專利名稱：一種無鉛易切削變形錫鉍鋅鋁合金的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種易切削變形鋅鋁合金，特別是涉及一種無鉛易切削變形錫鉍鋅鋁 合金，屬于金屬材料制造技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
隨著我國有色金屬工業(yè)的快速發(fā)展，我國銅資源短缺與銅消費(fèi)量增長的矛盾日益 加劇，加速開發(fā)銅及銅合金替代材料，以滿足現(xiàn)代工業(yè)的需求，成為材料工作者的共識。我 國鋅資源不但儲(chǔ)量多，居世界前列，品味也高。以鋅為基體加入其他元素生產(chǎn)的鋅合金具有 熔點(diǎn)低，鑄造性能好，機(jī)械性能優(yōu)異，生產(chǎn)工藝流程短，能耗小等優(yōu)點(diǎn)，是部分銅合金的理想 替代材料。經(jīng)過幾十年的發(fā)展，鋅合金已形成鑄造鋅合金和變形鋅合金兩大系列。我國目前 鋅合金生產(chǎn)技術(shù)主要以鑄造和壓鑄為主，對于變形鋅合金生產(chǎn)技術(shù)研究才剛起步，而國外 許多國家，如歐盟、美國、日本等國在變形鋅合金技術(shù)方面研究已經(jīng)有相當(dāng)成熟的技術(shù)，其 變形鋅合金材料已普遍在電子通訊、家電、建筑、文具、水暖、汽車等領(lǐng)域應(yīng)用。變形鋅合金的典型代表為Zn-Al和Zn-Cu-Ti合金。Zn-Cu-Ti合金是目前使用 較多的變形鋅合金，可用來制作拉鏈、千層鎖、日用五金等，但由于其綜合性能較低，應(yīng)用范 圍有很大局限；而Zn-Al合金具有許多優(yōu)異的性能，如熔點(diǎn)低、熔煉耗能少，生產(chǎn)效率高，力 學(xué)性能良好等，目前已相繼發(fā)展了幾個(gè)成分的Zn-Al合金(ZnA115、ZnAllO-U ZnAl 10-5, ZnAlO. 2-4、ZnAl 14-1)作為黃銅的代用品。但變形Zn-Al合金，由于導(dǎo)熱性能較差，易粘結(jié)刀具，在切削加工時(shí)通常會(huì)遇到較 大困難，這成為限制變形Zn-Al合金應(yīng)用的重要原因之一。因此，研究開發(fā)出一種既具有優(yōu) 良切削性能，又具有良好力學(xué)性能的變形鋅鋁合金，實(shí)現(xiàn)對已有易切削鉛黃銅的替換具有
重要意義。據(jù)資料報(bào)道(孫連超，田榮璋.鋅及鋅合金物理冶金學(xué)[M].長沙中南工業(yè)大學(xué) 出版社，1994)，德國在易切削變形鋅合金的研究領(lǐng)域取得了一定成果，他們曾經(jīng)研制出兩 種合金 Giesche ZL3 (Zn-4A1_0. 5Cu_0. 03Mg)和 GieshZLlO (Zn-10Al-2Cu_0. 03Mg)，作為 切削加工黃銅的替代品。Giesh ZLlO合金容易擠壓成形，且具有良好的熱加工性能及適 當(dāng)?shù)膹?qiáng)度，在國外被廣泛采用。德國還開發(fā)了另一種鋅基合金，其成分為Zn-(3. 7-4.0)% Cu-(0. 2-0. 3) % Mg-(0. 05-0. 2) % Α1-(0. 25-0. 4) % Bi，它應(yīng)用于對高速切削質(zhì)量要求極 為嚴(yán)格的加工過程，并且在該合金中加入Pb (0. 6-0. 8) %m Ti (0. 02-0. 5) %，同時(shí)將Bi含 量降低一半，可進(jìn)一步改善它的高速切削性能，但該合金存在力學(xué)性能及尺寸穩(wěn)定性差、不 易實(shí)現(xiàn)擠壓成形等缺點(diǎn)，應(yīng)用受到限制。而目前國內(nèi)對于易切削鋅合金的研究成果還很少， 除本發(fā)明人已有的一個(gè)授權(quán)專利(專利號ZL200710035063. 0)和一項(xiàng)申請專利(申請?zhí)?201010147727. 4)外，還未見到其他關(guān)于易切削鋅合金研究成果的公開報(bào)道。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種切削性能優(yōu)異且具有良好的力學(xué)性能，易實(shí)現(xiàn)擠壓成 形，綠色環(huán)保的可替代鉛黃銅的無鉛易切削變形錫鉍鋅鋁合金。