專利名稱：無鉛的銻鈦黃銅合金的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種環(huán)保黃銅合金，且特別涉及一種無鉛的銻鈦黃銅合金。
背景技術(shù)：
現(xiàn)有非環(huán)保含鉛黃銅的主要成份為銅與鋅，兩者的比例通常為約7: 3或6: 4，此外通常包含較多量雜質(zhì)。為了讓黃銅能具有良好的機(jī)械加工性質(zhì)，公知的黃銅組成含按重量百分比計為1-3%的鉛。含鉛黃銅為工業(yè)上重要材料，廣泛應(yīng)用于管線、水龍頭、供水/排水系統(tǒng)的金屬裝置或金屬閥等制品。然而，隨著環(huán)保意識抬頭，重金屬對于人體健康的影響與對環(huán)境污染的問題逐漸受到重視。因此，限制含鉛合金的使用為目前的趨勢。日本、美國等國陸續(xù)修訂相關(guān)法規(guī)，極力推動降低環(huán)境中的含鉛率，涵蓋用于家電、汽車、水周邊產(chǎn)品的含鉛合金材料，特別要求不可從產(chǎn)品浸出鉛至飲用水，且在加工過程中必須避免鉛污染。從而，業(yè)界亟欲開發(fā)無鉛的黃銅材料，尋找可替代含鉛黃銅，并兼顧鑄造性能、切削性、耐腐蝕性、與機(jī)械性質(zhì)的黃銅
I=1-Wl O目前已有許多無鉛銅合金配方被報導(dǎo)，例如以硅(Si)取代鉛為主要成分添加于黃銅合金中，例如美國專利 US7354489、US20070062615、US20060078458、US2004023441 等所公開的無鉛銅合金配方，但這些技術(shù)的缺點是制成的黃銅合金切削性不佳。此外，有文獻(xiàn)及其余專利以添加鉍(Bi)為主要成分而取代鉛添加于黃銅合金中，例如美國專利 US7297215、US6974509、US694.55378、US6149739、US5942056、US5653827、US5487867、US5330712 、US2006000590U US20040094243, US5637160、US20070039667 等所公開的含鉍的黃銅合金。上述合金配方的鉍含量按重量百分比計約在0.03% -7.0%的范圍，且除了鉍外，各自包含不同的元素成分及特定配比。例如美國專利US6413330系揭露同時包含鉍、硅及其它成分的無鉛銅合金配方。而中國專利公開號CN101403056公開了以鉍及錳代替鉛的無鉛黃銅合金；然而，高鉍含量容易產(chǎn)生裂紋、夾渣等缺陷，而鉍低錳高則硬度高，不易斷屑，因此切削性差。另外，還有文獻(xiàn)公開了無鉛銅合金的制程或洗鉛制程的改進(jìn)，例如美國專利US5904783公開了以鈉、鉀金屬在高溫下處理黃銅合金以減少鉛濾出到供給液的方法；然而，傳統(tǒng)的洗鉛制程僅能在含鉛產(chǎn)品在浸入水中時，減少與水接觸表面的鉛析出，無法將生產(chǎn)原料成分中鉛含量符合美國加州AB-1953法規(guī)所規(guī)范的銅合金含鉛量降低至0.25wt%以下。由此可見，現(xiàn)有的黃銅合金產(chǎn)品及其制造方法顯然仍存在有不便與缺陷，而亟待加以進(jìn)一步改進(jìn)。為了解決上述存在的問題，相關(guān)廠商莫不費(fèi)盡心思來謀求解決道，因此新的黃銅合金配比和其制成產(chǎn)品，為業(yè)界極需改進(jìn)的目標(biāo)，亦屬當(dāng)前重要研發(fā)課題一
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的主要目的在于，克服現(xiàn)有的無鉛黃銅合金材料在切削加工上所存在的缺陷，而提供一種無鉛無鉍的環(huán)保黃銅合金，具有優(yōu)良的材料性能，良好韌性及加工性，能提高合金的強(qiáng)度和耐腐蝕性，非常適于實用。本發(fā)明的目的及解決其技術(shù)問題是采用以下技術(shù)方案來實現(xiàn)的。依據(jù)本發(fā)明提出的無鉛的銻鈦黃銅合金，其各組份的組成按重量百分比計分別為:銅:59-64%，銻:0.05-0.55 %,:0.05-1.5 %，鋁:0.1-0.8 %，錳:0.05-0.3 %，鎳:0.1-1.5 %，錫:0.1-1.5%，硅:0.01-0.5%，砷:0.01至0.25%，其余為鋅和不可避免的雜質(zhì)，而且，所述無鉛的銻鈦黃銅組成中銅加鋅大于93wt%以上。