專利名稱：：一種無鉛易切削黃銅合金的制作方法
技術領域：
：本發(fā)明涉及一種無鉛易切削黃銅合金，屬于有色金屬材料及其加工領域。
背景技術：
：黃銅具有較高的機械性能，相對低廉的成本及良好的耐腐蝕性能，是制造業(yè)中各類零部件廣泛使用的材料。黃銅的需求量將隨著我國制造業(yè)的快速推進而迅猛增長。為了改善黃銅機械加工時的切削性能，黃銅中一般添加了13%的鉛(Pb)，但鉛是一種對環(huán)境和人體有害的元素，容易在水中浸出，嚴重危害人類健康。因而各國政府相繼出臺了對含鉛銅合金應用的限制令，美國、日本等國和歐盟對銅合金中的鉛含量和在飲用水中鉛的浸出量分別作了嚴格限制。由于含鉛的易切削金屬部件，幾乎涉及到所有制造業(yè)產(chǎn)品，因此我國企業(yè)急需解決低成本無鉛黃銅材料的供應問題。以鉍代鉛是制造無毒害作用易切削黃銅的可行技術途徑，目前國內(nèi)外開發(fā)的無鉛易切削黃銅品種有鉍黃銅、銻鉍黃銅、碲鉍黃銅、硒鉍黃銅、鎂鉍黃銅，以及硅黃銅和高錳黃銅等。中國專利02121991.5報道了"無鉛易切削黃銅合金材料和它的制造方法"、中國專利200310109162.0報道了"無鉛易切削黃銅合金"、中國專利200410015836.5報道了"無鉛易切削銻黃銅合金"、中國專利200410089150.0報道了"含硅無鉛易切削黃銅合金"、中國專利200510049842.7報道了"環(huán)保健康新型無鉛易切削耐蝕低硼鈣黃銅合金"、中國專利200510050425.4報道了"生態(tài)環(huán)保新型無鉛易切削低銻鉍黃銅合金及其制造方法"、中國專利200580001492.5報道了"黃銅"、中國專利200710066669.0報道了"高錳易切削銅鋅合金"、中國專利200610005689.2報道了"無鉛銅合金"、中國專利200710066947.2報道了"易切削高錳銅合金"、中國專利200710067480.3報道了"易切削的無鉛耐蝕低硼鉍黃銅合金及其制備方法"。上述技術的不足之處是無鉛黃銅材料切削性能與鉛黃銅仍有差距，不利于實現(xiàn)對已有易切削鉛黃銅的直接替換，造成這種現(xiàn)狀的主要原因是對細化黃銅晶粒提高切削性能的作用重視不夠。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的是提供一種無鉛易切削黃銅合金，可代替制造業(yè)中各類零部件廣泛使用的易切削鉛黃銅材料，以滿足制造業(yè)對環(huán)境友好的無鉛黃銅材料的需求。無鉛易切削黃銅合金的重量組成為含銅(Cu)56.0%64.0%，鉍(Bi)0.5%2.5%，錫(Sn)0.5%1.5%，鋁(Al)0.1%0.5%,鋯(Zr)0.05%0.2°/。，鈰(Ce)0.05%0.5%;所述鈰可以用鈰含量不少于50%的混合稀土來代替，混合稀土重量含量為0.1%0.5%。一種所述無鉛易切削黃銅合金材料的制備方法(A):選擇在本發(fā)明所指范圍的合金成分，Cu、Zn用其純物質(zhì)或不含鉛的黃銅二次資源料方式加入，Al、Sn、Bi用其純物質(zhì)的方式加入，Zr、Ce用中間合金方式加入。在感應電爐內(nèi)進行熔煉，經(jīng)精煉、除氣、靜置處理后在預先準備好的模具中鑄造成所需形狀、尺寸的產(chǎn)品，得到本發(fā)明所指黃銅合金鑄件。一種所述無鉛易切削黃銅合金材料的制備方法(B):選擇在本發(fā)明所指范圍的合金成分，Cu、Zn用其純物質(zhì)或不含鉛的黃銅二次資源料方式加入，Al、Sn、Bi用其純物質(zhì)的方式加入，Zr、Ce用中間合金方式加入。在感應電爐內(nèi)進行熔煉，經(jīng)精煉、除氣、靜置處理后在預先準備好的模具中鑄造成所需形狀、尺寸的鑄錠。一種所述無鉛易切削黃銅合金材料的制備方法(C):將上述制備方法(B)所得的鑄錠經(jīng)850°C/12h均勻化處理，車皮后進行擠壓，擠壓比XH0，擠壓速度為0.1lm/min，擠壓溫度為650750°C，擠壓后得到本發(fā)明所指黃銅合金的擠壓材料。