專利名稱：一種易切削的鋅銅基變形鋅合金及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及到鋅合金領(lǐng)域，具體指一種易切削的鋅銅基變形鋅合金及其制備方法。
背景技術(shù)：
切削加工性指金屬材料被刀具切削加工后成為合格工件的難易程度，切削加工性的好壞常用加工后工件的表面粗糙度，允許的切削速度以及刀具的磨損程度來衡量，它與金屬材料的化學(xué)成分、力學(xué)性能、導(dǎo)熱性及加工硬化程度等因素有關(guān)，通常硬度和韌性作為切削加工性好壞的大致判斷。一般的講，金屬材料的硬度越高越難以切削，硬度雖不高，但韌性很大，切削也很困難。不同的金相組織，不同的硬度對切削加工性能的影響是不同的。 球狀組織對車削加工很有利。深孔鉆削和盲孔鉆削是綜合檢驗(yàn)切削加工性的重要指標(biāo)。 在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)中切削性能的好壞直接影響到產(chǎn)品的質(zhì)量和生產(chǎn)效率，間接的帶來生產(chǎn)成本的巨大變化。作為有色金屬棒材、型材大部分產(chǎn)品用于機(jī)加工行業(yè)的基本原材料，需要進(jìn)行進(jìn)一步的加工。使用自動(dòng)車床或儀表車床加工，產(chǎn)品廣泛的應(yīng)用于電子、制筆、制鎖等眾多五金行業(yè)。合金棒材切削性能的好壞對生產(chǎn)效率和生產(chǎn)成本起到非常重要的作用。鐵合金，銅合金，鋁合金等都有易切削合金棒材在廣泛應(yīng)用于不同的技術(shù)領(lǐng)域。由于鋅合金具有環(huán)保性能好，無污染，熔點(diǎn)低，加工性能好，成本較低，節(jié)約能源，不會(huì)產(chǎn)生電磁波等優(yōu)良特性在一些領(lǐng)域可廣泛用于制造零部件。由于鋅合金的熔點(diǎn)低，流動(dòng)性好，具有良好的鑄造性能。長期以來大部分的鋅合金的產(chǎn)品采用鑄造和壓鑄工藝，由液態(tài)直接加工成型，制造各種形狀復(fù)雜的器件。目前壓鑄和鑄造鋅合金的主要配方由鋅-鋁為主要元素組成，通過添加銅、鎂等合金化元素來改善綜合性能。雖然有良好的成型性，但普遍存在塑性較差、切削性能不好的問題，限制了在高速切削加工領(lǐng)域的使用。除此之外，變形鋅合金主要指采用塑性加工方法生產(chǎn)的棒、線、型、管材以及板帶。中國專利申請96118021. 8發(fā)明了一種熱鍍鋅基合金及其制造方法，其特征是由 ai、Al、Sb三種元素組成。主要用于表面熱浸鍍和防護(hù)。中國專利申請97100011. 5描述了一種稀土鋁鋅合金，主要成分為SuAl及稀土，用于電鍍工業(yè)。專利CN200410089187. 3 (請確認(rèn)該申請?zhí)柺欠裾_)是一種錫鋅鋁合金絲，是在錫鋅的合金上加入鋁以改善噴涂材料的性能。中國專利ZL03821428. 8涉及一種純鋅或鋅鋁合金的平衡裝置，主要保護(hù)制作方法和鋅鋁合金配方的保護(hù)。以上的專利都沒有涉及鋅合金及其棒材的切削性。中國專利 ZL200710035063. 0涉及一種高強(qiáng)度易切削鋅基合金及其制備工藝，該合金的主要組成為銅 2. 5-2. 65% JlO. 45-0. 60%、鋁0· 20-0. 35%、鑭0· 01-0. 06%、鈰0· 15-0. 20%。中國專利申請201010157397. 7涉及了一種變形含銻的易切削鋅鋁合金，保護(hù)的主要合金化元素是鋁 0. 5-15%、銻 0. 5-8% ο

