專利名稱：一種含石墨的易切削鋅白銅合金及其制備工藝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及材料技術(shù)領(lǐng)域，尤其是指一種具有優(yōu)良的切削性能、綜合力學(xué)性能和耐蝕性能的環(huán)保的無鉛的含石墨的易切削鋅白銅合金及其制備工藝。
背景技術(shù)：
由于含鉛鋅白銅(在鋅白銅中加入O. 5% 2.0%的鉛，以改善其切削性能，也稱為易切削鋅白銅)具有優(yōu)良的切削性能、綜合力學(xué)性能和耐腐蝕性能，同時具有彈性好，易于冷熱壓力加工，易于焊接的特點，因此被廣泛用于制造儀器儀表零件，耐蝕的結(jié)構(gòu)件、插接件，特別在眼鏡配件、儀器儀表、鐘表工業(yè)和醫(yī)療器械等行業(yè)，含鉛鋅白銅更是占有重要地位。由于鉛在鋅白銅中主要以游離態(tài)存在，從而導(dǎo)致含鉛鋅白銅零件在使用過程中或廢棄后，因重金屬鉛的不斷溶出對人體健康造成危害并對環(huán)境產(chǎn)生污染。因此，世界各國相繼出臺了對含鉛零件的政府禁令，使得開發(fā)無鉛的環(huán)保合金代替含鉛合金成為當(dāng)今金屬材料制造業(yè)刻不容緩的課題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提出的一種含石墨的易切削鋅白銅合金及其制備工藝，其克服了背景技術(shù)中的含鉛鋅白銅所存在的缺點。本發(fā)明解決其技術(shù)問題的所采用的技術(shù)方案之一是一種含石墨的易切削鋅白銅合金，該鋅白銅合金的重量百分比組成為鎳10% 40%,鋅10% 35%，石墨O. 5% 2. 5%,鈰O. 1% O. 5%,余量為銅和不可避免的雜質(zhì)?！^佳實施例之中該雜質(zhì)中鉛含量小于O. 01%。一較佳實施例之中該鋅白銅合金的重量百分比組成為鎳15% 25%，鋅15% 25%，石墨O. 8% 2. 0%,鈰O. 15% O. 4%,余量為銅和不可避免的雜質(zhì)。本發(fā)明解決其技術(shù)問題的所采用的技術(shù)方案之二是—種含石墨的易切削鋅白銅合金制備工藝，包括 步驟I，球磨混合粉末，該混合粉末中成分重量百分比為鎳10% 40%，鋅10% 35%，石墨O. 5% 2. 5%，鈰O. 1% O. 5%，余量為銅和不可避免的雜質(zhì)；步驟2，燒結(jié)混合粉末以生成圓錠，該燒結(jié)工藝壓力15 35MPa，溫度750°C 9500C ;接著圓錠保溫I 2. 5小時，然后冷卻至溫度低于100°C后出爐；步驟3，圓錠熱擠壓處理成棒坯，該熱擠壓工藝溫度750°C 900°C ；步驟4，棒坯冷加工和熱處理成為成品，該熱處理工藝溫度600°C 850°C，保溫時間I. 5 4小時。一較佳實施例之中該步驟I中的混合粉末選用的材料包括銅粉、鎳粉、鋅粉、鈰粉和銅包石墨粉，該銅包石墨粉中石墨質(zhì)量百分比為30 70%。一較佳實施例之中該步驟I中的混合粉末中成分重量百分比為鎳15% 25%，鋅15% 25%，石墨O. 8% 2. 0%,鈰O. 15% O. 4%,余量為銅和不可避免的雜質(zhì)。一較佳實施例之中該步驟I的球磨工藝球磨時間7 20小時，球料比5:1 10:1。一較佳實施例之中該步驟2中的燒結(jié)工藝壓力25 30MPa，溫度800°C 8500C ;圓錠保溫I. 5 2小時，然后冷卻至溫度低于100°C后出爐。一較佳實施例之中該步驟3中熱擠壓工藝溫度800°C 850°C .一較佳實施例之中該步驟4中的熱處理工藝溫度650°C 700°C，保溫時間為2 3小時。