專利名稱：一種適合鍛造用環(huán)保硅錫黃銅及其制造方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種硅錫黃銅及其制造方法，特別涉及一種適合鍛造用環(huán)保硅錫黃銅及其制造方法。
背景技術：
黃銅具有美觀的外表和優(yōu)異的性能，在儀器儀表、電子電氣、日用五金、水暖閥門等領域中大量應用，其中尤以HP1359-1生產、應用量最大。目前鍛造用黃銅大多含鋅為35 45 wt%，屬于α+β雙相黃銅。這類黃銅在高溫下塑性極好，因此適合于熱鍛加工。為了改善鍛造后機加工和切削性能，在這種黃銅中加入少量鉛(約0. 8 3. 5%)，從而為加工形狀復雜的日用品和水暖閥門零部件帶來了便利。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，對黃銅中鉛的危害越來越重視，更引起了許多發(fā)達國家的密切關注。他們已經或正在制訂相關法令、法規(guī)控制工業(yè)產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品必須達到環(huán)保標準。美國的管道類產品法令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、水龍頭等產品都必須達到新的無鉛化標準。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環(huán)?？慑扅S銅的研究。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，從而使產品達到安全環(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。 如海亮集團公開的《含硅無鉛易切削黃銅合金》，專利申請?zhí)枮?00410089150. 0，其成分為 銅80 84wt%,硅2. 5 5. 0wt%,砷0. 02 0. 10%,余量為鋅及總量不大于0. 05wt%的雜質。再如浙江天申銅業(yè)公開的《一種無鉛環(huán)保的硅黃銅合金棒或合金錠及其制備方法》， 專利申請?zhí)?20091005；3431. 3，其成分為銅60_70wt%，硅0. 7-3. 0wt%，鋁;^ 0. 15wt%,鉛彡0. 25wt%，鐵彡0. 5wt%，錫彡0. 3wt%，磷彡0. lwt%，鎳彡0. 2wt%，銻彡0. 25wt%，余量為鋅和不可避免的雜質。上述環(huán)保合金都是以硅代替鉛，達到環(huán)保、可鍛的目的。但是它們的缺點在于第 1個專利銅含量太高，原材料成本也較高，客戶難以接受；第2個專利切削性能不佳，工件發(fā)熱量大，刀具磨損嚴重?；谏鲜隼碛?，這兩種材料的應用和發(fā)展?jié)摿艿街萍s。因此研制一種原材料廉價、易得，并且適合于鍛造用的環(huán)保易切削黃銅是非常迫切的需求。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的是針對上述技術現(xiàn)狀而提供一種適合于鍛造用，具有良好加工性能和切削性能的環(huán)保黃銅及其制造方法。
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本發(fā)明的技術方案是
一種適合鍛造用環(huán)保硅錫黃銅，其組成含量為66 72wt%銅、0.4 3.0 wt%硅、 0.03 1.0 wt%錫、0. 001 0. 1 丨％鈦，鉛彡0. 2wt%，余量為鋅以及不可避免雜質，不可避免雜質總量不大于0. 2wt%。作為改進，鍛造用環(huán)保硅錫黃銅組成含量可優(yōu)選為68 72wt%銅、1. 5 2. 6wt% 硅、0. 2 0. 6 wt%錫、0. 001 0. 01 wt。/c^i，鉛彡0. 2wt%，余量為鋅以及不可避免雜質，不可避免雜質總量不大于0. 2wt%。