本發(fā)明的目的是通過以下方式實(shí)現(xiàn)的一種無鉛易切削變形錫鉍鋅鋁合金，由下述組分按質(zhì)量百分比組成鋁8 12%;銅0.8 1.5%;鉍0.05 0.2%;錫0.05 0.15%;其余為鋅和不可避免的雜質(zhì)；雜質(zhì)含量< 0. 05%。作為優(yōu)選，各組分的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為鋁8 12%;銅0.9 1.2%;鉍0.08 0.15%;錫0.05 0.1%;其余為鋅和不可避免的雜質(zhì)；雜質(zhì)含量< 0. 05%。作為進(jìn)一步的優(yōu)選，各組分的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為鋁9 11%;銅0.9 1.2%;鉍0. 08 0. 1 % ；錫0. 05 0. 1 % ；其余為鋅和不可避免的雜質(zhì)；雜質(zhì)含量< 0. 05%。本發(fā)明一種無鉛易切削變形錫鉍鋅鋁合金是通過在Zn-Al合金中添加Bi和Sn，形 成彌散分布的低熔點(diǎn)Bi相和SnBi相，起到切削斷屑作用，從而提高合金的切削性能。但過 量的Bi和Sn對合金的加工成形性能有不利影響，因此本發(fā)明合金中Bi的加入量以0. 05 0. 2%為宜，Sn的加入量以0. 05 0. 15%為宜。Al能較大程度地提高鋅液的流動(dòng)性，從而改善合金的鑄造性能。適量的Al還能顯 著提高Zn的強(qiáng)度以及塑性，對于加鋁鋅合金的切削性能，當(dāng)鋁含量提高時(shí)，切削形貌可獲 得改善，粘著物也減少。Cu對Zn合金不但具有強(qiáng)化作用，而且還能大大提高合金的抗晶間腐蝕能力，改善 Zn合金的耐蝕性，效果顯著。但是Cu對Zn合金的作用具有兩面性，Cu的加入增加了合金 的尺寸不穩(wěn)定性，因此Cu的加入必須適量，本發(fā)明合金中Cu的加入量以0. 8 1. 5%為宜。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明合金材料的優(yōu)點(diǎn)在于1、切削性能更優(yōu)異。由于同時(shí)添加了 Bi和Sn，在合金基體中形成細(xì)小并以塊狀或 球狀彌散分布的、可起到切削斷屑作用的低熔點(diǎn)的Bi相和SnBi相，本發(fā)明合金比授權(quán)專利 (專利號:ZL200710035063. 0)和申請專利(申請?zhí)?01010147727. 4)的鋅基合金具有更 優(yōu)異的切削性能，特別適用于對切削加工成型要求較高的加工和生產(chǎn)領(lǐng)域。2、力學(xué)性能和加工成形性能良好。本發(fā)明為鋅鋁基易切削合金材料，具有良好的 力學(xué)性能，尤其塑性指標(biāo)比授權(quán)專利(專利號ZL200710035063.0)的鋅銅基合金高1_2
4倍；易于實(shí)現(xiàn)擠壓成形，熱加工成形性能良好，可制成棒材、線材。3、原材料價(jià)廉易得，且不含鉛，綠色環(huán)保，可作為鉛黃銅的替代材料，具有良好的 應(yīng)用前景。


圖1為實(shí)施例2所制備的無鉛易切削變形錫鉍鋅鋁合金棒材的車屑形貌圖，車削 加工背吃刀量為1mm，主軸轉(zhuǎn)速為1120r/min，進(jìn)給量為0. 08mm/r。
具體實(shí)施例方式以下通過實(shí)施例，對本發(fā)明的技術(shù)方案作進(jìn)一步具體說明。實(shí)施例1以工業(yè)純鋅、工業(yè)純鋁、工業(yè)純銅、工業(yè)純鉍、工業(yè)純錫為原料，按Al 8% ；Cu 0.8%;Bi 0. 05%;Sn 0. 05%;其余為Zn和不可避免的雜質(zhì)(雜質(zhì)含量< 0. 05% )的配比在 工頻感應(yīng)爐中熔煉，熔煉溫度720 800°C ；熔煉時(shí)先加入鋁，熔化后加入銅，再加入鋅，最 后加入鉍和錫；靜置、扒渣后在鋼模中澆注為Φ 55mm的鑄錠；將鑄錠車皮定尺后在240 260°C進(jìn)行擠壓和小變形量冷拉拔加工，制成Φ 12mm的棒材。