專利名稱：：無鉛易切削磷黃銅合金及其制造方法
技術領域：
：本發(fā)明涉及一種磷黃銅合金，特別是涉及一種適用于供水系統(tǒng)鍛件或鑄件的無鉛易切削磷黃銅合金及其制造方法。
背景技術：
：含鉛的黃銅合金材料因其具有優(yōu)異的切削性能、熱冷加工成型性能和生產(chǎn)成本較低，現(xiàn)在仍作為許多制品的結構材料而被廣泛使用。但鉛黃銅在生產(chǎn)和使用過程中鉛對環(huán)境會造成污染，對人體會造成傷害問題，已引起人們的高度關注，因而包括鉛黃銅在內(nèi)的含鉛材料的應用，日益受到嚴格的限制。為應對這一挑戰(zhàn)，近幾年來，國內(nèi)國外積極研究開發(fā)無鉛易切削黃銅合金。己研究開發(fā)的鉍黃銅和碲黃銅是目前切削性能最接近鉛黃銅的兩種無鉛黃銅合金，但鉍資源稀少，價格昂貴(20萬元/噸)，碲更稀少、更昂貴(200萬元/噸)，因而以鉍、碲代鉛非長久之計。與銅形成脆性金屬間化合物的元素代鉛來制造無鉛易切削銅合金的思路，為尋求代鉛元素開拓了新視野。以銻代鉛的銻黃銅，已獲國內(nèi)和美國專利授予權，開始棒材和線材商品化生產(chǎn)。國內(nèi)外還對硅黃銅進行研究和改進，使其切削性能有所提高。國外還有人采用熔鑄方法，研究石墨/銅合金基復合材料，但石墨加入工藝難度大，尚無進展。
發(fā)明內(nèi)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)明依據(jù)磷在銅中的固溶度隨溫度降低而迅速減小并與銅形成脆性金屬間化合物Cu3P的特性，選擇磷作為保證合金具有優(yōu)良切削性能的主要合金元素。本發(fā)明的目的是提供一種磷黃銅合金，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)境無污染的無鉛磷黃銅合金。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)鍛件或鑄件的無鉛易切削磷黃銅合金。本發(fā)明的再一個目的是提供一種磷黃銅合金及其制造方法。本發(fā)明的目的是通過下述途徑達到的。本發(fā)明提供了一種無鉛易切削磷黃銅合金，其特征在于，銅和鋅兩者的總量大于97.0(重量％)但不等于99.5(重量％)，鋅大于35.0(重量％)，磷為0.4~1.6(重量％)，至少二種選自鋁、硅、銻、錫、稀土元素、鈦和硼中的其它元素為0.005~0.6(重量％)，余量為雜質(zhì)。本發(fā)明的無鉛易切削磷黃銅合金中，磷的含量優(yōu)選為0.5~1.35(重量％)，更優(yōu)選為0.5~0.9(重量％)，最優(yōu)選為0.5~0.8(重量％)。其中的其它元素優(yōu)選為鋁、硅、銻、鈦和硼。本發(fā)明無鉛易切削磷合金的相組成主要是a相、P相，還含有少量的CU3P。上述合金中，鉛作為雜質(zhì)，其含量不大于0.02重量％，雜質(zhì)鐵不大于0.05重量％。上述合金中，磷是除鋅以外的主要合金元素，其有益作用是與銅形成的脆性金屬間化合物CU3P，促使切屑斷裂而使合金具有易切削性；脫氧以改善合金的鑄造性能和焊接性能；提高合金的抗脫鋅腐蝕性能。磷的有害作用是與銅形成的脆性CU3P，易集聚在晶界上，降低合金的室溫下的塑性，不利于冷加工成型。所述其它元素中，稀土元素、鈦和硼都具有脫氧和細化晶粒作用，稀土元素還與磷等合金元素形成金屬間合金化合物進入晶內(nèi)，使晶界上CU3P數(shù)量減少、集聚程度降低。三者的加入量小于0.02重量％。