專利名稱：一種含錳無鉛可鍛易切削黃銅及其制備方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種無鉛易切削黃銅合金及其制備方法，特別涉及一種含錳無鉛易切削黃銅及其制備方法。
背景技術：
黃銅具有美觀的外表和優(yōu)異的性能，在多個領域中大量應用。在黃銅中加入少量鉛(約1 4. 5% )顯著改善了材料的切削性能，從而為加工形狀復雜的日用品和機械零部件帶來了便利。隨著人們對自身健康的不斷關注，環(huán)保意識的進一步增強，鉛黃銅中的鉛對人體的危害越來越被人們所重視，更引起了許多發(fā)達國家的密切關注。他們已經(jīng)或正在制訂相關法令、法規(guī)控制工業(yè)產(chǎn)品中一些有害元素的含量。如歐盟已明確規(guī)定從2006年 6月1日起進入其市場的所有電子電氣產(chǎn)品必須達到環(huán)保標準。美國加利福尼亞州政府在 2006年9月20日通過了一項新的管道類產(chǎn)品法令California Assembly Bill 1953(即 AB1953)，該法令將于2010年1月正式實行。它要求一切為居民提供飲用水或烹飪用水的設備，包括水管、閥門、水龍頭等產(chǎn)品都必須達到新的無鉛化標準，且該法令日漸為其他美國各州所接受。日本在2003年規(guī)定飲用水鉛含量必須小于0. 03mg/L。為了減少鉛對人類健康和環(huán)境的危害，近年來，各國都大力開展易切削黃銅的無鉛化研究。它不但必須具有含鉛黃銅的易加工、易切削、可鍛的特性，而且將1 控制在環(huán)保要求的范圍內(nèi)，從而使產(chǎn)品達到安全環(huán)保標準，為我們生活在一個綠色環(huán)保的環(huán)境中創(chuàng)造了條件。美國、日本、德國、中國等都發(fā)明了不含鉛的黃銅合金，并在中國取得了專利權。如日本三越金屬株式會社公開的《無鉛易切削黃銅合金材料和它的制造方法》，專利申請?zhí)枮?2121991. 5，其成分和制造方法為銅60. 0 62. 0 %、鉍0. 5 2.2%、鋁 0.01 0. 1%、錫0. 5 1.6%、磷0. 04 0. 15%，其余為鋅和不可避免的雜質(zhì)成分，在 460 600°C溫度下進行30分 4小時熱處理，以70°C /小時以下的冷卻速度緩冷。再如寧波博威集團有限公司公開的《易切削的無鉛耐蝕低硼鉍黃銅合金及其制備方法》，專利申請?zhí)枮?200710067480. 3，其成分為銅57 64wt%、鉍0. 6 2. 5wt%、硼0. 0003 0. 025wt%、錳0. 01 0. 2wt%和銻0. 002 0. 02wt%，其余為鋅和不可避免雜質(zhì)，不可避免雜質(zhì)的總和在合金中的含量不超過0. 3wt%，且不可避免的雜質(zhì)中鉛的含量不超過 0. Iwt%、鎘的含量不超過0. OOlwt%，此合金組成中銅加鋅大于97wt%。上述無鉛易切削黃銅鍛造性能不佳，在熱鍛后表面容易出現(xiàn)裂紋，因此在鍛造性能方面有待進一步改進。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的首要技術問題是針對上述技術現(xiàn)狀而提供一種不含鉛的具有良好切削性能、鍛造性能、力學性能、冷熱成型性能的無鉛可鍛易切削黃銅。本發(fā)明所要解決的第二個技術問題是提供一種含錳無鉛可鍛易切削黃銅的制備方法。
