專利名稱：一種易切削高強度鋅合金的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及合金新材料領域，具體地說是一種易切削高強度鋅合金，用于替代鉛 黃銅制作電子電器接插件、儀表零件、水暖衛(wèi)浴件及汽車摩托車零配件等。
背景技術：
20世紀二十年代以來，隨著銅資源的大量開采與消耗，在全世界出現(xiàn)了銅資源緊 張的局勢，面對日益高漲的銅價，銅資源先天匱乏的我國，尋找銅合金替代材料的研究迫在 眉睫。鉛黃銅具有優(yōu)異的切削性能和耐磨性能，被廣泛應用于電子電器接插件、儀表零件、 水暖衛(wèi)浴件及汽車摩托車零配件等。但是，由于其中含有鉛，鉛易溶出，造成環(huán)境污染，危害 人們的身體健康，已經引起世界各國的重視，各大國也出臺相關標準及法令，嚴格控制制品 鉛含量。我國缺銅但富鋅，為此，研究開發(fā)綠色環(huán)保新型鋅合金，以廉價的鋅替代昂貴的銅， 具有顯著的經濟效益和社會效益，也是緩解國內銅資源緊張的最有前途的解決方法。目前研究最多、應用最廣泛的鋅基合金是Zn-Al系合金，鋅鋁合金具有高的強度 和硬度、良好的耐磨減摩性能、原材料與制造成本低廉等優(yōu)點，以及其他一些獨特的性能 (如碰撞時不產生火花，無磁性等)，用其替代鋁合金甚至銅合金具有明顯的經濟性，同時， 該合金熔點低，耗能少，成本低廉，成型方便，適用于多種鑄造方法，因此具有很強的市場競 爭力。目前，鋅鋁合金在美、加、德、英、日、俄等工業(yè)發(fā)達國家均得到廣泛應用，我國的開發(fā) 應用也在迅速推廣。但Zn-A 1系合金存在切削性能較差、晶間腐蝕傾向、尺寸穩(wěn)定性低、工作溫度 低、抗蠕變能力差、耐蝕性差等缺點。多年來，人們?yōu)榭朔@些缺點以便提高鋅鋁合金的 綜合性能，擴大其應用范圍進行不懈努力。專利號200710035063.0的中國專利公開了 一種高強度易切削的鋅基合金及其制備工藝，其關鍵技術是采用擠壓法制備鋁含量很低 (0. 20-0. 35%)的鋅鋁鎂銅系鋅基合金，并添加適量的稀土元素，提高合金的切削性能。該 發(fā)明本質是在鋅合金中添加微量的銅、鋁、鎂及稀土鑭、鈰，其中銅、鎂及稀土含量較高，因 此成本較高。鋅鋁合金中鋁能大幅度提高鋅合金的強度，且鋁密度小，材料用料少，若能保 證合金在高鋁含量依然有良好的切削性能，將大幅降低鋅合金成本。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的是提供一種切削性能好、強度高、性價比優(yōu)、不含鉛的易切削高強度 鋅基合金，用于替代較昂貴的鉛黃銅和部分不銹鋼零部件。為此，本發(fā)明采用的技術方案為一種易切削高強度鋅合金，其特征在于各組 分組成按重量百分比計分別為鋁1 % 25 %，銅0. 5 % 3. 5 %，鎂0. 005 % 0. 3 %， 錳0.01% 0. 1%,以及鉍0. 005% 0. 15%或/和銻0.01% 0. 1%,以及總量不大于 0. 05%的雜質，余量為鋅，各組份的重量百分比總和為100%。本發(fā)明合金的組成包括鋁元素，在純鋅中添加質量百分數(shù)為1 25%的鋁，能明 顯提高鋅合金的強度，但鋁含量的增加會顯著降低切削性能。為了保證較高的強度與較好的切削性能，鋁的含量優(yōu)選為5 15%。銅能起固溶強化作用，提高合金抗拉強度。當銅含量超過1.25%時，其形成 Cu-Zn-Al等多種金屬間化合物，該化合物硬而脆，能提高材料強度，但降低材料塑性，因此 銅的含量優(yōu)選為1 2%。在鋅鋁合金中添加鎂，可起強化作用，并能防止晶間腐蝕，添加量過少，其作用 不明顯，添加量過多，會給塑性加工帶來嚴重的負面影響，因此鎂的含量優(yōu)選為0.01 0. 05%。研究表明，Mn可以提高鋅合金的強度，但損害金屬的塑性。其強化機理是形成彌 散分布的硬質點，對改善切削性能有利。錳的含量優(yōu)選為0. 03 0. 07%。在鋅鋁合金中添加鉍，鉍的熔點較低，不固溶于鋅鋁合金基體，可明顯提高本發(fā)明 的切削性能，添加量過少，其作用不明顯，添加量過多，會給塑性加工帶來嚴重的負面影響， 也會使制品在電鍍其他裝飾性金屬時，表面易產生微小氣泡等缺陷，影響外觀和使用性能， 因此鉍的含量優(yōu)選為0. 