專利名稱：一種無鉛無鉍易切削黃銅的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是一種金屬材料的制造技術(shù)，特別是無鉛易切削黃銅的制造方法。
背景技術(shù)：
鉛黃銅具有優(yōu)良的冷熱加工性能、極好的切削性能和自潤滑等特點，能滿足各種形狀零部件的機加工要求。含鉛黃銅一度被世界公認(rèn)為重要的基礎(chǔ)材料而廣泛應(yīng)用到民用供水系統(tǒng)、電子、汽車及機械制造等領(lǐng)域。由于鉛黃銅被廣泛使用，故廢棄的鉛黃銅零配件數(shù)量很多，其中只有少量被回收利用，很多小件被作為垃圾遺棄。廢棄的鉛黃銅與土壤接觸，其所含的鉛在雨水及大氣的長期作用下，進(jìn)入土壤，從而污染土壤及水源。廢棄鉛黃銅被當(dāng)作垃圾焚燒時，鉛蒸氣散發(fā)于大氣之中，對人體產(chǎn)生極大危害，因而其應(yīng)用日益受到嚴(yán)格的限制。鉛即不固溶于銅，也不與銅形成金屬間化合物，而是以單質(zhì)的顆粒形式存在于晶界。在飲用水中的雜質(zhì)及有機酸等的作用下含鉛銅合金中的鉛以離子的形式緩慢析出，現(xiàn)有的含鉛銅合金很難滿足環(huán)保法令的要求。為了降低鉛的有害作用，科研人員就飲用水對黃銅的腐蝕機理及添加元素對黃銅的腐蝕性影響進(jìn)行了系統(tǒng)的研究，并采取了多種措施，如添加少量的錫、鎳等合金元素來提高鉛黃銅的耐蝕性能，或?qū)⒖扇苄缘你U去除然后在除鉛的表面再覆蓋鉻等金屬或采取其它的方法抑制鉛的浸出等。由于黃銅中始終存在著鉛，所以這些方法無法從根本上消除鉛的有害作用。以鉛元素作為一種改善黃銅切削性能的主要元素的鉛黃銅在環(huán)保法令的規(guī)定下，不得不退出歷史的舞臺。無論從國內(nèi)外的環(huán)保法律法規(guī)，還是從技術(shù)經(jīng)濟的角度出發(fā)，對鉛黃銅再進(jìn)行修修補補的改進(jìn)已無價值，唯有開發(fā)無鉛的新型黃銅。人們對金屬、合金、化合物的研究有一個長期積累的過程，對其特性的認(rèn)識已相當(dāng)豐富。鉍、銻、鎂、磷、硅、硫、鈣、碲、硒等元素加入到黃銅中對切削性能的改善已取得共識，國內(nèi)外都有大量的專利公開，如無鉛易切削黃銅合金材料和它的制造方法，02121991. 5 ；無鉛易切削黃銅合金，200310109162. 0 ； 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，200510050425. 4 ；無鉛銅合金， 200610005689. 2 ；一種無鉛的易切削鎂鉍黃銅合金，200710098481. 4 ；一種無鉛易切削鎂硅黃銅2009-2-25 200910042723. 7 ；一種鑄造無鉛易切削黃銅200910044315. 5。必須指出的是，與易切削鉛黃銅相比，目前所有的無鉛易切削黃銅的加工性能及成本，如壓力加工性能、切削加工性能或使用性能或多或少地存在一些問題。以金屬鉍作為改善切削性能的主要元素時，鉍黃銅的切削性能雖然也很優(yōu)良，但與鉛黃銅相比還存在較大差距。另一方面，鉍的加工性能特別是熱加工性能還不太理想，更關(guān)鍵的是鉍離子對人體健康的影響至今還不是很清楚，其副作用的大小尚無公論，在一些國家和地區(qū)還不愿意接受鉍黃銅。銻對人體是微毒元素，其在水中的溶出濃度受到嚴(yán)格的限制，盡管銻黃銅的切削性能也很優(yōu)秀， 但其使用亦受到很大的限制。硫加入黃銅中比較困難，故其應(yīng)用也受到限制。鎂能明顯改善黃銅的切削性能，但其添加量不能過多，當(dāng)其質(zhì)量分?jǐn)?shù)超過0. 2%時，合金的延伸率開始下降，添加量越多，其延伸性能下降越明顯，對黃銅的使用性能不利，這也不利于鎂黃銅的應(yīng)用。磷添加到黃銅中有利于改善其的切削性能，但同時降低合金的塑性，低壓鑄造時合金
3熱裂傾向增大。這使磷在黃銅中的添加量受到很大的限制，也使磷黃銅的使用受到很大限制。由于錫、碲、硒價格高昴，錫黃銅以及含碲、硒黃銅很難被市場接受，硅黃銅由于含銅量高，價格貴，市場份額很小。在實際開發(fā)中，工程技術(shù)人員大多采用合金元素多元化的方法， 在黃銅中復(fù)合添加對切削性能有改進(jìn)作用的合金元素。但實踐證明，添加多種改善切削性能元素的方法也并不理想，一方面，由于元素之間的相互作用，會相互降低改善切削性能的效果。另一方面，由于添加多種金屬元素后，會產(chǎn)生合金強化的效果，使黃銅的強度、硬度都提高，在一定程度還會降低黃銅的切削性能。而且稀、貴元素的加入量過多也會使黃銅的成本提高，對市場推廣應(yīng)用也不利。當(dāng)前市場迫切需要一種無鉛、無鉍、無銻的易切削黃銅材料來滿足黃銅小型件、異型件的加工需求，本發(fā)明正是考慮這一需求而開發(fā)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于有效解決鉛黃銅污染環(huán)境的問題，為電子器件、水暖衛(wèi)浴、鐘表等領(lǐng)域的小型結(jié)構(gòu)件提供一種低成本的無鉛無鉍易切削黃銅的制備方法，實現(xiàn)無鉛易切削黃銅的無鉛、無鉍、無銻。本發(fā)明的具體內(nèi)容
黃銅粉中各元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為銅(Cu)54.0%-70.0%，磷(P)O. 2%-0.4%，其余為鋅 (Zn)，雜質(zhì)總量不大于0. 5%，任何一種雜質(zhì)含量不大于0. 05%,或黃銅粉含有鋁、錫、錳、硅4 種元素的一種或多種，各元素質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為鋁小于等于1. 2%，錫小于等于0. 5%，錳小于等于0. 6%，硅小于等于1. 5%，所選元素總含量小于等于3. 5%。第二相微粉為石墨微粉、六方氮化硼微粉、硫化錳微粉或者二硫化鉬微粉的一種或多種，第二相微粉的粒度為1-10 μ m。燒結(jié)活化劑為含銅鎳粉，分散劑為PVA，粘結(jié)劑為硬脂酸鋅。黃銅粉的粒度< 106ym，含銅鎳粉的粒度彡75 μ m。