本發(fā)明的易切削鋅白銅合金及其制備工藝具有如下優(yōu)點 I、鋅白銅合金包括鎳10% 40%，鋅10% 35%，石墨，鈰O. 1% O. 5%，則能產(chǎn)生技術(shù)效果a、合金中添加O. 5% 2. 5%的石墨，石墨顆粒細小且分布均勻，石墨顆粒質(zhì)地軟，幾乎不固溶于銅，當(dāng)其彌散地分布于銅基體時，可以起到刀具潤滑和切削斷屑的作用，因此能明顯改善鋅白銅的切削性能，切削性能優(yōu)良；b、合金中添加O. 5% 2. 5%的石墨,石墨顆粒以球狀均勻分布在金屬基體中，具有優(yōu)異的耐蝕性能，耐蝕性能與普通鋅白銅的耐蝕性能基本相同；C、合金中添加O. 1% O. 5%鈰，能細化合金的晶粒，使合金具有優(yōu)良的綜合機械性能和冷、熱加工性能，使合金在生產(chǎn)過程中無冷裂、熱裂現(xiàn)象，易加工成型，產(chǎn)品性能穩(wěn)定，成品率高，使合金抗拉強度、斷后延伸率和硬度與普通鋅白銅基本相同，并高于含鉛鋅白銅合金的抗拉強度、斷后延伸率和硬度；d、環(huán)保，成本低，且能制成棒材、型材、線材、管材、帶材和板材等制品，能廣泛應(yīng)用于眼鏡配件、儀器儀表、鐘表工業(yè)和醫(yī)療器械等行業(yè)。2、鎳15% 25%,鋅15% 25%，石墨O. 8% 2. 0%,鈰O. 15% O. 4%,成本低，切削性能優(yōu)良，耐蝕性能優(yōu)異，綜合機械性能和冷、熱加工性能優(yōu)良。3、該燒結(jié)工藝壓力15 35MPa，溫度為750°C 950°C;接著保溫I 2. 5小時，然后冷卻至溫度低于100°c后出爐，則a、使石墨粉外層的銅與鋅白銅基體結(jié)合為一體，使石墨顆粒均勻分布在鋅白銅基體中；b、耐蝕性能優(yōu)異，綜合機械性能和冷、熱加工性能優(yōu)良。4、熱擠壓工藝溫度750V 900°C，提高合金綜合機械性能和冷、熱加工性能。5、熱處理工藝溫度為600°C 850°C，保溫時間為I. 5 4小時，提高合金綜合機械性能和冷、熱加工性能。 6、鋅白銅合金中添加銅包石墨粉料，改善鋅白銅的切削性能，保證鋅白銅的熱加工和冷加工性能。
具體實施例方式實施例一一種含石墨的易切削鋅白銅合金，該鋅白銅合金的重量百分比組成為鎳10% 40%，鋅 10% 35%，石墨 O. 5% 2. 5%，鈰 O. 1% O. 5%，例如石墨選 I. 2、I. 5、I. 8%，鈰選 O. 2、O. 3,0. 4%。本實施例之中，重量百分比組成為鎳16%，鋅18%，石墨I. 2%，鈰O. 2%，余量為銅和不可避免的雜質(zhì)，該雜質(zhì)中鉛含量小于O. 01%。
—種含石墨的易切削鋅白銅合金制備工藝，包括步驟I,球磨混合粉末,該混合粉末選用的材料包括銅粉、鎳粉16%、鋅粉18%、鋪粉O. 2%和銅包石墨粉2. 4%，該銅包石墨粉中石墨質(zhì)量百分比為45 55%，使該混合粉末成分重量百分比為鎳16%，鋅18%，石墨I. 2%，鈰O. 2%，余量為銅和不可避免的雜質(zhì)。該步驟I的球磨工藝球磨時間11 13小時，例如12小時；球料比5:1 10:1。步驟2，燒結(jié)混合粉末以生成Φ120_圓錠，先壓制成型，接著真空燒結(jié)，該燒結(jié)工藝壓力25MPa，溫度800°C;接著圓錠保溫I. 5小時，然后冷卻至溫度低于100°C后出爐；以使銅包石墨粉外層的銅與白銅基體結(jié)合為一體，石墨顆粒均勻分布在白銅基體中。步驟3，圓錠熱擠壓處理成直徑12mm 18mm的棒坯，該熱擠壓工藝溫度800°C ；步驟4，拉拔棒坯和熱處理成Φ2πιπι的線材成品，先拉拔棒坯成線材，冷加工率在O 60%之間，然后熱處理線材，該熱處理工藝溫度650°C，保溫時間2小時。