本發(fā)明解決上述首要技術問題所采用的技術方案為一種含錳無鉛可鍛易切削黃銅，其特征在于其組分及含量為銅57 62wt%， 鉍0. 3 2. 5wt%,錳 0. 5 4. Owt %,不可避免雜質(zhì) ≤0. 2wt%,鋅 余量作為優(yōu)選，所述銅的含量為57 60wt%，鉍的含量為0. 5 2. Owt%，錳的含量為 1. 0 2. 0wt%。本發(fā)明解決上述第二個技術問題所采用的技術方案為一種含錳無鉛可鍛易切削黃銅的制備方法，其特征在于包括以下步驟1)制備銅鉍中間合金；2)按57 62wt%銅、0. 3 2. 5wt%鉍、0. 5 4. 0wt%錳，余量為鋅以及不可避免雜質(zhì)，所述雜質(zhì)總量不大于0. 2wt%的成分配比，將電解銅、電解錳、銅鉍中間合金、電解鋅依次加入感應電爐內(nèi)熔煉，熔煉溫度為1030 1080°C，待全部金屬熔化后，保溫5-30分鐘；3)進行銅合金錠澆鑄，澆鑄溫度1030 1050°C，得到黃銅合金鑄錠；4)將銅合金鑄錠加熱到570 700°C進行熱擠壓；5)最后將擠壓后的半成品經(jīng)酸洗、扒皮、拉伸、矯直、去應力退火后成為成品。所述銅鉍中間合金中鉍的含量為25 35%。具體制備工藝為在1080 1100°C 范圍內(nèi)，在真空度小于IPa的真空熔煉爐中熔化銅和鉍，在1030 1050°C澆鑄成銅鉍中間合金的圓形鑄錠，將此鑄錠破碎呈塊狀備用。優(yōu)選，所述步驟2中銅的含量為57 60wt%，鉍的含量為0. 5 2. Owt %，錳的含量為 1. 0 2. 0wt%。作為改進，所述步驟5中扒皮前增加一道拉伸工序，所述拉伸的加工率為5 10%。優(yōu)選，所述去應力退火的溫度為100 400°C。本發(fā)明的含錳無鉛可鍛易切削黃銅的銅含量是57 62wt%。銅含量低于57wt% 時，冷加工性能差，扒皮和拉伸過程中容易斷裂，成品的延伸率低，實用價值低。銅含量高于 62wt%時，β相含量低，熱加工性能不佳，而且制造成本增高。鉍的作用是提高合金切削性能。鉍與鉛一樣，在銅中的固溶度極低，固態(tài)下，鉍以第二相粒子分布在基體中。鉍性脆且熔點低，在合金中形成脆、軟、彌散的小質(zhì)點，因此鉍的存在可以視為合金基體中產(chǎn)生的微小空間，從而割斷了基體的連續(xù)性，成為應力集中源，構(gòu)成許多弱化微區(qū)。切削時在刀刃的接觸面上就有大量脆而不硬的鉍質(zhì)點存在，相當于減小了切削層面積，使得刀具磨損減小，切削溫度和切削力降低，達到易切削的目的。在本合金中鉍含量小于0. 3wt%時，不能達到滿意的切削效果，鉍含量大于2. 5wt%時，將降低合金的冷加工性能，并增加成本。錳的鋅當量系數(shù)為0. 5，能擴大α相區(qū)，它的主要作用是提高黃銅的強度和硬度， 并大幅度提高鍛造性能。當錳含量低于0. 5wt%時，不能起到提高鍛造性能的作用，當錳含量大于4. Owt %時，會由于強度和硬度太高，給后續(xù)加工帶來不利。與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明的優(yōu)點在于通過用鉍替代鉛來提高合金的切削性能，用錳來提高合金的鍛造性能；與鉛黃銅相比，不含鉛，可以消除鉛在生產(chǎn)和使用過程中對人體和環(huán)境的危害；與現(xiàn)有無鉛黃銅相比，鍛造性能顯著提高；并且本合金化學組份簡單，易于回收和再生利用。本發(fā)明的含錳無鉛可鍛易切削黃銅具有良好的切削性能、鍛造性能、力學性能與冷熱成型性能，而且生產(chǎn)工藝簡單，可利用現(xiàn)有鉛黃銅的生產(chǎn)設備制造，不需要增加新的設備。
具體實施例方式以下結(jié)合實施例對本發(fā)明作進一步詳細描述。一種含錳無鉛可鍛易切削黃銅的制備方法，具體工藝為首先制備銅鉍中間合金。所述銅鉍中間合金的制備方法為按鉍為30wt%其余為銅和不可避免雜質(zhì)的配比，在1080 1100°C范圍內(nèi)，在真空度小于IPa的真空熔煉爐中熔化銅和鉍，在1030 1050°C澆鑄成銅鉍中間合金的圓形鑄錠，將此鑄錠破碎呈塊狀備用。黃銅合金制備方法為按57 62wt%銅、0. 3 2. 5 {%鉍、0. 5 4. Owt%錳，余量為鋅以及不可避免雜質(zhì)，雜質(zhì)總量不大于0. 2wt%的成分配比，將電解銅、電解錳、銅鉍中間合金、電解鋅依次加入感應電爐；熔煉溫度為1030 1080°C，待金屬全部熔化后，將溫度提高至1100°C以上，噴火去雜質(zhì)，噴火完畢，保溫5 30分鐘；采用立式半連續(xù)澆鑄，澆鑄溫度為1030 1050°C，制備出Φ 145mm黃銅合金鑄錠。