本發(fā)明的目的及解決其技術(shù)問題還可采用以下技術(shù)措施進(jìn)一步實現(xiàn)。前述的無鉛的銻鈦黃銅組成中銅加鋅含量按重量百分比計為93-99.4%，優(yōu)選為96重量％以上。銅的含量為按重量百分比計為59-64重量％，此范圍含量的銅可提供合金良好的強(qiáng)度、韌性和良好的耐蝕性。在優(yōu)選實施例中，銅的含量優(yōu)選為61-63%。前述的無鉛的銻鈦黃銅合金，其中所述的銻按重量百分比計為0.1-0.2%。前述的無鉛的銻鈦黃銅合金，其中所述的鈦按重量百分比計為0.2-0.8%。前述的無鉛的銻鈦黃銅合金，其中所述的鋁按重量百分比計為0.3-0.6%。前述的無鉛的銻鈦黃銅合金，其中所述的錳按重量百分比計為0.1-0.2%。前述的無鉛的銻鈦黃銅合金，其中所述的鎳按重量百分比計為0.3-0.6%。前述的無鉛的銻鈦黃銅合金，其中所述的錫按重量百分比計為0.4-0.8%。前述的無鉛的銻鈦黃銅合金，其中所述的硅按重量百分比計為0.2-0.4%。前述的無鉛的銻鈦黃銅合金，其中所述的砷按重量百分比計為0.08-0.15%。前述的無鉛的銻鈦黃銅合金，其中所述的銅按重量百分比計為61-63%。本發(fā)明的目的及解決其技術(shù)問題還可采用以下技術(shù)方案來實現(xiàn)。無鉛的銻鈦黃銅合金各組份的組成按重量百分比計分別為:銅:61-63%，銻:0.1-0.2%，鈦:0.2-0.8%,鋁:0.3-0.6 %，錳 0.1 至 0.2 %，鎳:0.3-0.6 %，錫:0.4-1.0 %，硅:0.2-0.4 %，砷:0.08-0.15%，其余為鋅和0.1 %以下不可避免的雜質(zhì)。而且，所述無鉛的銻鈦黃銅組成中銅加鋅含量按重量百分比計為93-99.4%，優(yōu)選為96重量％以上。本發(fā)明的無鉛的銻鈦黃銅合金為無鉛無鉍的環(huán)保黃銅合金，具有優(yōu)良的材料性能，良好韌性及加工性，能提高合金的強(qiáng)度和耐腐蝕性，與現(xiàn)有技術(shù)相比具有明顯的優(yōu)點和有益效果。由以上技術(shù)方案可知，本發(fā)明的主要技術(shù)內(nèi)容如下:為達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供的無鉛的銻鈦黃銅合金，銻的含量按重量百分比計為0.05-0.55%。在一實施例中，銻的含量為0.1至0.2%。添加微量的銻主要以金屬間化合物存在于β相以及α和β相的相界處，能提高黃銅的切削性。為達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供的無鉛的銻鈦黃銅合金，鈦的含量按重量百分比計為0.05-1.5%。在一實施例中，銻的含量為0.2-0.8%。適量的鈦可以作為結(jié)晶核心細(xì)化晶粒、提高再結(jié)晶溫度，并能顯著提高黃銅耐蝕性和強(qiáng)度。為達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供的無鉛的銻鈦黃銅合金，鋁的含量按重量百分比計為0.1-0.8%。在一實施例中，鋁的含量為0.3至0.6%。添加適量的鋁能增加銅水的流動性，避免在銅水液面產(chǎn)生大量鋁氧化膜使銅液中夾渣，及在后續(xù)澆鑄銅鑄件時形成夾層(Lamination),造成鑄件缺陷產(chǎn)生的問題。為達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供的無鉛的銻鈦黃銅合金，錳的含量按重量百分比計為0.05-0.3%。在一實施例中，錳的含量為0.1-0.2%。錳能顯著提高黃銅在大氣、海水、氯化物及過熱蒸汽中的耐蝕性。錳在黃銅中起固溶強(qiáng)化作用，可提高強(qiáng)度和硬度。為達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供的無鉛的銻鈦黃銅合金，鎳的含量按重量百分比計為0.1-1.5%。在一實施例中，鎳的含量為0.3-0.6%。鎳能與銅形成連續(xù)固溶體，它們能夠明顯地提高銅的機(jī)械性能與耐蝕性能。