各種粉末的配比如下燒結(jié)活化劑含銅鎳粉質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0. 2%-0. 5%，含銅鎳粉中所含鎳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)大于70% ；第二相微粉的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0. 06%-0. 40% ；粘結(jié)劑硬脂酸鋅質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0. 5%-1. 0% ；分散劑的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0. 3%-0. 5% ；余量為黃銅粉。本發(fā)明工藝流程如下
本發(fā)明的無鉛無鉍易切削黃銅采用粉末活化燒結(jié)法生產(chǎn)。各種粉末和粘結(jié)劑按以下質(zhì)量分?jǐn)?shù)進(jìn)行配比燒結(jié)活化劑含銅鎳粉質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0. 2%-0. 5%，含銅鎳粉中所含鎳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)70%-100% ；第二相微粉的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0. 06%-0. 40% ；粘結(jié)劑硬脂酸鋅質(zhì)量分?jǐn)?shù)為 0. 5%-1. 0% ；分散劑PVA的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0. 3%-0. 5% ；余量為黃銅粉。粉末混料采用V型混料器(不放球)或行星式球磨架(球料質(zhì)量比1:8)，混料時間5-7小時，混料結(jié)束后即壓制， 壓制完后即放入燒結(jié)爐中燒結(jié)，燒結(jié)工藝為從室溫開始加熱至燒結(jié)溫度，加熱時間2-5小時，充分去除粘結(jié)劑，燒結(jié)溫度840-860°C，燒結(jié)時間45-75min，燒結(jié)氣氛為還原性氣氛，燒結(jié)完后通水冷卻到室溫。分別取試樣測試黃銅的布氏硬度、切削性能(包括表面粗糙度、表面溫度和細(xì)屑百分比)和力學(xué)性能(包括抗拉強度和延伸率)。切削加工時將所有的切屑收集起來，然后將切屑過14目標(biāo)準(zhǔn)篩，篩前稱取所有切屑的質(zhì)量，篩后稱取篩下細(xì)屑的質(zhì)量，用細(xì)屑的質(zhì)量比切屑的總質(zhì)量來計算細(xì)屑百分比。本發(fā)明的原理鉛在黃銅熔體中的溶解度很大，而在銅中的室溫固溶度幾乎為零，故鉛黃銅熔體凝固時，鉛以微細(xì)的球形顆粒形式彌散分布在黃銅中。鉛有較脆而軟的特點，另一方面，鉛的熔點只有327. 5°C，當(dāng)對鉛黃銅進(jìn)行切削加工時產(chǎn)生的摩擦熱會使鉛顆粒進(jìn)一步軟化，當(dāng)鉛黃銅被切削時，這些彌散的鉛顆粒相當(dāng)于黃銅中存在的一個空洞，應(yīng)力容易在此集中，產(chǎn)生所謂的“切口效應(yīng)”，從而導(dǎo)致切屑易于在此斷裂。另外，在刀頭與切屑的接觸局部因切削加工受熱而瞬間熔化，有助于改變切屑的形狀，并起到潤滑刀具的作用，可以使刀頭磨損減少到最低。因此，鉛在易切削黃銅材料的切削加工過程中起著碎裂切屑、減少粘結(jié)和焊合以及提高切削速度的作用，可大大提高切削加工的效率，并增加刀具的使用壽命，降低加工表面的粗糙度，使加工表面平整光滑。鉛在易切削鉛黃銅中的存在狀態(tài)對其切削性能有決定性的作用。本發(fā)明中采用在黃銅中添加微小的第二相微粉如石墨微粉、六方氮化硼微粉、硫化錳微粉或者二硫化鉬微粉的方法，用第二相微粉顆粒取代鉛顆粒。由于第二相微粉的結(jié)構(gòu)特點，使它們都具有軟而滑的特性。分布在黃銅中的第二相微粉顆粒也相當(dāng)于是黃銅中存在一個空洞，應(yīng)力容易在此集中，產(chǎn)生所謂的“切口效應(yīng)”，從而導(dǎo)致切屑易于在此斷裂。由于第二相微粉顆粒對切削刀具有潤滑的作用，也能減小刀頭的磨損作用，大大提高切削加工效率。第二相微粉與黃銅顆粒之間的界面結(jié)合不強，加入第二相微粉對黃銅的力學(xué)性能有一定的不利影響，對其使用不利，但采取合適的措施就能將不得影響降低到最小。本發(fā)明針對此問題有巧妙的解決方法，采用第二相微粉，其粒度小，能最大幅度地減小第二相顆粒對力學(xué)性能和使用性能的不利影響。由于石墨微粉的粒度極為細(xì)小，在與活化劑粉末、銅粉等混合的時候，很容易出現(xiàn)偏析、甚至團聚。這種現(xiàn)象的出現(xiàn)，使無鉛易切削黃銅的性能惡化， 必須采取適當(dāng)?shù)拇胧┍苊?。本發(fā)明通過優(yōu)化分散劑PVA的用量，將石墨微粉的偏析程度控制在可接受的范圍，優(yōu)化了無鉛易切削黃銅的切削性能與力學(xué)性能。燒結(jié)活化劑含銅鎳粉對無鉛易切削黃銅晶粒的結(jié)合強度的提高、孔隙的減少的有非常積極的作用，對其性能提高也有非常積極的意義。本發(fā)明的優(yōu)點無鉛無鉍易切削黃銅具有優(yōu)良的切削性能，切削能力可達(dá)到相當(dāng)于鉛黃銅的88%，成本為鉛黃銅的92%，降低了 8%。實施例
實施例1