02 0. 12%。有人將銻作為鋅鋁合金的有害元素，認為其大幅降低合金的沖擊韌性，本發(fā)明研 究表明，Mg和Sb兩種元素都部分固溶于基體，只要Mg和Sb比例控制得當并采取一定措 施，能得到彌散分布于基體的顆粒狀金屬間化合物，其組合效果可改善切削性能，研究表明 銻的含量優(yōu)選為0. 02 0. 08%。上述的易切削高強度鋅合金，還包括硼0.005% 0.2%。研究表明，在本發(fā)明 合金中添加硼元素，對切削性能也有一定的改善作用。經研究硼的優(yōu)選含量為0.03% 0.1%。本發(fā)明所述雜質中各組份的組成按重量百分比計分別為鉛彡0.01%、鎘 彡0. 002%、硅彡0. 03%、錫彡0. 02%，其中鉛和鎘是為了符合歐盟“RoHS”要求，研究表明， 在本發(fā)明合金中硅的存在，易使本發(fā)明合金在拉拔加工時產生微裂縫，影響加工性能，因此 硅的含量需小于0. 03%。研究也表明，在本發(fā)明合金中錫的存在，會對合金的塑性加工帶來 嚴重的影響，使本發(fā)明合金無法加工成較細線徑的線材，也無法用本發(fā)明合金制作小型電 子電器接插件，因此錫的含量需小于0. 02%。本發(fā)明的有益效果為(1)制品抗拉強度高；(2)切削性能良好，接近H59-1鉛黃 銅；(3)原料廉價易得，綜合成本低；(4)熔煉、熱加工溫度低，節(jié)約能耗；(5)具有一定的冷 態(tài)塑性加工性能，如可以通過拉拔工藝拉制成較細的線徑等，加工工藝簡單，可實現(xiàn)工業(yè)化 連續(xù)生產；(6)耐腐蝕性能好，晶間腐蝕傾向小，尺寸穩(wěn)定性高；(7)綠色環(huán)保不含鉛。因此 本發(fā)明可替代普通鉛黃銅廣泛用于電子電器接插件、儀表零件、水暖衛(wèi)浴件及汽車摩托車 零配件等。下面結合具體實施方式
對本發(fā)明作進一步說明。
具體實施例方式實施例1:鋅合金的各組份組成按重量百分比計，分別為鋁22%，銅1%，鎂0.01%，鉍 0. 1%，錳0. 1%，總量不大于0. 05%的雜質，余量為鋅，各組份的重量百分比總和為100%。實施例2:
鋅合金的各組份組成按重量百分比計，分別為招15%，銅1.25%，鎂0.03%，鉍 0. 005 %，銻0. 01 %，錳0. 07 %，總量不大于0. 05 %的雜質，余量為鋅，各組份的重量百分比 總和為100%。實施例3:鋅合金的各組份組成按重量百分比計，分別為鋁12%，銅1.5%，鎂0.05%， 銻0. 04%，錳0. 05%，總量不大于0. 05%的雜質，余量為鋅，各組份的重量百分比總和為 100%。實施例4 鋅合金的各組份組成按重量百分比計，分別為鋁10%，銅1.5%，鎂0.06%，鉍 0. 15%，銻0. 1%，硼0. 1%，錳0. 1%，總量不大于0. 05%的雜質，余量為鋅，各組份的重量 百分比總和為100%。實施例5 鋅合金的各組份組成按重量百分比計，分別為鋁10%，銅1.75%，鎂0.04%，銻 0. 03%，硼0. 03%，錳0. 03%，總量不大于0. 05%的雜質，余量為鋅，各組份的重量百分比 總和為100%。實施例6 鋅合金的各組份組成按重量百分比計，分別為鋁8%，銅1.25%，鎂0.02%， 鉍0. 12%，錳0. 04%，總量不大于0. 05%的雜質，余量為鋅，各組份的重量百分比總和為 100%。實施例7 鋅合金的各組份組成按重量百分比計，分別為鋁8%，銅2%，鎂0.08%，鉍 0. 05 %，銻0. 08 %，錳0. 1 %，總量不大于0. 05 %的雜質，余量為鋅，各組份的重量百分比總 和為100%。實施例8:鋅合金的各組份組成按重量百分比計，分別為鋁8%，銅2. 25%，鎂0.04%，鉍 0. 05%,硼0. 005%，錳0. 03%，總量不大于0. 05%的雜質，余量為鋅，各組份的重量百分比 總和為100%。實施例9 鋅合金的各組份組成按重量百分比計，分別為鋁5 %，銅2. 25%，鎂0.06%， 鉍0. 02%，錳0. 01%，總量不大于0. 05%的雜質，余量為鋅，各組份的重量百分比總和為 100%。實施例10 鋅合金的各組份組成按重量百分比計，分別為鋁5%，銅2.5%，鎂0.08%，鉍 0. 08%,銻0. 06%，硼0. 2%，錳0. 08%，總量不大于0. 05%的雜質，余量為鋅，各組份的重 量百分比總和為100%。實施例11 鋅合金的各組份組成按重量百分比計，分別為鋁1%，銅0.5%，鎂0.3%，銻 0. 06%,硼0. 15%，錳0. 1 %，總量不大于0. 05%的雜質，余量為鋅，各組份的重量百分比總 和為100%。