本實(shí)施例制成的無鉛易切削 變形錫鉍鋅鋁合金切削性能良好，抗拉強(qiáng)度為362MPa，伸長率為15%。實(shí)施例2以工業(yè)純鋅、工業(yè)純鋁、工業(yè)純銅、工業(yè)純鉍、工業(yè)純錫為原料，按Al 10% ；Cu 1.2%;Bi 0. l%;Sn 0. 1%;其余為Zn和不可避免的雜質(zhì)(雜質(zhì)含量彡0.05%)的配比在 工頻感應(yīng)爐中熔煉，熔煉溫度720 800°C ；熔煉時(shí)先加入鋁，熔化后加入銅，再加入鋅，最 后加入鉍和錫；靜置、扒渣后在鋼模中澆注為Φ 55mm的鑄錠；將鑄錠車皮定尺后在240 260°C進(jìn)行擠壓和小變形量冷拉拔加工，制成Φ 12mm的棒材。本實(shí)施例制成的無鉛易切削 變形錫鉍鋅鋁合金切削性能良好，抗拉強(qiáng)度為345MPa，伸長率為11%。實(shí)施例3以工業(yè)純鋅、工業(yè)純鋁、工業(yè)純銅、工業(yè)純鉍、工業(yè)純錫為原料，按Al 12% ；Cu 1.5%;Bi 0. 2%;Sn 0. 15%；其余為Zn和不可避免的雜質(zhì)(雜質(zhì)含量< 0. 05% )的配比在 工頻感應(yīng)爐中熔煉，熔煉溫度720 800°C ；熔煉時(shí)先加入鋁，熔化后加入銅，再加入鋅，最 后加入鉍和錫；靜置、扒渣后在鋼模中澆注為Φ 55mm的鑄錠；將鑄錠車皮定尺后在240 260°C進(jìn)行擠壓和小變形量冷拉拔加工，制成Φ 12mm的棒材。本實(shí)施例制成的無鉛易切削 變形錫鉍鋅鋁合金切削性能良好，抗拉強(qiáng)度為358MPa，伸長率為10%。上述實(shí)施例用來解釋本發(fā)明，而不是對本發(fā)明進(jìn)行限制，在本發(fā)明的精神和權(quán)利 要求保護(hù)范圍內(nèi)，對本發(fā)明作出的任何修改和改變，都落入本發(fā)明的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
一種無鉛易切削變形錫鉍鋅鋁合金，由下述組分按重量百分比組成鋁8～12％；銅0.8～1.5％；鉍0.05～0.2％；錫0.05～0.15％；其余為鋅和不可避免的雜質(zhì)；雜質(zhì)含量≤0.05％。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種無鉛易切削變形錫鉍鋅鋁合金，其特征在于，該合金由 下述組分按重量百分?jǐn)?shù)組成鋁8 12% ； 銅 0. 9 1. 2% ； 鉍 0. 08 0. 15% ；錫0. 05 0. ；其余為鋅和不可避免的雜質(zhì)；雜質(zhì)含量< 0.05%。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種無鉛易切削變形錫鉍鋅鋁合金，其特征在于，該合金由 下述組分按重量百分?jǐn)?shù)組成鋁9 11% ； 銅 0. 9 1. 2% ； 鉍 0. 08 0. 1 % ；錫0. 05 0. ；其余為鋅和不可避免的雜質(zhì)；雜質(zhì)含量< 0.05%。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種無鉛易切削變形錫鉍鋅鋁合金，該合金由下述組分按重量百分比組成鋁(Al)8～12％；銅(Cu)0.8～1.5％；鉍(Bi)0.05～0.2％；錫(Sn)0.05～0.15％；其余為鋅(Zn)和不可避免的雜質(zhì)；雜質(zhì)含量≤0.05％。本發(fā)明合金具有優(yōu)異的切削性能，且具有良好的力學(xué)性能和加工成形性能，易實(shí)現(xiàn)擠壓成形，可制成棒材、線材，特別適用于對切削加工成型要求較高的加工和生產(chǎn)領(lǐng)域；原材料價(jià)廉易得，且不含鉛，綠色環(huán)保，是一種可替代鉛黃銅的無鉛易切削變形錫鉍鋅鋁合金，具有良好的應(yīng)用前景。
文檔編號C22C18/04GK101906556SQ20101023276
公開日2010年12月8日 申請日期2010年7月22日 優(yōu)先權(quán)日2010年7月22日
發(fā)明者周玉雄, 孫利平, 曾菊花, 林高用, 王莉, 鄒艷明 申請人:中南大學(xué)