黃銅粉中各元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為銅(Cu) 54. 0%，磷(P)O. 2%，其余為鋅( )，雜質(zhì)總量不大于0. 5%，任何一種雜質(zhì)含量不大于0. 05%。第二相微粉為石墨微粉，粒度為10 μ m, 黃銅粉的粒度< 106 μ m，含銅鎳粉的粒度<75 μ m。各種粉末的配比如下燒結(jié)活化劑含銅鎳粉質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0. 5%，含銅鎳粉中所含鎳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)70% ；石墨微粉的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0. 06% ； 粘結(jié)劑硬脂酸鋅質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0. 5% ；分散劑的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0. 3% ；余量為黃銅粉。粉末混料采用V型混料器(不放球)，混料時間6小時，混料結(jié)束后即壓制，壓制完后即放入燒結(jié)爐中燒結(jié)，燒結(jié)工藝為從室溫開始加熱至燒結(jié)溫度，加熱時間2小時，充分去除粘結(jié)劑，燒結(jié)溫度 840°C，燒結(jié)時間45min，燒結(jié)氣氛為還原性氣氛，燒結(jié)完后通水冷卻到室溫。從燒結(jié)樣上取樣進(jìn)行切削實驗，結(jié)果是無鉛易切削黃銅的布氏硬度為HB131，表面粗糙度為1.56μπκ切削后表面溫度升高了 22. 4°C、細(xì)屑百分比為73. 5%，切削能力相當(dāng)于鉛黃銅的83%，抗拉強度為278. IMPa，延伸率為3. 3%。成本為鉛黃銅的92%，降低了 8%。實施例2:黃銅粉中各元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為銅(Cu)54.0%，磷(P)O. 2%，錫(Sn)O. 17%，其余為鋅( )，雜質(zhì)總量不大于0. 5%，任何一種雜質(zhì)含量不大于0. 05%。第二相微粉為六方氮化硼微粉，粒度為5 μ m，黃銅粉的粒度彡106 μ m，含銅鎳粉的粒度<75 μ m。各種粉末的配比如下燒結(jié)活化劑含銅鎳粉質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0. 5%，含銅鎳粉中所含鎳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)80% ；六方氮化硼微粉的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0. 11% ；粘結(jié)劑硬脂酸鋅質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0. 7% ；分散劑的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0. 37% ； 余量為黃銅粉。粉末混料采用V型混料器(不放球)，混料時間6小時，混料結(jié)束后即壓制，壓制完后即放入燒結(jié)爐中燒結(jié)，燒結(jié)工藝為從室溫開始加熱至燒結(jié)溫度，加熱時間3 小時，充分去除粘結(jié)劑，燒結(jié)溫度850°C，燒結(jié)時間55min，燒結(jié)氣氛為還原性氣氛，燒結(jié)完后通水冷卻到室溫。從燒結(jié)樣上取樣進(jìn)行切削實驗，結(jié)果是無鉛易切削黃銅的布氏硬度為 HB125，表面粗糙度為1. 38 μ m、切削后表面溫度升高了沈.4°C、細(xì)屑百分比為73. 1%，切削能力相當(dāng)于鉛黃銅的85%，抗拉強度為223. 6MPa，延伸率為3. 7%。成本為鉛黃銅的92%，降低了 8%。實施例3:
黃銅粉中各元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為銅(Cu)54.0%，磷⑵0. 3%，鋁(Al)O. 6%，錳 (Mn) 0. 3%，鎂(Mg) 0. 1%，硅(Si) 1. 0%，其余為鋅(Zn)，雜質(zhì)總量不大于0. 5%，任何一種雜質(zhì)含量不大于0. 05%。第二相微粉為硫化錳微粉和石墨微粉的混合粉，粒度為2. 3 μ m，黃銅粉的粒度< 106 μ m，含銅鎳粉的粒度< 75 μ m。各種粉末的配比如下燒結(jié)活化劑含銅鎳粉質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0. 5%，含銅鎳粉中所含鎳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)90% ；硫化錳微粉和石墨微粉的混合粉的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0. 22% ；粘結(jié)劑硬脂酸鋅質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0. 9% ；分散劑的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0. 44% ；余量為黃銅粉。粉末混料采用V型混料器，混料時間6小時，混料結(jié)束后即壓制，壓制完后即放入燒結(jié)爐中燒結(jié)，燒結(jié)工藝為從室溫開始加熱至燒結(jié)溫度，加熱時間4小時，充分去除粘結(jié)齊U，燒結(jié)溫度855°C，燒結(jié)時間65min，燒結(jié)氣氛為還原性氣氛，燒結(jié)完后通水冷卻到室溫。 從燒結(jié)樣上取樣進(jìn)行切削實驗，結(jié)果是無鉛易切削黃銅的布氏硬度為HB119，表面粗糙度為 1.32μπκ切削后表面溫度升高了 23. 5°C、細(xì)屑百分比為78. 2%，切削能力相當(dāng)于鉛黃銅的 88%，抗拉強度為觀1. 4MPa，延伸率為3. 5%。成本為鉛黃銅的92%，降低了 8%。實施例4:
黃銅粉中各元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為銅(Cu)54.0%，磷(P)O. 2%，鎂(Mg)O. 4%，其余為鋅(Zn)，雜質(zhì)總量不大于0. 5%，任何一種雜質(zhì)含量不大于0. 05%。第二相微粉為二硫化鉬微粉，粒度為1. 5 μ m，黃銅粉的粒度彡106 μ m，含銅鎳粉的粒度彡75 μ m。各種粉末的配比如下燒結(jié)活化劑含銅鎳粉質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0. 5%，含銅鎳粉中所含鎳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)100% ；二硫化鉬微粉的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0. 4% ；粘結(jié)劑硬脂酸鋅質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1% ；分散劑的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0. 5% ；余量為黃銅粉。粉末混料采用V型混料器，混料時間6小時，混料結(jié)束后即壓制，壓制完后即放入燒結(jié)爐中燒結(jié)，燒結(jié)工藝為從室溫開始加熱至燒結(jié)溫度，加熱時間5小時，充分去除粘結(jié)劑，燒結(jié)溫度860°C，燒結(jié)時間75min，燒結(jié)氣氛為還原性氣氛，燒結(jié)完后通水冷卻到室溫。從燒結(jié)樣上取樣進(jìn)行切削實驗，結(jié)果是無鉛易切削黃銅的布氏硬度為HB121，表面粗糙度為1. 42 μ m、切削后表面溫度升高了 27. 8°C、細(xì)屑百分比為72. 8%，切削能力相當(dāng)于鉛黃銅的82%，抗拉強度為M9. 4MPa，延伸率為3%。成本為鉛黃銅的92%，降低了 8%。實施例5:
黃銅粉中各元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為銅(Cu)59.0%，磷(P)O. 4%，鋁(Al)O. 8%，錫(Sn). 04%,硅(Si) 1. 5%，其余為鋅(Zn)，雜質(zhì)總量不大于0. 5%，任何一種雜質(zhì)含量不大于 0.05%。第二相微粉為石墨微粉，粒度為1.5 4!11，黃銅粉的粒度< 106 μ m，含銅鎳粉的粒度 < 75 μ m。各種粉末的配比如下燒結(jié)活化劑含銅鎳粉質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0. 4%，含銅鎳粉中所含鎳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)100% ；石墨微粉的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0. 13% ；粘結(jié)劑硬脂酸鋅質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0. 9% ；分散劑的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0. 44% ；余量為黃銅粉。粉末混料采用行星式球磨架(球料質(zhì)量比1:8)， 混料時間6小時，混料結(jié)束后即壓制，壓制完后即放入燒結(jié)爐中燒結(jié)，燒結(jié)工藝為從室溫開始加熱至燒結(jié)溫度，加熱時間5小時，充分去除粘結(jié)劑，燒結(jié)溫度855°C，燒結(jié)時間75min， 燒結(jié)氣氛為還原性氣氛，燒結(jié)完后通水冷卻到室溫。從燒結(jié)樣上取樣進(jìn)行切削實驗，結(jié)果是無鉛易切削黃銅的布氏硬度為HB120，表面粗糙度為1.22μπκ切削后表面溫度升高了 26. 4°C、細(xì)屑百分比為81. 6%，切削能力相當(dāng)于鉛黃銅的89%，抗拉強度為302. 2MPa，延伸率為 3. 2%ο實施例6:
黃銅粉中各元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為銅(Cu)59.0%，磷(P)O. 2%，錫(Sn)O. 34%，其余為鋅( )，雜質(zhì)總量不大于0. 5%，任何一種雜質(zhì)含量不大于0. 05%。第二相微粉為六方氮化硼微粉，粒度為5 μ m，黃銅粉的粒度彡106 μ m，含銅鎳粉的粒度<75 μ m。各種粉末的配比如下燒結(jié)活化劑含銅鎳粉質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0. 4%，含銅鎳粉中所含鎳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)90% ；六方氮化硼微粉的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0. 06% ；粘結(jié)劑硬脂酸鋅質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1% ；分散劑的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0. 5% ；余量為黃銅粉。粉末混料采用行星式球磨架(球料質(zhì)量比1:8)，混料時間6小時，混料結(jié)束后即壓制，壓制完后即放入燒結(jié)爐中燒結(jié)，燒結(jié)工藝為從室溫開始加熱至燒結(jié)溫度，加熱時間4小時，充分去除粘結(jié)劑，燒結(jié)溫度860°C，燒結(jié)時間65min，燒結(jié)氣氛為還原性氣氛，燒結(jié)完后通水冷卻到室溫。從燒結(jié)樣上取樣進(jìn)行切削實驗，結(jié)果是無鉛易切削黃銅的布氏硬度為HB119，表面粗糙度為1. 27 μ m、切削后表面溫度升高了 25. 2°C、細(xì)屑百分比為73. 8%，切削能力相當(dāng)于鉛黃銅的88%，抗拉強度為217. 4MPa，延伸率為2. 9%。實施例7:
黃銅粉中各元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為銅(Cu)59.0%，磷(P)O. 2%，錳(Mn)O. 2%，其余為鋅(Zn)，雜質(zhì)總量不大于0. 5%，任何一種雜質(zhì)含量不大于0. 05%。第二相微粉為硫化錳微粉，粒度為2.3 μ m，黃銅粉的粒度彡106 μ m，含銅鎳粉的粒度彡75 μ m。各種粉末的配比如下燒結(jié)活化劑含銅鎳粉質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0. 4%，含銅鎳粉中所含鎳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)80% ；硫化錳微粉的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0. 4% ；粘結(jié)劑硬脂酸鋅質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0. 5% ；分散劑的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0. 3% ；余量為黃銅粉。粉末混料采用V型混料器，混料時間6小時，混料結(jié)束后即壓制，壓制完后即放入燒結(jié)爐中燒結(jié)，燒結(jié)工藝為從室溫開始加熱至燒結(jié)溫度，加熱時間3小時，充分去除粘結(jié)齊U，燒結(jié)溫度840°C，燒結(jié)時間55min，燒結(jié)氣氛為還原性氣氛，燒結(jié)完后通水冷卻到室溫。 從燒結(jié)樣上取樣進(jìn)行切削實驗，結(jié)果是無鉛易切削黃銅的布氏硬度為HB110，表面粗糙度為1.5 μ m、切削后表面溫度升高了 ^.8°C、細(xì)屑百分比為73. 8%，切削能力相當(dāng)于鉛黃銅的 87%，抗拉強度為210. 4MPa，延伸率為2. 3%。實施例8:
黃銅粉中各元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為銅(Cu) 59. 0%，磷(P)O. 2%，鎂(Mg)O. 1%，其余為鋅 (Zn)，雜質(zhì)總量不大于0. 5%，任何一種雜質(zhì)含量不大于0. 05%。第二相微粉為二硫化鉬微粉，粒度為1. 5 μ m，黃銅粉的粒度< 106 μ m,含銅鎳粉的粒度< 75 μ m。各種粉末的配比如下燒結(jié)活化劑含銅鎳粉質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0. 4%，含銅鎳粉中所含鎳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)70% ；二硫化鉬微粉的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0. 3% ；粘結(jié)劑硬脂酸鋅質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0. 7% ；分散劑的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0. 37% ；余量為黃銅粉。粉末混料采用V型混料器，混料時間6小時，混料結(jié)束后即壓制，壓制完后即放入燒結(jié)爐中燒結(jié)，燒結(jié)工藝為從室溫開始加熱至燒結(jié)溫度，加熱時間2小時，充分去除粘結(jié)劑，燒結(jié)溫度845°C，燒結(jié)時間45min，燒結(jié)氣氛為還原性氣氛，燒結(jié)完后通水冷卻到室溫。從燒結(jié)樣上取樣進(jìn)行切削實驗，結(jié)果是無鉛易切削黃銅的布氏硬度為HB117，表面粗糙度為1. 15 μ m、切削后表面溫度升高了 27.6°C、細(xì)屑百分比為72. 9%，切削能力相當(dāng)于鉛黃銅的85%，抗拉強度為Ml. 5MPa，延伸率為3. 5%。實施例9:
黃銅粉中各元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為銅(Cu)64.0%，磷(P)O. 4%，鋁(Al)O. 3%，鎂 (Mg)O. 1%，硅(Si)O. 5%，其余為鋅(Si)，雜質(zhì)總量不大于0. 5%，任何一種雜質(zhì)含量不大于 0.05%。第二相微粉為石墨微粉，粒度為2.3 μ m，黃銅粉的粒度< 106 μ m，含銅鎳粉的粒度 < 75 μ m。各種粉末的配比如下燒結(jié)活化劑含銅鎳粉質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0. 3%，含銅鎳粉中所含鎳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)80% ；石墨微粉的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0. 2% ；粘結(jié)劑硬脂酸鋅質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1% ；分散劑的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0. 5% ；余量為黃銅粉。粉末混料采用V型混料器，混料時間6小時，混料結(jié)束后即壓制，壓制完后即放入燒結(jié)爐中燒結(jié)，燒結(jié)工藝為從室溫開始加熱至燒結(jié)溫度，加熱時間3小時，充分去除粘結(jié)劑，燒結(jié)溫度860°C，燒結(jié)時間55min，燒結(jié)氣氛為還原性氣氛，燒結(jié)完后通水冷卻到室溫。從燒結(jié)樣上取樣進(jìn)行切削實驗，結(jié)果是無鉛易切削黃銅的布氏硬度為HBl 19，表面粗糙度為1.41 μ m、切削后表面溫度升高了 30. 7°C、細(xì)屑百分比為76. 1%，切削能力相當(dāng)于鉛黃銅的87%，抗拉強度為290MPa，延伸率為2. 9%。實施例10