為達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供的無鉛的銻鈦黃銅合金，錫的含量按重量百分比計為0.01-1.5%。在一實施例中，錫的含量為0.4-0.8%。添加適量的錫能顯著提高黃銅合金材料對高氯離子環(huán)境(如海水)的抗腐蝕性，并提高黃銅合金材料的強(qiáng)度。為達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供的無鉛的銻鈦黃銅合金，硅的含量按重量百分比計為0.01-0.5%。在一實施例中，硅的含量為0.2-0.4%。添加適量的硅可提高合金材料對高氯離子環(huán)境(如海水)的抗腐蝕性,并提高黃銅合金材料的強(qiáng)度。為達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供的無鉛的 銻鈦黃銅合金，砷的含量按重量百分比計為0.01-0.25%。在一實施例中，砷的含量為0.08-0.15%。添加適量的砷可增加黃銅切削性,并可提高合金材料對高氯離子環(huán)境(如海水)的抗腐蝕性,并提高黃銅合金材料的強(qiáng)度。借由上述技術(shù)方案，本發(fā)明的無鉛的銻鈦黃銅合金至少具有下列優(yōu)點及有益效果:第一，由于使用銻，形成金屬間化合物存在于β相以及α和β相的相界處，能提高黃銅的切削性。第二，由于添加鈦為結(jié)晶核心細(xì)化晶粒、能提高再結(jié)晶溫度，并顯著提高黃銅耐蝕性和強(qiáng)度。第三，本發(fā)明的無鉛的銻鈦黃銅合金的整體配比，能夠明顯地提高黃銅的機(jī)械性能、耐蝕性能，和合金的強(qiáng)度和硬度。能提高合金材料的切削性，從而改善了黃銅的切削加工性能。綜上所述，本發(fā)明的無鉛的銻鈦黃銅合金配比，得到了具備優(yōu)異切削性、抗腐蝕性、高強(qiáng)度和硬度的環(huán)保黃銅合金。本發(fā)明在技術(shù)上有顯著的進(jìn)步，并具有明顯的積極效果，誠為一新穎、進(jìn)步、實用的新合金材料。上述說明僅是本發(fā)明技術(shù)方案的概述，為了能夠更清楚了解本發(fā)明的技術(shù)手段，而可依照說明書的內(nèi)容予以實施，并且為了讓本發(fā)明的上述和其它目的、特征和優(yōu)點能夠更明顯易懂，以下特舉優(yōu)選實施例，并配合附圖，詳細(xì)說明如下。


圖1A是本發(fā)明的一種無鉛的銻鈦黃銅合金試片的金相組織分布。圖1B為鉍無鉛黃銅試片的金相組織分布。圖1C為C85700鉛黃銅試片的金相組織分布。圖2Α為鉍無鉛黃銅的抗脫鋅腐蝕測試的金相組織分布。圖2Β為本發(fā)明的無鉛的銻鈦黃銅合金的抗脫鋅腐蝕測試的金相組織分布。圖2C為本發(fā)明的一種無鉛的銻鈦黃銅合金試片的金相組織分布。圖3為拉伸測試標(biāo)準(zhǔn)樣品的示意圖。
具體實施例方式為更進(jìn)一步闡述本發(fā)明為達(dá)成預(yù)定發(fā)明目的所采取的技術(shù)手段及功效，以下結(jié)合附圖及特定的具體實施例說明本發(fā)明的實施方式，本領(lǐng)域技術(shù)人員可由本說明書所揭示的內(nèi)容了解本發(fā)明的其它優(yōu)點與功效。在本說明書中，除非另有說明，否則無鉛的銻鈦黃銅合金所包含的組成分都以合金總重量為基準(zhǔn)，并以重量百分比(wt% )表示。本案發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，當(dāng)以公知高含量的鉍(lWt%以上)添加入黃銅合金時，在微觀上，易于在黃銅合金的晶粒中形成鉍的液態(tài)薄膜，最后在晶界偏析而產(chǎn)生連續(xù)片狀的鉍，遮蔽晶界，使得合金的機(jī)械強(qiáng)度潰散而提高合金的熱脆性及冷脆性，造成材料開裂。依據(jù)本發(fā)明的無鉛的銻鈦黃銅合金配方，不但可解決材料開裂的缺陷，且仍可達(dá)到鉛黃銅(如公知的C85700鉛黃銅)所具備的材料特性(如切削性等)，且不易產(chǎn)生裂紋或夾雜等產(chǎn)品缺陷。因此，本發(fā)明的無鉛的銻鈦黃銅合金不僅可大幅降低鉍的使用，提高合金的機(jī)械性能，更能有效降低黃銅合金的生產(chǎn)成本，對于商業(yè)量產(chǎn)及應(yīng)用上極具優(yōu)勢。另外，依據(jù)本發(fā)明的無鉛的銻鈦黃銅合金配方，可以使合金中的鉛含量降低至
