專利名稱：一種無鉛易切削鎂銻黃銅合金的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬金屬合金材料的制造技術(shù)領(lǐng)域。尤其涉及到一種具有優(yōu)異的切削性能、機(jī)械性能和耐腐蝕性能的綠色環(huán)保無鉛易切削鎂銻黃銅合金。
背景技術(shù)：
鉛黃銅具有優(yōu)良的易切削、力學(xué)、物理等性能，是廣泛應(yīng)用的一種銅合金，發(fā)達(dá)國(guó)家僅黃銅水管的使用率就高達(dá)90%以上，然而鉛是一種對(duì)環(huán)境和人體危害作用巨大的元素，在鉛黃銅中鉛以游離態(tài)單質(zhì)方式存在，并隨著鉛黃銅的腐蝕而進(jìn)入水中，因此在工業(yè)生產(chǎn)中必須嚴(yán)格控制各種產(chǎn)品的鉛含量。目前無鉛黃銅的替代研究主要有鉍黃銅和銻黃銅，但國(guó)內(nèi)對(duì)鉍、銻黃銅的研究尚未形成自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)。通過對(duì)鉛黃銅易切削機(jī)理的研究，根據(jù)鉍黃銅和銻黃銅的研究思路，結(jié)合我國(guó)國(guó)情選用資源豐富價(jià)格低廉的鎂，同時(shí)加以銻元素以改善合金的切削性能，并對(duì)鎂黃銅的可切削性等性能和微觀組織進(jìn)行了研究，獲得了具有市場(chǎng)推廣價(jià)值的又一新型無鉛易切削鎂銻黃銅，將獲得巨大的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一系列不含鉛的具有優(yōu)異的切削性能、熱加工性能和機(jī)械性能，同時(shí)又具有優(yōu)異的耐腐蝕性能，可以替代鉛銅合金并且不會(huì)造成環(huán)境污染、有利于降低成
本的綠色環(huán)保無鉛易切削鎂銻黃銅合金。
本發(fā)明無鉛易切削鎂銻黃銅合金的相組成為以a相為主，P相較少，少量細(xì)小均勻
分布于晶界的含鎂和含銻的金屬間化合物等硬脆相。
一種無鉛易切削鎂銻黃銅合金由銅、鋅、鎂、銻合金元素，不可避免的雜質(zhì)成分，以
及其它元素組成，所述合金的組成為銅58 63wt%、鎂1.8~2.6wt%、銻0.5~1.5wt%，其它元素0.1~0.5wt%，其余為鋅和不可避免的雜質(zhì)，雜質(zhì)成分總含量不大于0.1wt。/。，其它元素選自鈰、鐵、鎳、硅、磷、錫、硼中的一種。
鎂含量?jī)?yōu)選為2.0~2.4wt%。
銻含量?jī)?yōu)選為0.7-1.4wt%。其它元素優(yōu)選為0.1~0.3wt%。
無鉛易切削鎂銻黃銅合金是利用鎂和銻代替鉛，鎂和銻在黃銅中均有一定的固溶度，當(dāng)鎂元素含量較少時(shí)，可以起到脫氧和細(xì)化晶粒的效果，少量的銻可以改善合金的抗脫鋅
性能。當(dāng)鎂元素和銻元素含量較高時(shí)(MgX).5wt。/。， Sb>0.3wt%)，此時(shí)鎂和銻能與銅在合金晶內(nèi)和晶界附近形成金屬間化合物Cu2Mg和Cu2Sb，金屬間化合物的聚集形成易切削的短斷屑點(diǎn)，使得含鎂和含銻的金屬間化合物脆性相均勻分布在晶內(nèi)和晶界上，進(jìn)一步提高了該合金的切削性能。當(dāng)鎂含量低于0.5wt%、銻低于0.3wtM時(shí)，其作用對(duì)合金體系尤其是切削性能不明顯，因此，合金中鎂元素的優(yōu)選含量為2.0 2.4wt%，銻元素的優(yōu)選含量為0.7~1.4wt%。其它元素中少量的鋁可以提高黃銅的強(qiáng)度與抗腐蝕能力，但含量較高時(shí)會(huì)嚴(yán)重影響合金的塑性，稀土元素鈰的添加可以細(xì)化晶粒且可以使得脆性金屬間化合物彌散分布于合金內(nèi)部，提高合金的綜合性能，少量鈦元素和硼元素在細(xì)化晶粒方面也有較好效果，添加鎳可以擴(kuò)大a相區(qū)，可獲得高強(qiáng)度合金，少量硅和錫元素均具有脫氧、固溶強(qiáng)化的作用，但硅含量過多就會(huì)降低合金澆鑄時(shí)的流動(dòng)性，從而影響鑄錠質(zhì)量，鐵在黃銅中固溶度極小，少量鐵有細(xì)化晶粒的作用，少量的磷能夠提高黃銅的力學(xué)性能兼有細(xì)化晶粒的效果。因此，本發(fā)明優(yōu)選其它元素含量控制范圍為0.1~0.3wt%。