然后將銅合金鑄錠加熱到570 700°C進行熱擠壓，擠壓后的半成品經(jīng)酸洗、扒皮、拉伸、矯直、去應力退火后成為成品。后續(xù)加工工藝為熱擠壓一酸洗一拉伸一扒皮一拉伸一矯直一去應力退火一檢驗包裝入庫。詳細描述為銅合金鑄錠加熱到570 700°C之間進行熱擠壓，酸洗后先拉伸加工，加工率為5 10%，然后扒皮至合適尺寸，再拉伸，經(jīng)過矯直、去應力制備出成品。本發(fā)明合金擠壓規(guī)格Φ 25. 5mm，最終成品規(guī)格ΦΜ. Omm0該生產(chǎn)工藝流程與鉛黃銅生產(chǎn)流程一致。以下對本發(fā)明的實施例與比較例的化學成分及性能做具體比較說明。比較例合金選取日本三越金屬株式會社發(fā)明的無鉛黃銅(比較例1)和含鉛黃銅牌號HPM2-3(比較例 2)。一、本發(fā)明制備的黃銅合金鑄錠實施例與比較例的化學成分如表1所示。表1本發(fā)明實施例合金與比較例合金的化學成分(wt% )
權利要求
1.ー種含錳無鉛可鍛易切削黃銅，其特征在于其組分及含量為銅57 62wt%，鉍0. 3 2. 5wt%，錳0.5 4.0wt%，不可避免雜質(zhì)2wt%，鋅余量。
2.根據(jù)權利要求1所述的含錳無鉛可鍛易切削黃銅，其特征在于所述銅的含量為57 60wt%，鉍的含量為0. 5 2. 0wt%，—的含量為1. 0 2. Owt%
3.ー種含錳無鉛可鍛易切削黃銅的制備方法，其特征在于包括以下步驟1)制備銅鉍中間合金；2)按57 62wt%銅、0.3 2. 5wt%鉍、0. 5 4. Owt%錳，余量為鋅以及不可避免雜 質(zhì)，所述雜質(zhì)總量不大于0. 2wt%的成分配比，將電解銅、電解錳、銅鉍中間合金、電解鋅依 次加入感應電爐內(nèi)熔煉，熔煉溫度為1030 1080°C，待全部金屬熔化后，保溫5 30分鐘；3)進行銅合金錠澆鑄，澆鑄溫度1030 1050°C，得到黃銅合金鑄錠；4)將黃銅合金鑄錠加熱到570 700°C進行熱擠壓；5)最后將擠壓后的半成品經(jīng)酸洗、扒皮、拉伸、矯直、去應カ退火后成為成品。
4.根據(jù)權利要求3所述的制備方法，其特征在于所述銅鉍中間合金中鉍的含量為25 35%。
5.根據(jù)權利要求3所述的制備方法，其特征在于所述步驟2中銅的含量為57 60wt%，鉍的含量為0. 5 2. 0wt%，—的含量為1. 0 2. Owt%
6.根據(jù)權利要求3所述的制備方法，其特征在于所述步驟5中扒皮前増加一道拉伸エ 序，所述拉伸的加工率為5 10%。
7.根據(jù)權利要求3所述的制備方法，其特征在于所述去應カ退火的溫度為100 400 "C。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種含錳無鉛可鍛易切削黃銅及其制備方法，其特征在于其組分及含量為銅57～62wt％，鉍0.3～2.5wt％，錳0.5～4.0wt％，雜質(zhì)≤0.2wt％，鋅為余量。制備方法為先制備銅鉍中間合金，再將電解銅、電解錳、銅鉍中間合金、電解鋅依次加入感應電爐內(nèi)熔煉，熔煉溫度為1030～1080℃，待全部金屬熔化后，保溫5～30分鐘；進行銅合金錠澆鑄，澆鑄溫度1030～1050℃；然后將銅合金鑄錠加熱到570～700℃進行熱擠壓；最后將擠壓后的半成品經(jīng)酸洗、扒皮、拉伸、矯直、去應力退火后成為成品。本發(fā)明的含錳無鉛可鍛易切削黃銅化學組份簡單，易于回收和再生利用，具有良好切削性能、鍛造性能、力學性能與冷熱成型性能，而且生產(chǎn)工藝簡單，可利用現(xiàn)有鉛黃銅的生產(chǎn)設備制造，不需要增加新的設備。
文檔編號C22C9/04GK102383004SQ20101027193
公開日2012年3月21日 申請日期2010年8月30日 優(yōu)先權日2010年8月30日
發(fā)明者巢國輝, 慕思國, 洪燮平, 王永如, 賀挺 申請人:寧波金田銅業(yè)(集團)股份有限公司