0.01wt%以下，符合對于與水接觸的管線材料的鉛含量的國際規(guī)定。因此，本發(fā)明的無鉛磷銅合金有利于制造水龍頭及衛(wèi)浴零組件、自來水管線、供水系統(tǒng)等的應(yīng)用。以下，將以例示性實施例詳細(xì)闡述本發(fā)明。試驗例1:在相同制程及相同操作條件下，分別以本發(fā)明的無鉛的銻鈦黃銅合金(實施例1至3)、鉍無鉛黃銅(比較例I至2) X85700鉛黃銅(比較例3至4)為材料，進(jìn)行相同的產(chǎn)品鑄造，并比較各合金的加工特性及各階段的制程合格率。其中，制程合格率定義如下所示:
權(quán)利要求
1.一種無鉛的銻鈦黃銅合金，其特征在于該合金各組份的組成按重量百分比計分別為:銅:59-64 %，銻:0.05-0.55 %,:0.05-1.5 %，銅:59-64 %，鋁:0.1-0.8 %，錳:0.05-0.3%, If:0.1-1.5%，錫:0.1-1.5%，硅:0.01-0.5%，砷:0.01 至 0.25%，其余為鋅和不可避免的雜質(zhì)，而且，所述無鉛的銻鈦黃銅組成中銅加鋅大于93wt%以上。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的無鉛的銻鈦黃銅合金，其特征在于所述銻按重量百分比計為0.1-0.2%。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的無鉛的銻鈦黃銅合金，其特征在于所述鈦按重量百分比計為0.2-0.8%。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的無鉛的銻鈦黃銅合金，其特征在于所述鋁按重量百分比計為0.3-0.6%。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的無鉛的銻鈦黃銅合金，其特征在于所述錳按重量百分比計為0.1-0.2%。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的無鉛的銻鈦黃銅合金，其特征在于所述鎳按重量百分比計為0.3-0.6%。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的無鉛的銻鈦黃銅合金，其特征在于所述錫按重量百分比計為0.4-0.8%。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的無鉛的銻鈦黃銅合金，其特征在于所述硅按重量百分比計為0.2-0.4%。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的無鉛的銻鈦黃銅合金，其特征在于所述砷按重量百分比計為0.08-0.15%。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的無鉛的銻鈦黃銅合金，其特征在于所述銅按重量百分比計為 61-63%。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種無鉛的銻鈦黃銅合金，該無鉛的銻鈦黃銅合金中各組份的組成按重量百分比計分別為銅(Cu)59-64％，銻(Sb)0.05-0.55％，鈦(Ti)0.05-1.5％，鋁(Al)0.1-0.8％，錳(Mn)0.05-0.3％，鎳(Ni)0.1-1.5％，錫(Sn)0.1-1.5％，硅(Si)0.01-0.5％，砷(As)0.01至0.25，其余為鋅(Zn)和不可避免的雜質(zhì)，而且，所述的無鉛的銻鈦黃銅組成中銅加鋅大于93wt％以上。上述無鉛的銻鈦黃銅合金具有優(yōu)良的材料性能，良好韌性及加工性，能提高合金的強(qiáng)度和耐腐蝕性。
文檔編號C22C9/04GK103205596SQ201210019719
公開日2013年7月17日 申請日期2012年1月16日 優(yōu)先權(quán)日2012年1月16日
發(fā)明者吳威德, 羅文麟, 呂鴻慶, 彭曉明 申請人:摩登島股份有限公司