黃銅粉中各元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為銅(Cu)64.0%，磷(P)O. 3%，錫(Sn)O. 1%，硅 (Si) 0. 1%，其余為鋅(Zn)，雜質(zhì)總量不大于0. 5%，任何一種雜質(zhì)含量不大于0. 05%。第二相微粉為六方氮化硼微粉，粒度為5 μ m,黃銅粉的粒度< 106 μ m,含銅鎳粉的粒度< 75 μ m。 各種粉末的配比如下燒結(jié)活化劑含銅鎳粉質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0. 3%，含銅鎳粉中所含鎳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)90% ；六方氮化硼微粉的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0. 2% ；粘結(jié)劑硬脂酸鋅質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0. 9% ；分散劑的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0. 44% ；余量為黃銅粉。粉末混料采用V型混料器，混料時間6小時，混料結(jié)束后即壓制，壓制完后即放入燒結(jié)爐中燒結(jié)，燒結(jié)工藝為從室溫開始加熱至燒結(jié)溫度，加熱時間2小時，充分去除粘結(jié)劑，燒結(jié)溫度855°C，燒結(jié)時間45min，燒結(jié)氣氛為還原性氣氛，燒結(jié)完后通水冷卻到室溫。從燒結(jié)樣上取樣進(jìn)行切削實驗，結(jié)果是無鉛易切削黃銅的布氏硬度為HB123，表面粗糙度為1.42 μ m、切削后表面溫度升高了 ^.6°C、細(xì)屑百分比為73. 5%， 切削能力相當(dāng)于鉛黃銅的86%，抗拉強度為觀0. 7MPa，延伸率為3. m。實施例11
黃銅粉中各元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為銅(Cu) 64. 0%，磷(P)O. 4%，錳(Mn)O. 6%，其余為鋅 (Zn)，雜質(zhì)總量不大于0. 5%，任何一種雜質(zhì)含量不大于0. 05%。第二相微粉為硫化錳微粉， 粒度為2.3 μ m，黃銅粉的粒度< 106 μ m，含銅鎳粉的粒度<75 μ m。各種粉末的配比如下 燒結(jié)活化劑含銅鎳粉質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0. 3%，含銅鎳粉中所含鎳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)70% ；硫化錳微粉的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0. 09% ；粘結(jié)劑硬脂酸鋅質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0. 7% ；分散劑的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0. 37% ；余量為黃銅粉。粉末混料采用V型混料器，混料時間6小時，混料結(jié)束后即壓制，壓制完后即放入燒結(jié)爐中燒結(jié)，燒結(jié)工藝為從室溫開始加熱至燒結(jié)溫度，加熱時間5小時，充分去除粘結(jié)齊U，燒結(jié)溫度850°C，燒結(jié)時間75min，燒結(jié)氣氛為還原性氣氛，燒結(jié)完后通水冷卻到室溫。 從燒結(jié)樣上取樣進(jìn)行切削實驗，結(jié)果是無鉛易切削黃銅的布氏硬度為HB105. 6，表面粗糙度為1.66μπκ切削后表面溫度升高了 19.6°C、細(xì)屑百分比為73. 1%，切削能力相當(dāng)于鉛黃銅的85%，抗拉強度為236. IMPa，延伸率為2. 9%。實施例12
黃銅粉中各元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為銅(Cu)64.0%，磷⑵0. 3%，鎂(Mg)O. 27%，硅 (Si) 1. 5%，其余為鋅(Zn)，雜質(zhì)總量不大于0. 5%，任何一種雜質(zhì)含量不大于0. 05%。第二相微粉為二硫化鉬微粉，粒度為1 μ m,黃銅粉的粒度< 106 μ m,含銅鎳粉的粒度< 75 μ m。各種粉末的配比如下燒結(jié)活化劑含銅鎳粉質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0. 3%，含銅鎳粉中所含鎳的質(zhì)量分?jǐn)?shù) 100% ；二硫化鉬微粉的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0. 22% ；粘結(jié)劑硬脂酸鋅質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0. 5% ；分散劑的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0. 3% ；余量為黃銅粉。粉末混料采用V型混料器，混料時間6小時，混料結(jié)束后即壓制，壓制完后即放入燒結(jié)爐中燒結(jié)，燒結(jié)工藝為從室溫開始加熱至燒結(jié)溫度，加熱時間 4小時，充分去除粘結(jié)劑，燒結(jié)溫度840°C，燒結(jié)時間65min，燒結(jié)氣氛為還原性氣氛，燒結(jié)完后通水冷卻到室溫。從燒結(jié)樣上取樣進(jìn)行切削實驗，結(jié)果是無鉛易切削黃銅的布氏硬度為 HB110，表面粗糙度為1. μ m、切削后表面溫度升高了 ^.6°C、細(xì)屑百分比為76. 8%，切削能力相當(dāng)于鉛黃銅的86%，抗拉強度為四5. 6MPa，延伸率為3. 4%。實施例13