鋁和硅具有脫氧、固溶強化和提高合金耐蝕性的作用，過多則增加氧化渣量，于鑄造性能不利，硅過多還會產(chǎn)生又脆又硬的Y相，降低塑性。三者含量控制在0.1-0.5重量％范圍內(nèi)為宜。添加少量錫主要是為了改善抗脫鋅腐蝕性能，銻象錫一樣也有改善黃銅抗脫鋅腐蝕作用，同時對切削性能有益。本發(fā)明合金的特點在于，合金相組成主要是a相、e相和Qi3P，磷是保證合金易切削的主要合金元素。，銻也是重要的合金元素，加入銻可以形成少量的脆性銅銻金屬間化合物，對切削性能的提高起補充作用；多元合金化，使基本晶粒細化，使金屬間化合物細化并彌散分布于晶內(nèi)和晶界，降低它們對塑性的不利影響。本發(fā)明無鉛易切削磷合金的制備方法是用覆蓋劑保護在大氣氣氛中進行熔煉，在980100(TC澆鑄，鑄錠在55070(TC溫度下用大擠壓比(大于30)進行擠壓，在570~71(TC溫度下鍛造成鍛件，鑄錠重熔在990101(TC溫度下低壓鑄造成鑄件。本發(fā)明采用的工藝路線的優(yōu)點在于由鑄錠而不是擠壓棒直接熱鍛，降低生產(chǎn)成本；鑄錠重熔便于低壓鑄造時成分的控制；大擠壓比擠壓，使CU3P等金屬間化合物進一步細化和彌散均勻分布，進一步降低它們對冷塑性的不良影響，進一步發(fā)揮它們對切削性能的有益作用。如上所述，本發(fā)明的無鉛易切削磷黃銅合金，以磷代鉛，通過多元合金化、晶粒細化、大的加工變形量和熱處理，使Cu3P呈細小顆粒狀彌散分布于晶內(nèi)和晶界來保證合金具有優(yōu)良的切削性能，耐蝕性能和力學性能，尤其是具有優(yōu)異的鑄造性能和熱成型性能。該合金適合于需要切削加工的零部件、鍛件和鑄件，特別適合于需要切削加工、磨削加工(拋光)、焊接和電鍍的供水系統(tǒng)用的鍛件和鑄件。在該合金研制階段，利用直徑37mm、高60mm鑄錠，在57070(TC溫度范圍內(nèi)不同溫度下，鍛造供水系統(tǒng)用結構復雜的閥體70件，一次性模鍛成型成品率達98.6%，表明該合金熱加工成型性能非常好，鑄錠低壓鑄造工藝性能優(yōu)良。圖1是實施例1一3的車屑照片。圖2是實施例4一8的車屑照片。圖3是實施例9和10的車屑照片。圖4是用于對比的鉛黃銅C36000的車屑照片。具體實施例方式按照表1中實施例1一10的合金成分制備合金。合金鑄錠一部分用于鍛造，一部分用重熔低壓鑄造，一部分用于擠壓棒材。進行了切削性能、鑄造性能、脫鋅腐蝕、力學性能檢測。鑄錠鍛造溫度為570~700°C，擠壓溫度為560~680°C，低壓鑄造溫度980~1000°C，消除應力退火溫度為350~450°C。表l無鉛易切削磷黃銅合金成分(重量％)<table>tableseeoriginaldocumentpage5</column></row><table>性能檢測結果1、切削性能評價材料的切削性能有多項指標和方法，本發(fā)明采用測定切削阻力和觀察對比車屑形貌的方法來確定切削性能。試樣為半硬狀態(tài)。采用相同的車刀、相同的進刀量(0.6mm)和相同的切削速度的條件下，測定鉛黃銅C36000和發(fā)明合金的切削阻力，由此計算出發(fā)明合金的相對切削率-C36000切削阻力X100%發(fā)明合金的切削阻力根據(jù)圖l，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0.6觀。2、脫鋅腐蝕考慮到本發(fā)明的磷黃銅將大量用于低壓鑄造的鑄件，檢測試樣取鑄態(tài)，對比鉛黃銅C36000為消除應力，退火狀態(tài)。