本實施例制成的鋅白銅合金的抗拉強度為475MPa，硬度為HV106。本實施例制成的鋅白銅合金具有優(yōu)異的易切削性能、優(yōu)良的綜合機械性能(σ b=470MPa 550MPa)和良好的耐蝕性能，可制成棒材、線材、管材和型材等制品，廣泛應(yīng)用于眼鏡配件、儀器儀表、鐘表工業(yè)和醫(yī)療器械等領(lǐng)域。它與切削性能最佳的鉛黃銅C36000的相對可切削率(作為100%)相比，它的可切削率超過72%，明顯高于普通鋅白銅合金的可切削率20%，與含鉛鋅白銅合金的可切削率75%基本相當(dāng)。本實施例提出的環(huán)保無鉛易切削鋅白銅合金是在普通鋅白銅合金基礎(chǔ)上添加石墨顆粒和微量的金屬鈰。石墨是環(huán)境友好材料，不會對人體和環(huán)境造成任何的污染；同時，石墨顆粒質(zhì)地軟，幾乎不固溶于銅，當(dāng)其彌散地分布于銅基體時，可以起到刀具潤滑和切削斷屑的作用，明顯改善鋅白銅的切削性能。為使各種金屬顆粒能夠牢固地?zé)Y(jié)在一起，向合金中加入了微量的金屬鈰，同時，鈰具有晶粒細化作用，提高了合金的機械性能和冷、熱加工性能。實施例二一種含石墨的易切削鋅白銅合金，該鋅白銅合金的重量百分比組成為鎳18%，鋅20%，石墨I. 8%，鈰O. 3%，余量為銅和不可避免的雜質(zhì)，該雜質(zhì)中鉛含量小于O. 01%?！N含石墨的易切削鋅白銅合金制備工藝，包括步驟I,球磨混合粉末,該混合粉末選用的材料包括銅粉、鎳粉18%、鋅粉20%、鋪粉O. 3%和銅包石墨粉3. 6%，該銅包石墨粉中石墨質(zhì)量百分比為45 55%，使該混合粉末成分重量百分比為鎳18%，鋅20%，石墨I. 8%，鈰O. 3%，余量為銅和不可避免的雜質(zhì)。該步驟I的球磨工藝球磨時間7 9小時，例如8小時；球料比5:1 10: I。步驟2，燒結(jié)混合粉末以生成Φ 120mm圓錠，該燒結(jié)工藝壓力30MPa，溫度850°C ；接著圓錠保溫2小時，然后冷卻至溫度低于100°C后出爐；使銅包石墨粉外層的銅與白銅基體結(jié)合為一體，石墨顆粒均勻分布在白銅基體中。步驟3，圓錠熱擠壓處理成直徑12mm的棒；K，該熱擠壓工藝溫度850°C ；步驟4，拉拔棒坯和熱處理成Φ2πιπι的線材成品，先拉拔棒坯成線材，然后熱處理線材，該熱處理工藝溫度700°C，保溫時間3小時。本實施例制成的鋅白銅合金的抗拉強度為497MPa，硬度為HV118。以上所述，僅為本發(fā)明較佳實施例而已，故不能依此限定本發(fā)明實施的范圍，即依本發(fā)明專利范圍及說明書內(nèi)容所作的等效變化與修飾，皆應(yīng)仍屬本發(fā)明涵蓋 的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種含石墨的易切削鋅白銅合金，其特征在于該鋅白銅合金的重量百分比組成為鎳10% 40%，鋅10% 35%，石墨O. 5% 2. 5%,鈰O. 1% O. 5%,余量為銅和不可避免的雜質(zhì)。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種含石墨的易切削鋅白銅合金，其特征在于該雜質(zhì)中鉛含量小于O. 01%。
3.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的一種含石墨的易切削鋅白銅合金，其特征在于該鋅白銅合金的重量百分比組成為鎳15% 25%，鋅15% 25%，石墨O. 8% 2. 0%，鈰O. 15% 0.4%，余量為銅和不可避免的雜質(zhì)。