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是針對現(xiàn)有技術(shù)的現(xiàn)狀提供一種切削效率和加工性得到很大改善的易切削的鋅銅基變形鋅合金。本發(fā)明所要解決的另一個(gè)技術(shù)問題是提供一種切削效率和加工性得到很大改善的易切削的鋅銅基變形鋅合金的制備方法。本發(fā)明解決上述技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案為該易切削的鋅銅基變形鋅合金， 其特征在于該鋅合金的重量組成如下
銅0.5-10%
鉍0.1-3.5%
鈦0.001-0.1%
不可避免雜質(zhì) <0.01%
鋅余量該鋅合金的優(yōu)選重量組成為
銅2-6%
鉍0.1-1.2%
鈦0.01-0.08%
不可避免雜質(zhì)彡0.01% Zn余量上述易切削的鋅銅基變形鋅合金的制備方法為合金配料時(shí)鈦元素以銅鈦中間合金的形式加入，銅鈦中間合金中鈦的重量含量為 10-31%，余量為銅；所述鋅合金中剩余的銅量用純銅補(bǔ)齊；鉍和鋅根據(jù)合金元素的含量， 采用純金屬的形式加入；合金的熔鑄工藝采用工頻爐、中頻爐、或反射爐熔煉，熔鑄后采用連續(xù)鑄造或硬模鑄造的方法制成鑄坯；熱擠壓的溫度為180°C -400°C，最后經(jīng)過冷拉加工制成各種規(guī)格的棒、線、型材產(chǎn)品。得到的產(chǎn)品可應(yīng)用于自動(dòng)車床、鉆床和儀表車床等領(lǐng)域。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明所提供的合金配方通過銅元素的添加，使其與鋅形成金屬間化合物，提高可合金強(qiáng)度，合理的成分設(shè)計(jì)，采用塑性加工的方法細(xì)化了鋅基合金的組織與結(jié)構(gòu)，改善了鋅基合金的脆性。通過鉍元素的添加使其分布于晶界，在高速切削時(shí)起到斷屑的作用。本發(fā)明所提供的合金配方，具有無鉛，無鎘，環(huán)保特性好，無磁、無火花放電、防電磁干預(yù)等特性，其切削性能和效率與鉛黃銅棒材接近，可以實(shí)現(xiàn)無冷卻或潤滑條件下的干式切削加工，可作為一些鉛黃銅合金棒材的替代品，實(shí)現(xiàn)了變形鋅合金無冷卻液的干式鉆孔、車削等機(jī)械加工，變形鋅合金的切削效率和加工性得到很大的改善，適合采用儀表車床、自動(dòng)車床和數(shù)控車床加工。而本發(fā)明中鋅合金的制備方法中合金的熔煉采用傳統(tǒng)的感應(yīng)加熱的方法，用硬?；蜻B續(xù)鑄造的方法制成胚料。然后采用熱擠壓的方法制成所需的棒材、管材或型材坯料，最后使用冷加工的方法制成各種規(guī)格的棒材、管材或型材成品，具有切削性能好，易于加工， 容易電鍍，機(jī)械性能適中等特點(diǎn)。
具體實(shí)施例方式以下結(jié)合實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)描述。實(shí)施例1該鋅合金的重量組成如下
Cu10.00%
Bi0.100%
Ti0.001%
不可避免雜質(zhì) <0.01%
Zn余量。合金配料時(shí)鈦元素以銅鈦中間合金的形式加入，銅鈦中間合金中鈦的重量含量為 30%，余量為銅；所述鋅合金中剩余的銅量用純銅補(bǔ)齊；鉍和鋅根據(jù)合金元素的含量，采用純金屬的形式加入。合金的熔鑄工藝采用工頻爐，采用半連鑄的方法制成直徑170毫米的母合金胚料，在380°C的溫度下熱擠壓成棒材胚料，用聯(lián)合拉拔的方法制成所需直徑的棒材。棒材成品的抗拉強(qiáng)度為385MPa，延伸率為12%，硬度為Hv = 110。采用凸輪式自動(dòng)車床鉆孔將棒材成品加工成零件，切屑易碎，效率能達(dá)到C3604 鉛黃銅棒的90%。零件表面可進(jìn)行鍍鎳、鍍鉻、鍍錫等表面處理。實(shí)施例2該鋅合金的重量組成如下