結果如表2所示。表2無鉛易切削磷黃銅合金脫鋅腐蝕結果<table>tableseeoriginaldocumentpage6</column></row><table>3、鑄造性能評價合金鑄造性能有多項指標。本發(fā)明采用鑄造合金體收縮、圓筒形、條形和圓圈形標準試樣，來評價無鉛易切削磷黃銅合金的鑄造性能。體收縮試樣集中縮孔表面光滑、底部無肉眼可見縮松為優(yōu)，用"O"表示，集中縮孔表面光滑、底部肉眼可見縮松高度小于5mm為良，用"△"表示，集中縮孔表面較光滑、底部肉眼可見縮松高度大于5mm為差，用"X"表示。各合金條形試樣線收縮率均不大于1.5%。圓筒形試樣用來評價縮裂情況，無肉眼可見裂紋為優(yōu)，用"〇"表示，有肉眼可見裂紋為差，用"X"表示。圓圈形試樣用來評價合金的流動性。各合金熔體出爐溫度100(TC，結果如表3所示，表明磷黃銅合金鑄造性能優(yōu)異。表3無鉛易切削磷黃銅合金鑄造性能<table>tableseeoriginaldocumentpage6</column></row><table>4、力學性能試樣為半硬狀態(tài)，規(guī)格4)6棒材，結果如表4所示。表4無鉛易切削磷黃銅合金室溫力學性能<table>tableseeoriginaldocumentpage7</column></row><table>5、應力腐蝕性能試樣取自擠壓棒、鍛件和鑄件，按國家標準進行應力腐蝕實驗，各個合金試樣表面無裂紋。權利要求1.一種無鉛易切削磷黃銅合金，其特征在于，銅和鋅兩者的總量大于97.0(重量％)但不等于99.5(重量％)，鋅大于35.0(重量％)，磷為0.4～1.6(重量％)，至少二種選自鋁、硅、銻、錫、稀土元素、鈦和硼中的其它元素為0.005～0.6(重量％)，余量為雜質(zhì)。2、根據(jù)權利要求1的無鉛易切削磷黃銅合金，其特征在于，其中的磷為0.51.35(重量%)。3、根據(jù)權利要求2的無鉛易切削磷黃銅合金，其特征在于，其中的磷為0.5~0.9(重量％)。4、根據(jù)權利要求3的無鉛易切削磷黃銅合金，其特征在于，其中的磷為0.5~0.8(重量％)。5、根據(jù)權利要求l一4任一項的無鉛易切削磷黃銅合金，其特征在于，其中的其它元素為鋁、硅、銻、鈦和硼。6、根據(jù)權利要求l一4任一項的無鉛易切削磷黃銅合金，其特征在于，其雜質(zhì)中的鉛含量小于0.02(重量％)，鐵含量小于0.05(重量％)。7、權利要求l一6任一項的無鉛易切削磷黃銅合金的制造方法，包括用覆蓋劑保護在大氣氣氛中熔煉，在995103(TC出爐澆鑄。全文摘要本發(fā)明提供了一種無鉛易切削磷黃銅合金及其制造方法。該合金的成份(重量％)為(銅+鋅)大于97.0但不等于99.5，鋅大于35.0(重量％)，磷0.4～1.6(重量％)，至少二種選自鋁、硅、銻、錫、稀土元素、鈦和硼組的其它元素為0.005～0.6(重量％)，余量為雜質(zhì)，其中的鋅含量大于35.0(重量％)。本發(fā)明還提供了一種無鉛易切削高磷黃銅合金的制備方法。本發(fā)明的合金具有優(yōu)良的切削性能、鑄造性能、焊接性能、抗脫鋅腐蝕性能、成型性能和力學性能。特別適合于需要切削加工、磨削加工(拋光)、焊接和電鍍的鍛件和低壓鑄造的鑄件，如供水系統(tǒng)用水龍頭、閥體、管套。文檔編號C22C9/04GK101285138SQ200810110819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