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實施例12 鋅合金的各組份組成按重量百分比計，分別為鋁25%，銅3.5%，鎂0.2%， 鉍0. 05%，錳0. 03%，總量不大于0. 05%的雜質，余量為鋅，各組份的重量百分比總和為 100%。對比例1 鋅合金的各組份組成按重量百分比計，分別為鋁8%，銅1. 25%，鎂0. 01 %，總量 不大于0. 05%的雜質，余量為鋅，各組份的重量百分比總和為100%。對比例2:鋅合金的各組份組成按重量百分比計，分別為鋁5%，總量不大于0.05%的雜 質，余量為鋅，各組份的重量百分比總和為100%。上述實施例和對比例的切削性能檢測值列表如下
17062由上述實施例表明，本發(fā)明所述的鋅鋁合金相對于對比例2來說，可以大幅提高 鋅鋁合金的抗拉強度，相對于對比例1、2來說，合金的切削性能大幅度提高。本發(fā)明不局限于上述實施例，可以根據(jù)不同的性能要求和使用場合優(yōu)化組合成不 同的配比來達到生產和使用廠商的要求，但不均以任何形式限制本發(fā)明的范圍。
權利要求
一種易切削高強度鋅合金，其特征在于各組分組成按重量百分比計分別為鋁1％～25％，銅0.5％～3.5％，鎂0.005％～0.3％，錳0.01％～0.1％，以及鉍0.005％～0.15％或/和銻0.01％～0.1％，以及總量不大于0.05％的雜質，余量為鋅，各組份的重量百分比總和為100％。
2.按權利要求1所述的易切削高強度鋅合金，其特征在于所述鉍的重量百分比含量為 0. 02 0. 12%。
3.按權利要求1或2所述的易切削高強度鋅合金，其特征在于所述銻的重量百分比含 量為 0. 02 0. 08%。
4.按權利要求3所述的易切削高強度鋅合金，其特征在于還包括硼0.005% 0. 2%。
5.按權利要求4所述的易切削高強度鋅合金，其特征在于所述硼的重量百分比含量為 0. 03 0. 1%。
6.按權利要求1所述的易切削高強度鋅合金，其特征在于所述錳的重量百分比含量為 0. 03 0. 07%。
7.按權利要求1所述的易切削高強度鋅合金，其特征在于所述鋁的重量百分比含量為 5 15%。
8.按權利要求1所述的易切削高強度鋅合金，其特征在于所述銅的重量百分比含量為1 2%。
9.按權利要求1所述的易切削高強度鋅合金，其特征在于所述鎂的重量百分比含量為 0. 01 0. 05%。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種易切削高強度鋅合金。目前的Zn-Al系合金大多數(shù)存在切削性能較差、晶間腐蝕傾向、尺寸穩(wěn)定性低、工作溫度低、抗蠕變能力差、耐蝕性差等缺點。本發(fā)明的特征在于各組分組成按重量百分比計分別為鋁1％～25％，銅0.5％～3.5％，鎂0.005％～0.3％，錳0.01％～0.1％，以及鉍0.005％～0.15％或/和銻0.01％～0.1％，以及總量不大于0.05％的雜質，余量為鋅，各組份的重量百分比總和為100％。本發(fā)明可有效的提高鋅合金的強度，并使其具有良好的切削性能，同時還具有一定的塑性加工性能，原材料價格低廉易得，綠色環(huán)保，是替代目前國內含鉛黃銅以及部分不銹鋼零部件的理想材料。
文檔編號C22C18/04GK101851713SQ20101020542
公開日2010年10月6日 申請日期2010年6月22日 優(yōu)先權日2010年6月22日
發(fā)明者戴國水, 錢國統(tǒng) 申請人:紹興市天龍錫材有限公司