一種所述無鉛易切削黃銅合金材料的制備方法(D):將上述制備方法(B)所得的鑄錠經(jīng)85(TC/12h均勻化處理，車皮后進行軋制，軋制總壓下率不小于鑄錠厚度的5%，得到本發(fā)明所指黃銅合金的軋制材料。一種所述無鉛易切削黃銅合金材料的制備方法(E):將上述制備方法(B)所得的鑄錠經(jīng)85(TC/12h均勻化處理，車皮后進行鍛造，鍛造時在鍛造方向的總變形率不小于鑄錠沿該鍛造方向的5%，得到本發(fā)明所指黃銅合金鍛造材料。一種所述無鉛易切削黃銅合金材料的制備方法(F):將上述制備方法(C)所得的擠壓材用650°C/2h退火，然后進行拉伸變形，拉伸時總變形率不小于坯料的5%，得到本發(fā)明所指黃銅合金拉伸材料。黃銅具有良好切削性能的微結構關鍵特征是均勻分布的低熔點軟相粒子，軟相粒子一方面起到機加工時使切削屑裂的作用，另一方面還起潤滑作用，減少了刀具損耗，從而提高了黃銅的切削性能。當黃銅凝固時，如果不能使軟相粒子均勻分布，不僅會降低合金材料的力學性能，而且會使軟相粒子聚積起來，使合金材料的切削性能變差。凝固時細化黃銅晶?？梢源龠M低熔點軟相粒子均勻分布，從而提高切削性能。本發(fā)明選擇在Cu中溶解度極小、在高溫條件下也能與Cu形成化合物的Zr、Ce元素作為晶粒細化劑，增多凝固時的形核質(zhì)點，從而明顯細化晶粒，提高了無鉛黃銅合金材料的切削性能。本發(fā)明采用Bi、Sn兩種低熔點元素同時加入的合金成分設計技術，可利用Bi、Sn混溶進一步降低軟相粒子的熔點，比Bi、Sn單獨加入的斷屑與潤滑作用更好，從而提高了切屑性能。另外加入Al可改善黃銅合金材料的高溫抗氧化性能，不對切削性能產(chǎn)生明顯影響。本發(fā)明所指黃銅合金既可采用鑄造方法制備所需材料和(或)部件，也可以采用鑄造后經(jīng)壓力加工制備所需材料和(或)部件。具體實施例方式下述各實施例中雜質(zhì)含量總量不超過0.2%，除合金元素Bi、Sn、Zr、Ce元素外，剩余的是Cu、Zn和Al。Bi、Sn、Zr、Ce元素重量百分含量、制備方法與切削性能如表1所示。切削性能的評價方法采用通用車床，按主軸轉速為1400r/min,進給速度為0.05mm/r，切削深度為0.4mm，刀具前傾角為4。的車削工藝分別對本發(fā)明所指黃銅合金材料與鉛黃銅HPb59-l進行切削試驗，分別收取兩種黃銅材料的100個碎屑，分別測量出碎屑的平均長度，用HPb59-l材料的碎屑平均長度除以本發(fā)明所指黃銅合金材料的碎屑平均長度作為評價指標。表1<table>tableseeoriginaldocumentpage6</column></row><table>權利要求1.一種無鉛易切削黃銅合金，重量組成為銅56.0％～64.0％，鉍0.5％～2.5％，錫0.5％～1.5％，鋁0.1％～0.5％，鋯0.05％～0.2％，鈰0.05％～0.5％。2.根據(jù)權利要求1所述的黃銅合金，其特征在于所述鈰可以用鈰含量不少于50%的混合稀土來代替，混合稀土重量含量為0.1%0.5%。全文摘要一種無鉛易切削黃銅合金，重量組成為含銅(Cu)56.0～64.0％，鉍(Bi)0.5～2.5％，錫(Sn)0.5～1.5％，鋁(Al)0.1～0.5％，鋯(Zr)0.05～0.2％，鈰(Ce)0.05～0.5％；符合上述特征的銅合金中Ce可以用Ce含量不少于50％的混合稀土來代替，其重量比為0.1～0.5％。上述無鉛黃銅合金既可采用鑄造方法制備所需材料和(或)部件，也可以采用鑄造后經(jīng)擠壓、軋制、鍛造、拉伸等壓力加工制備所需材料和(或)部件，具有450MPa以上的極限拉伸強度，切削性能與鉛黃銅接近，可實現(xiàn)雙相鉛黃銅的直接代換。文檔編號C22C9/00GK101363086SQ20081014307公開日2009年2月11日申請日期2008年10月9日優(yōu)先權日2008年10月9日發(fā)明者亮周,周卓平,勇張,張新明,柳楊,軻許,賀永東,鄧運來,陳明安申請人:中南大學