4.一種含石墨的易切削鋅白銅合金制備工藝，其特征在于包括 步驟1，球磨混合粉末，該混合粉末中成分重量百分比為鎳10% 40%，鋅10% 35%，石墨O. 5% 2. 5%，鈰O. 1% O. 5%，余量為銅和不可避免的雜質(zhì)； 步驟2，燒結(jié)混合粉末以生成圓錠，該燒結(jié)工藝壓力15 35MPa，溫度750°C 950°C;接著圓錠保溫I 2. 5小時，然后冷卻至溫度低于100°C后出爐； 步驟3，圓錠熱擠壓處理成棒坯，該熱擠壓工藝溫度750V 900°C ； 步驟4，棒坯冷加工和熱處理成為成品，該熱處理工藝溫度600°C 850°C，保溫時間1.5 4小時。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種含石墨的易切削鋅白銅合金制備工藝，其特征在于該步驟I中的混合粉末選用的材料包括銅粉、鎳粉、鋅粉、鈰粉和銅包石墨粉，該銅包石墨粉中石墨質(zhì)量百分比為30 70%。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種含石墨的易切削鋅白銅合金制備工藝，其特征在于該步驟I中的混合粉末中成分重量百分比為鎳15% 25%，鋅15% 25%，石墨O. 8% 2. 0%，鈰O. 15% O. 4%，余量為銅和不可避免的雜質(zhì)。
7.根據(jù)權(quán)利要求4或5或6所述的一種含石墨的易切削鋅白銅合金制備工藝，其特征在于該步驟I的球磨工藝球磨時間7 20小時，球料比5:1 10:1。
8.根據(jù)權(quán)利要求4或5或6所述的一種含石墨的易切削鋅白銅合金制備工藝，其特征在于該步驟2中的燒結(jié)工藝壓力25 30MPa，溫度800°C 850°C;圓錠保溫I. 5 2小時，然后冷卻至溫度低于100°C后出爐。
9.根據(jù)權(quán)利要求4或5或6所述的一種含石墨的易切削鋅白銅合金制備工藝，其特征在于該步驟3中熱擠壓工藝溫度800°C 850°C。
10.根據(jù)權(quán)利要求4或5或6所述的一種含石墨的易切削鋅白銅合金制備工藝，其特征在于該步驟4中的熱處理工藝溫度650°C 700°C，保溫時間為2 3小時。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種含石墨的易切削鋅白銅合金及其制備工藝，該制備工藝包括步驟1，球磨混合粉末，該混合粉末中成分重量百分比為鎳10%～40%，鋅10%～35%，石墨0.5%～2.5%，鈰0.1%～0.5%，余量為銅和不可避免的雜質(zhì)；步驟2，燒結(jié)混合粉末以生成圓錠；步驟3，圓錠熱擠壓處理成棒坯；步驟4，棒坯冷加工和熱處理成為成品。它能產(chǎn)生技術(shù)效果1、切削性能優(yōu)良；2、耐蝕性能優(yōu)異；3、合金具有優(yōu)良的綜合機械性能和冷、熱加工性能，使合金在生產(chǎn)過程中無冷裂、熱裂現(xiàn)象，易加工成型，產(chǎn)品性能穩(wěn)定，成品率高，使合金抗拉強度、斷后延伸率和硬度與普通鋅白銅基本相同，并高于含鉛鋅白銅合金的抗拉強度、斷后延伸率和硬度。
文檔編號C22F1/08GK102888528SQ201210362618
公開日2013年1月23日 申請日期2012年9月21日 優(yōu)先權(quán)日2012年9月21日
發(fā)明者梁賀, 黃文輝, 秦如德, 李祥, 盧曉軍 申請人:廈門火炬特種金屬材料有限公司