黃銅粉中各元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為銅(Cu)70.0%，磷(P)O. 2%，鋁(Al)O. 8%，其余為鋅(Zn)，雜質(zhì)總量不大于0. 5%，任何一種雜質(zhì)含量不大于0. 05%。第二相微粉為石墨微粉， 粒度為5 μ m，黃銅粉的粒度< 106 μ m，含銅鎳粉的粒度< 75 μ m。各種粉末的配比如下 燒結(jié)活化劑含銅鎳粉質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0. 2%，含銅鎳粉中所含鎳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)70% ；石墨微粉的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0. 26% ；粘結(jié)劑硬脂酸鋅質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0. 7% ；分散劑的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0. 37% ；余量為黃銅粉。粉末混料采用V型混料器，混料時間6小時，混料結(jié)束后即壓制，壓制完后即放入燒結(jié)爐中燒結(jié)，燒結(jié)工藝為從室溫開始加熱至燒結(jié)溫度，加熱時間4小時，充分去除粘結(jié)劑， 燒結(jié)溫度845°C，燒結(jié)時間65min，燒結(jié)氣氛為還原性氣氛，燒結(jié)完后通水冷卻到室溫。從燒結(jié)樣上取樣進(jìn)行切削實驗，結(jié)果是無鉛易切削黃銅的布氏硬度為HB129，表面粗糙度為 1. μ m、切削后表面溫度升高了 ^.9°C、細(xì)屑百分比為72. 1%，切削能力相當(dāng)于鉛黃銅的 83%，抗拉強度為259. 4MPa，延伸率為3. 1%。實施例14
黃銅粉中各元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為銅(Cu) 70. 0%，磷(P)O. 2%，錫(Sn)O. 5%，其余為鋅 (Zn)，雜質(zhì)總量不大于0. 5%，任何一種雜質(zhì)含量不大于0. 05%。第二相微粉為六方氮化硼微粉，粒度為5 μ m,黃銅粉的粒度彡106 μ m,含銅鎳粉的粒度彡75 μ m。各種粉末的配比如下 燒結(jié)活化劑含銅鎳粉質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0. 2%，含銅鎳粉中所含鎳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)100% ；六方氮化硼微粉的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0. 16% ；粘結(jié)劑硬脂酸鋅質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0. 5% ；分散劑的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0. 3% ；余量為黃銅粉。粉末混料采用V型混料器，混料時間6小時，混料結(jié)束后即壓制，壓制完后即放入燒結(jié)爐中燒結(jié)，燒結(jié)工藝為從室溫開始加熱至燒結(jié)溫度，加熱時間5小時，充分去除粘結(jié)劑，燒結(jié)溫度840°C，燒結(jié)時間75min，燒結(jié)氣氛為還原性氣氛，燒結(jié)完后通水冷卻到室溫。從燒結(jié)樣上取樣進(jìn)行切削實驗，結(jié)果是無鉛易切削黃銅的布氏硬度為HB121，表面粗糙度為1.25μπκ切削后表面溫度升高了 34°C、細(xì)屑百分比為73. 3%，切削能力相當(dāng)于鉛黃銅的84%，抗拉強度為沈0. 5MPa，延伸率為3. 1%。實施例15
黃銅粉中各元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為銅(Cu)70.0%，磷(P)O. 2%，錳(Mn)O. 2%，其余為鋅(Zn)，雜質(zhì)總量不大于0. 5%，任何一種雜質(zhì)含量不大于0. 05%。第二相微粉為硫化錳微粉，粒度為2.3 μ m，黃銅粉的粒度彡106 μ m，含銅鎳粉的粒度彡75 μ m。各種粉末的配比如下燒結(jié)活化劑含銅鎳粉質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0. 2%，含銅鎳粉中所含鎳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)90% ；硫化錳微粉的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0. 16% ；粘結(jié)劑硬脂酸鋅質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1% ；分散劑的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0. 5% ；余量為黃銅粉。粉末混料采用V型混料器，混料時間6小時，混料結(jié)束后即壓制，壓制完后即放入燒結(jié)爐中燒結(jié)，燒結(jié)工藝為從室溫開始加熱至燒結(jié)溫度，加熱時間2小時，充分去除粘結(jié)齊U，燒結(jié)溫度860°C，燒結(jié)時間55min，燒結(jié)氣氛為還原性氣氛，燒結(jié)完后通水冷卻到室溫。 從燒結(jié)樣上取樣進(jìn)行切削實驗，結(jié)果是無鉛易切削黃銅的布氏硬度為HB113，表面粗糙度為 1. 22 μ m、切削后表面溫度升高了 31. 1°C、細(xì)屑百分比為72. 8%，切削能力相當(dāng)于鉛黃銅的 83%，抗拉強度為230. 7MPa，延伸率為2. 9%。實施例16