Cu0.50%
Bi3.5%
Ti0.05%
不可避免雜質(zhì)彡0.01%
粹余里O合金配料時(shí)鈦元素以銅鈦中間合金的形式加入，銅鈦中間合金中鈦的重量含量為 25%，余量為銅；所述鋅合金中剩余的銅量用純銅補(bǔ)齊；鉍和鋅根據(jù)合金元素的含量，采用純金屬的形式加入。采用感應(yīng)加熱的方法熔煉合金，用硬模鑄造的方法制成合金鑄錠。在240°C的溫度下擠壓成棒材坯料，用履帶式拉床制成鋅合金棒材，經(jīng)過拋光矯直后，在數(shù)控機(jī)床上加工電子廣品。棒材產(chǎn)品的抗拉強(qiáng)度285Mpa，延伸率15%。硬度Hv = 93。同樣規(guī)格的零件，數(shù)控機(jī)床加工效率能達(dá)到C3604鉛黃銅棒材的85%。零件表面可以進(jìn)行鍍鎳、鍍鉻、鍍錫等表面處理。實(shí)施例3該鋅合金的重量組成如下Cu4.00%
Bi0.50%
Ti0.1%
不可避免雜質(zhì)^0.01%
鋅余量。合金配料時(shí)鈦元素以銅鈦中間合金的形式加入，銅鈦中間合金中鈦的重量含量為 31%，余量為銅；所述鋅合金中剩余的銅量用純銅補(bǔ)齊；鉍和鋅根據(jù)合金元素的含量，采用純金屬的形式加入。使用感應(yīng)加熱的方法熔煉，用硬模鑄造的方法得到母合金鑄錠，在180°C的條件下擠壓成合金棒材的胚料，經(jīng)過多模拉絲機(jī)至成品前尺寸，再經(jīng)過聯(lián)合拉拔的減徑、較直、拋光到成品。在凸輪機(jī)型自動(dòng)車床干式加工，加工效率可達(dá)同樣規(guī)格C3604鉛黃銅的85%。其與C3604鉛黃銅和ZAMAK3# (Zn-4Al-lCu)的切削性能比較見表1。實(shí)施例4該鋅合金的重量組成如下
Cu5.00%
Bi1.00%
Ti0.03%
不可避免雜質(zhì) ^0.01%
鋅余量。合金配料時(shí)鈦元素以銅鈦中間合金的形式加入，銅鈦中間合金中鈦的重量含量為 25%，余量為銅；所述鋅合金中剩余的銅量用純銅補(bǔ)齊；鉍和鋅根據(jù)合金元素的含量，采用純金屬的形式加入。合金的熔鑄工藝采用中頻爐熔煉，使用連續(xù)鑄造的冶金方法制成母合金鑄錠坯料，經(jīng)過240°C的擠壓制成42mmX15mm異型材。型材的抗拉強(qiáng)度為340MPa，延伸率為15%。 硬度Hv = 97。下料后使用專用鉆床加工，Φ 3mm的孔深度達(dá)20mm，可以連續(xù)鉆孔20個(gè)以上而不需要冷卻，制成掛鎖鎖體零件成品，生產(chǎn)效率可達(dá)到C3604鉛黃銅棒材的90%。鎖體零件表面可以進(jìn)行鍍鎳、鍍鉻、鍍錫等表面處理。實(shí)施例5該鋅合金的重量組成如下
Cu0.500%
Bi0.200%
Ti0.005%
不可避免雜質(zhì)^0.01%
Zn余量。合金配料時(shí)鈦元素以銅鈦中間合金的形式加入，銅鈦中間合金中鈦的重量含量為
630%，余量為銅；所述鋅合金中剩余的銅量用純銅補(bǔ)齊；鉍和鋅根據(jù)合金元素的含量，采用純金屬的形式加入。合金的熔鑄工藝采用反射爐熔煉，采用半連鑄的方法制成直徑135毫米的母合金胚料，在360°C的溫度下熱擠壓成棒材胚料，用聯(lián)合拉拔的方法制成所需直徑的棒材。棒材成品的抗拉強(qiáng)度為205MPa，延伸率為12%，硬度為Hv = 60。采用凸輪式自動(dòng)車床鉆孔將棒材成品加工成電子接插件零件，切屑易碎，效率能達(dá)到C3604鉛黃銅棒的80%。零件表面可進(jìn)行鍍鎳、鍍鉻、鍍錫等表面處理。實(shí)施例6該鋅合金的重量組成如下
Cu0.800%
Bi0.300%
Ti0.01%
