金的線收縮率。體收縮試樣的集中縮孔表面光滑、底部無肉眼可見縮松為優(yōu)，用"O"表示，集中縮孔表面光滑、底部可見縮松高度小于5mra為良，用"A"表示，集中縮孔表面不光滑、底部可見縮松高度大于5mm為差，用"X"表示。鑄造性能檢測結果如表3所示，表明合金的鑄造性能很好。<table>tableseeoriginaldocumentpage7</column></row><table>權利要求1.一種無鉛易切削鎂黃銅合金，其特征在于，其組成為56.0～64.0(重量％)銅，0.6～2.5(重量％)鎂，0.15～0.4(重量％)磷，0.002～0.9(重量％)的至少二種選自鋁、硅、銻、錫、稀土元素、鈦和硼中的其它元素，余量為鋅和雜質。2、根據(jù)權利要求1的無鉛易切削鎂黃銅合金，其特征在于，其中的磷含量為0.150.3(重量％)。3、根據(jù)權利要求2的無鉛易切削鎂黃銅合金，其特征在于，其中的磷含量為0.20.29(重量％)。4、根據(jù)權利要求3的無鉛易切削鎂黃銅合金，其特征在于，其中的磷含量為0.260.28(重量％)。5、根據(jù)權利要求1一4任一項的無鉛易切削鎂黃銅合金，其特征在于，其中的鎂含量為0.62.0(重量％)。6、根據(jù)權利要求5的無鉛易切削鎂黃銅合金，其特征在于，其中的鎂含量為0.71.6(重量％)。7、根據(jù)權利要求l一4任一項的無鉛易切削鎂黃銅合金，其特征在于，其中的其它元素選自銻、硅、鋁、錫、稀土元素、鈦和硼。8、根據(jù)權利要求7的無鉛易切削鎂黃銅合金，其特征在于，其中的其它元素選自鈦和9、根據(jù)權利要求l一4任一項的無鉛易切削鎂黃銅合金，其特征在于，其中的其它元素的含量為0.0030.8(重量％)。10、根據(jù)權利要求8的無鉛易切削鎂黃銅合金，其特征在于，其中的其它元素的含量為0.0030.05(重量％)。11、根據(jù)權利要求1一4任一項的無鉛易切削鎂黃銅合金，其特征在于，其雜質中的鉛含量小于0.02(重量％)，鐵含量小于0.05(重量％)。12、根據(jù)權利要求1一10任一項無鉛易切削鎂黃銅合金的制備方法，其特征是在大氣中在覆蓋劑的作用下熔煉鎂黃銅，鎂是以熔點低于純鎂、沸點高于純鎂的鎂基合金形式加入熔煉爐中，熔體出爐溫度為9951030。C。全文摘要本發(fā)明提供一種無鉛的易切削鎂黃銅合金，其組成為56.0～64.0(重量％)銅，0.6～2.5(重量％)鎂，0.15～0.4(重量％)磷，0.002～0.9(重量％)的至少二種選自鋁、硅、銻、錫、稀土元素、鈦和硼中的其它元素，余量為鋅和雜質。本發(fā)明還公開了無鉛易切削鎂黃銅合金的制備方法。該合金具有優(yōu)良的切削性能，鑄造性能、熱加工和冷加工成型性能、耐蝕性能、力學性能和焊接性能，特別適合于需要切削加工和磨削加工成型的零部件、鍛件和鑄件，所需原材料成本低于無鉛易切削鉍黃銅、銻黃銅，而與鉛黃銅相近。文檔編號C22C9/04GK101285137SQ200810110818公開日2008年10月15日申請日期2008年6月11日優(yōu)先權日2008年6月11日發(fā)明者章四琪,胡振青,許傳凱申請人:路達(廈門)工業(yè)有限公司