黃銅粉中各元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為銅(Cu)70.0%，磷(P)O. 4%，鎂(Mg)0.15%，硅 (Si) 0. 5%，其余為鋅(Zn)，雜質(zhì)總量不大于0. 5%，任何一種雜質(zhì)含量不大于0. 05%。第二相微粉為二硫化鉬微粉，粒度為1. 5 μ m，黃銅粉的粒度< 106 μ m,含銅鎳粉的粒度< 75 μ m。 各種粉末的配比如下燒結(jié)活化劑含銅鎳粉質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0. 2%，含銅鎳粉中所含鎳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)80% ；二硫化鉬微粉的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0. 12% ；粘結(jié)劑硬脂酸鋅質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0. 9% ；分散劑的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0. 44% ；余量為黃銅粉。粉末混料采用V型混料器，混料時間6小時，混料結(jié)束后即壓制，壓制完后即放入燒結(jié)爐中燒結(jié)，燒結(jié)工藝為從室溫開始加熱至燒結(jié)溫度，加熱時間3小時，充分去除粘結(jié)劑，燒結(jié)溫度855°C，燒結(jié)時間45min，燒結(jié)氣氛為還原性氣氛，燒結(jié)完后通水冷卻到室溫。從燒結(jié)樣上取樣進(jìn)行切削實驗，結(jié)果是無鉛易切削黃銅的布氏硬度為HB113，表面粗糙度為1. 22 μ m、切削后表面溫度升高了 31. 1°C、細(xì)屑百分比為72. 8%，切削能力相當(dāng)于鉛黃銅的83%，抗拉強度為272. 6MPa，延伸率為2. 8%。
權(quán)利要求
1.一種無鉛無鉍易切削黃銅的制備方法，其特征在于將粘結(jié)劑和粉末配料，采用粉末活化燒結(jié)法制備，具體過程為先將粘結(jié)劑和粉末按以下質(zhì)量分?jǐn)?shù)進(jìn)行配比粘結(jié)劑硬脂酸鋅，質(zhì)量分?jǐn)?shù)為 0. 5%-1. 0% ；燒結(jié)活化劑，含鎳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)在70%以上的含銅鎳粉，0. 2%-0. 5% ；第二相微粉為石墨微粉、六方氮化硼微粉、硫化錳微粉或者二硫化鉬微粉的一種或多種，質(zhì)量分?jǐn)?shù)為 0. 06%-0. 40% ；分散劑PVA，質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0. 3%-0. 5%，余量為黃銅粉；將上述組分進(jìn)行混料，混料時間5-7小時，再進(jìn)行壓制，然后放入燒結(jié)爐中燒結(jié)，燒結(jié)工藝為從室溫開始加熱至燒結(jié)溫度840-860°C，加熱時間2-5小時，充分去除粘結(jié)劑，燒結(jié)時間45-75min，燒結(jié)氣氛為還原性氣氛，燒結(jié)完后通水冷卻到室溫。
2.根據(jù)權(quán)利要求權(quán)1所述的無鉛無鉍易切削黃銅的制備方法，其特征在于所述黃銅粉各元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為銅54. 0%-70. 0%，磷0. 2%-0. 4%，其余為鋅，雜質(zhì)總量不大于 0. 5%，任何一種雜質(zhì)含量不大于0. 05%。
3.根據(jù)權(quán)利要求權(quán)2所述的無鉛無鉍易切削黃銅的制備方法，其特征在于所述黃銅粉含有鋁、錫、錳、硅4種元素的一種或多種，各元素質(zhì)量百分?jǐn)?shù)為鋁小于等于1.2%，錫小于等于0. 5%，錳小于等于0. 6%，硅小于等于1. 5%，所選元素總含量小于等于3. 5%。
4.根據(jù)權(quán)利要求權(quán)1、2或3所述的無鉛無鉍易切削黃銅的制備方法，其特征在于所述的黃銅粉的粒度< 106 μ m。
5.根據(jù)權(quán)利要求權(quán)1所述的無鉛無鉍易切削黃銅的制備方法，其特征在于所述的燒結(jié)活化劑含銅鎳粉的粒度< 75 μ m。
6.根據(jù)權(quán)利要求權(quán)1所述的無鉛無鉍易切削黃銅的制備方法，其特征在于配比中所述的燒結(jié)活化劑含銅鎳粉的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0. 2%-0. 4%。
7.根據(jù)權(quán)利要求權(quán)1所述的無鉛無鉍易切削黃銅的制備方法，其特征在于配比中所述的第二相微粉的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0. 08%-0. 34%。
8.根據(jù)權(quán)利要求權(quán)1所述的無鉛無鉍易切削黃銅的制備方法，其特征在于配比中所述的粘結(jié)劑硬脂酸鋅質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0. 6%-0. 9%。
全文摘要
一種無鉛無鉍易切削燒結(jié)黃銅的制備方法，本發(fā)明采用粉末活化燒結(jié)法生產(chǎn)。粉末和粘結(jié)劑質(zhì)量分?jǐn)?shù)配比為燒結(jié)活化劑含銅鎳粉0.2%-0.5%，所含鎳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)大于70%，第二相微粉0.06%-0.40%；粘結(jié)劑硬脂酸鋅0.5%-1.0%；分散劑PVA0.3%-0.5%；余量為黃銅粉。粉末經(jīng)混料、壓制后燒結(jié)，燒結(jié)工藝為從室溫開始在還原性氣氛加熱至840-860℃，加熱時間2-5小時，通水冷卻。第二相微粉為石墨微粉、六方氮化硼微粉、硫化錳微粉或者二硫化鉬微粉，第二相微粉的粒度為1-10μm。黃銅粉的粒度≤106μm，含銅鎳粉的粒度≤75μm。本發(fā)明制備的黃銅不含鉛、鉍、銻，對環(huán)境友好，適合大規(guī)模生產(chǎn)，生產(chǎn)成本低。
文檔編號C22C9/04GK102477495SQ201010561438
公開日2012年5月30日 申請日期2010年11月27日 優(yōu)先權(quán)日2010年11月27日
發(fā)明者金志紅, 黃勁松, 黃韶松 申請人:湖南特力新材料有限公司