本發(fā)明在現(xiàn)有的普通鉛黃銅合金的基礎(chǔ)上，針對(duì)鉛黃銅的主要使用性能和要求，并結(jié)合環(huán)境保護(hù)的要求，本著降低成本的原則，采用鎂、銻元素代替環(huán)境污染和對(duì)人體危害較嚴(yán)重的鉛元素，從而達(dá)到無鉛和價(jià)格低廉的目的。與鉛黃銅和目前的無鉛黃銅相比，具有以下突出優(yōu)點(diǎn)和積極效果
1) 是一種無鉛的黃銅材料，可以消除鉛在生產(chǎn)和使用過程中對(duì)環(huán)境和人體造成的危害。
2) 鎂銻黃銅合金切削性能均為80%以上，優(yōu)于鎂黃銅；鎂銻黃銅合金耐腐蝕性能較好鎂黃銅平均腐蝕深度為416.5um，而鎂銻黃銅平均腐蝕深度為340. 1 y m。
3) 具有優(yōu)良的切削性能、冷熱成型性、優(yōu)良的機(jī)械性能，同時(shí)又具有優(yōu)異的耐腐蝕性能，可以代替現(xiàn)有的鉛黃銅合金，應(yīng)用于水暖潔具和其他各種生產(chǎn)領(lǐng)域。
4) 我國(guó)鎂和銻的資源豐富，價(jià)格低廉，可以很大程度的降低成本。
5) 生產(chǎn)工藝簡(jiǎn)單，可控。
本發(fā)明的合金特別適用于水暖潔具和其他各種生產(chǎn)領(lǐng)域。它是有利于人體健康和環(huán)境保護(hù)的新型金屬材料，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又一新型理想替代品。
具體實(shí)施例方式
以下結(jié)合實(shí)施例進(jìn)一步說明本發(fā)明，而非限制本發(fā)明。
實(shí)施例對(duì)本發(fā)明綠色環(huán)保無鉛易切削鎂黃銅合金按下表l中的合金成分鑄成鑄錠、擠壓成圓棒。
實(shí)施例1
其生產(chǎn)工藝流程方法如下
原材料準(zhǔn)備及配料一熔煉一澆鑄一鑄錠均勻化處理一熱擠壓一消除應(yīng)力退火一成品。具體可描述如下熔煉采用中頻感應(yīng)電爐，先加入銅錠和覆蓋劑，在銅熔體中，按成分配比配料，按照順序加入鋅、銻、銅鎂中間合金。使鎂和銻在黃銅熔液中迅速固溶為金
屬間化合物，并且均勻分布，在1000 110(TC下鑄造成黃銅鑄錠，600 75(TC狀態(tài)下均勻化處理2 3小時(shí)，在600 750。C溫度下進(jìn)行擠壓，在300 40(TC下進(jìn)行消除應(yīng)力退火。
實(shí)施例2的生產(chǎn)工藝流程同實(shí)施例1。
實(shí)施例3
其生產(chǎn)工藝流程方法如下
原材料準(zhǔn)備及配料一熔煉一澆鑄一鑄錠均勻化處理一熱擠壓一消除應(yīng)力退火一成品。
具體可描述如下熔煉采用中頻感應(yīng)電爐，先加入銅錠和覆蓋劑，在銅熔體中，按成
分配比配料，按照順序加入鋅、銻、銅鎂中間合金及其它元素。使鎂和銻在黃銅熔液中迅
速固溶為金屬間化合物，并且均勻分布，在1000 110(TC下鑄造成黃銅鑄錠，600 750°C狀態(tài)下均勻化處理2 3小時(shí)，在600 750'C溫度下進(jìn)行擠壓，在300 40(TC下進(jìn)行消除應(yīng)力退火。
實(shí)施例4-9的生產(chǎn)工藝流程同實(shí)施例3。
5表1本發(fā)明綠色環(huán)保無鉛易切削鎂銻黃銅的成分組成實(shí)例(wt%)
實(shí)施例CuMgSbCeFe NiSiP SnB Zn
實(shí)施例159.522.120.84余量
實(shí)施例260.672.361.20余量
實(shí)施例359.802.210.890.25余量
實(shí)施例461.482.170.730.29余量
實(shí)施例562.172.091.080.27余量
實(shí)施例661.632,140.890.24余量
實(shí)施例758.942.190.950.18余量
實(shí)施例862.74■ 2,22O.卯0.28余量
實(shí)施例959.772.031.280.15 余量
本發(fā)明所述的無鉛易切削黃銅鎂銻合金擠壓退火后的力學(xué)性能如下表2: 表2本發(fā)明綠色環(huán)保無鉛易切削鎂銻黃銅的力學(xué)性能
實(shí)施例抗拉強(qiáng)度MPa屈服強(qiáng)度MPa延伸率％
實(shí)施例1:Cu-Zn-Mg-Sb485.1351.813.4
實(shí)施例2:Cu-Zn-Mg-Sb493.9360.710.7
實(shí)施例3:Cu-Zn-Mg-Sb-Ce502.1374.69.2
實(shí)施例4:Cu-Zn-Mg-Sb-Fe528.3376,410.8
實(shí)施例5:Cu-Zn-Mg-Sb-Ni536,2381.39,9