不可避免雜質(zhì)實(shí)0.01% Zn余量。合金配料時(shí)鈦元素以銅鈦中間合金的形式加入，銅鈦中間合金中鈦的重量含量為 30%，余量為銅；所述鋅合金中剩余的銅量用純銅補(bǔ)齊；鉍和鋅根據(jù)合金元素的含量，采用純金屬的形式加入。合金的熔鑄工藝采用反射爐熔煉，采用水平連鑄的方法制成直徑175毫米的母合金胚料，在340°C的溫度下熱擠壓成棒材胚料，用聯(lián)合拉拔的方法制成所需直徑的棒材。棒材成品的抗拉強(qiáng)度為245MPa，延伸率為10%，硬度為Hv = 77。采用凸輪式自動(dòng)車床鉆孔將棒材成品加工成音頻信號(hào)連接零件，切屑易碎，效率能達(dá)到C3604鉛黃銅棒的85%。零件表面可進(jìn)行鍍鎳、鍍鉻、鍍錫等表面處理。實(shí)施例7該鋅合金的重量組成如下Cu1.200%
Bi0.700%
Ti0.080%
不可避免雜質(zhì) ^0.01% Zn余量。合金配料時(shí)鈦元素以銅鈦中間合金的形式加入，銅鈦中間合金中鈦的重量含量為 10%，余量為銅；所述鋅合金中剩余的銅量用純銅補(bǔ)齊；鉍和鋅根據(jù)合金元素的含量，采用純金屬的形式加入。合金采用中頻爐熔煉，采用鋼模鑄造的方法制成直徑170毫米的母合金胚料，在 370°C的溫度下熱擠壓成棒材胚料，用聯(lián)合拉拔的方法制成所需直徑的棒材。棒材成品的抗拉強(qiáng)度為275MPa，延伸率為10%，硬度為Hv = 91。采用凸輪式自動(dòng)車床鉆孔將棒材成品加工成視頻信號(hào)連接零件，切屑易碎，效率能達(dá)到C3604鉛黃銅棒的90%。零件表面可進(jìn)行鍍鎳、鍍鉻、鍍錫等表面處理。
實(shí)施例8該鋅合金的重量組成如下
權(quán)利要求
1.一種易切削的鋅銅基變形鋅合金，其特征在于該鋅合金的重量組成如下銅0.5-10%鉍0.1-3.5%鈦0.001-0.1%不可避免雜質(zhì)彡0.01% 鋅余量
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的易切削的鋅銅基變形鋅合金，其特征在于該鋅合金的重量組成為銅2-6%鉍0.1-1.2%鈦0.01-0.08%不可避免雜質(zhì) <0.01% Zn余量
3.—種如權(quán)利要求1所述的易切削的鋅銅基變形鋅合金的制備方法，其特征在于包括下述步驟合金配料時(shí)鈦元素以銅鈦中間合金的形式加入，銅鈦中間合金中鈦的重量含量為 10-31%，余量為銅；所述鋅合金中剩余的銅量用純銅補(bǔ)齊；鉍和鋅根據(jù)合金元素的含量， 采用純金屬的形式加入；合金的熔鑄工藝采用工頻爐、中頻爐、或反射爐熔煉，熔鑄后采用連續(xù)鑄造或硬模鑄造的方法制成鑄坯；熱擠壓的溫度為180°C -400°C，最后經(jīng)過冷拉加工制成各種規(guī)格的棒、 線、型材產(chǎn)品。
全文摘要
本發(fā)明涉及到一種易切削的鋅銅基變形鋅合金及其制備方法，其特征在于該鋅合金的重量組成如下合金的熔鑄工藝采用工頻爐、中頻爐、或反射爐熔煉，熔鑄后采用連續(xù)鑄造或硬模鑄造的方法制成鑄坯；熱擠壓的溫度為180℃-400℃，最后經(jīng)過冷拉加工制成各種規(guī)格的棒、線、型材產(chǎn)品。得到的產(chǎn)品可應(yīng)用于自動(dòng)車床、鉆床和儀表車床等領(lǐng)域。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明所提供的合金切削性能好，易于加工，容易電鍍，機(jī)械性能適中等特點(diǎn)。
文檔編號(hào)C22C18/02GK102162047SQ20111007623
公開日2011年8月24日 申請日期2011年3月24日 優(yōu)先權(quán)日2011年3月24日
發(fā)明者孫文聲, 張明, 張錦林, 董樂軍, 謝全文 申請人:寧波博威合金材料股份有限公司