實(shí)施例6:Cu-Zn-Mg-Sb-Si535.6353.511.0
實(shí)施例7:Cu-Zn-Mg-Sb-P500.8323.812.1
實(shí)施例8:Cu-Zn-Mg-Sb-Sn552.3397.710.8
實(shí)施例9:Cu-Zn-Mg-Sb-B572.6411.212.0
C3604470 550 350》7
其他性能指標(biāo)如下
1、 熱加工性能和C3604相當(dāng)
2、 切削性能實(shí)施例h切削指數(shù)大于80%
實(shí)施例2:切削指數(shù)大于82%實(shí)施例3:切削指數(shù)大于88%
實(shí)施例4:切削指數(shù)大于95% 實(shí)施例5:切削指數(shù)大于93% 實(shí)施例6:切削指數(shù)大于89% 實(shí)施例7:切削指數(shù)大于91% 實(shí)施例8:切削指數(shù)大于88%
實(shí)施例9:切削指數(shù)大于90%
C3604切削指數(shù)為100% 3、耐腐蝕性能無鉛鎂黃銅合金實(shí)施例擠壓退火后按照GB10119-88脫鋅實(shí)驗(yàn)方法進(jìn) 行脫鋅實(shí)驗(yàn)，所測(cè)得的脫鋅層厚度如下
實(shí)施例1測(cè)得的平均脫鋅層厚度為294pm 實(shí)施例2測(cè)得的平均脫鋅層厚度為334pm 實(shí)施例3測(cè)得的平均脫鋅層厚度為368pm 實(shí)施例4測(cè)得的平均脫鋅層厚度為291pm 實(shí)施例5測(cè)得的平均脫鋅層厚度為315pm 實(shí)施例6測(cè)得的平均脫鋅層厚度為221pm 實(shí)施例7測(cè)得的平均脫鋅層厚度為237pm 實(shí)施例8測(cè)得的平均脫鋅層厚度為288pm 實(shí)施例9測(cè)得的平均脫鋅層厚度為373pm 4、應(yīng)力實(shí)驗(yàn)實(shí)施例1到實(shí)施例9退火后樣品的應(yīng)力實(shí)驗(yàn)均達(dá)到國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。
權(quán)利要求
1.一種無鉛易切削鎂銻黃銅合金，其特征在于它由銅、鋅、鎂、銻合金元素，不可避免的雜質(zhì)成分，以及其它元素組成，所述合金的組成為銅58～63wt％、鎂1.8～2.6wt％、銻0.5～1.5wt％，其它元素0.1～0.5wt％，其余為鋅和不可避免的雜質(zhì)，雜質(zhì)成分總含量不大于0.1wt％，其它元素選自鈰、鐵、鎳、硅、磷、錫、硼中的一種。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的無鉛易切削鎂銻黃銅合金，其特征在于，鎂含量為2.0~2.4wt%。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的無鉛易切削鎂銻黃銅合金，其特征在于，銻含量為 0.7~1.4wt%。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1或2或3所述的無鉛易切削鎂銻黃銅合金，其特征在于，其它元 素含量為0.1~0.3wt%。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種無鉛易切削鎂銻黃銅合金，它的組成為銅58～63wt％、鎂1.8～2.6wt％、銻0.5～1.5wt％，其它元素0.1～0.5wt％，其余為鋅和不可避免的雜質(zhì)，雜質(zhì)成分總含量不大于0.1wt％，其它元素選自鈰、鐵、鎳、硅、磷、錫、硼中的一種。本發(fā)明在現(xiàn)有普通鉛黃銅的基礎(chǔ)上，針對(duì)該材料的主要使用性能和環(huán)境保護(hù)的要求，采用鎂和銻元素代替對(duì)環(huán)境污染和人體危害較重的鉛元素。該合金具備優(yōu)良的切削性能、熱加工性能、耐腐蝕性能和力學(xué)性能，可以代替現(xiàn)有的鉛黃銅合金，并且制造成本低，可應(yīng)用于水暖衛(wèi)浴和其它各種生產(chǎn)領(lǐng)域。
文檔編號(hào)C22C9/04GK101514410SQ200910043039
公開日2009年8月26日 申請(qǐng)日期2009年4月3日 優(yōu)先權(quán)日2009年4月3日
發(fā)明者彥 劉, 張喜民, 張路懷, 易丹青, 溫燕寧, 斌 王, 肖來榮 申請(qǐng)人:中南大學(xué)