一種適合鍛造用環(huán)保硅錫黃銅的制造方法，首先制備銅硅、銅鈦中間合金；然后將電解銅、銅硅中間合金、電解鋅、錫錠依次加入感應電爐內熔煉，熔煉溫度為1080 1150°C，待全部金屬熔化后，加入銅鈦中間合金，保溫5—30分鐘；進行銅合金錠澆鑄，澆鑄溫度1100 1050°C ；然后將銅合金鑄錠加熱到650 750°C進行熱擠壓；擠壓后的半成品在400 700°C下進行均勻化退火；退火后經酸洗、拉伸、矯直、去應力退火后成為成品。作為改進，所述加入銅鈦合金后，銅液保溫時間在5 —10分鐘之內澆鑄。再改進，所述擠壓后的半成品均勻化退火溫度在450 550°C之間。本發(fā)明的鍛造用環(huán)保硅錫黃銅的成分含量范圍根據下述理由確定
銅環(huán)保硅錫黃銅的銅含量是66 72wt%。銅含量低于66wt%時，冷加工性能差，拉拔過程中容易斷裂，成品率低，而且產品抗脫鋅性能較差。銅含量高于72wt%時，β相含量低， 熱加工性能和切削性能不佳，而且制造成本增高。硅硅的作用是與銅形成富硅的Y相組織。這種組織脆而不硬，在切削加工時成為斷屑的質點，提高材料的切削性能。同時，硅的鋅當量系數高，熱加工時能大大提高材料的塑性。硅含量大于3.0wt%時，富硅的γ相組織數量過多，惡化材料的加工性能，特別是冷加工性能，降低延伸率；硅含量小于0. 時，無法形成富硅的、相組織，材料的切削性能大大降低，無法滿足機加工要求。錫錫的作用是提高材料的切削性能和抗脫鋅腐蝕性能。錫在材料中以軟質點形式存在，在切削加工中，其斷屑和潤滑刀具的作用，并且能提高材料的強度和硬度。錫含量高于1. 0wt%時，材料的強度和硬度過高，機加工的刀具磨損快，而且材料成本升高；錫含量低于0. 03wt%時，不能起到提高切削性能的作用。鈦鈦的作用是細化晶粒，脫氧。鈦熔點較高，在銅液中作為晶核，可以大大增加形核率，從而促進晶粒細化，而且鈦容易與氧結合，從而減少銅液中的氧含量。當鈦高于 0. 01wt%時，晶粒細化作用增加不大，而且容易造成硬質點，導致切削加工時打刀；當鈦低于0. 001wt%時，晶粒細化作用不明顯。本發(fā)明通過用硅替代鉛來提高合金的切削性能和鍛造性能，用錫來提高合金的切削性能和抗脫鋅腐蝕性能，用鈦來細化晶粒。本發(fā)明與鉛黃銅相比，含鉛微量，盡可能消除鉛在生產和使用過程中對人體和環(huán)境的危害。本發(fā)明與現(xiàn)有含硅環(huán)保黃銅相比，切削性能顯著提高，而且成本較低。并且本合金化學組份簡單，易于回收和再生利用。本合金生產工藝簡單，可利用現(xiàn)有鉛黃銅的生產設備制造，不需要增加新的設備。
具體實施例方式以下結合實施例對本發(fā)明做詳細說明。
首先制備銅硅和銅鈦中間合金。銅硅中間合金的制備方法為按硅為16-20 wt% 其余為銅和不可避免雜質的配比，在1200 1250°C范圍內熔化銅和硅，在1180 1230°C 澆鑄成銅硅中間合金的長方形鑄錠，將此鑄錠破碎呈塊狀備用。銅鈦中間合金的制備方法為將海綿鈦研磨成粒狀，按鈦為5-10襯％其余為銅和不可避免雜質的配比，在1250 1350°C范圍內熔化銅和鈦，在1200 1250°C澆鑄成銅鈦中間合金的長方形鑄錠，將此鑄錠破碎呈塊狀備用。硅錫黃銅合金的制備方法為按66 72wt%銅、0. 4 3. 0 wt%硅、0. 03 1. 0 wt%錫、0. 001 0. 1 丨％鈦，鉛彡0. 2wt%，余量為鋅以及不可避免雜質總量不大于0. 2wt% 的成分配比；將電解銅、銅硅中間合金、電解鋅、錫錠依次加入感應電爐內熔煉，熔煉溫度為 1080 1150°C，待全部金屬熔化后，將溫度提高至1200°C以上，噴火去雜質；噴火完畢，加入銅鈦中間合金，保溫5—30分鐘；進行銅合金錠澆鑄，澆鑄溫度1100 1050°C，然后將銅合金鑄錠加熱到650 750°C進行熱擠壓；擠壓后的半成品在400 700°C下進行均勻化退火；退火后經酸洗、拉伸、矯直、去應力退火后成為成品。本發(fā)明制備的黃銅合金鑄錠與比較例化學成分如表1所示。比較例合金選取C69300黃銅(比較例l)、HSi80_3牌號黃銅(比較例2)和HPb62_3 牌號黃銅(比較例3)。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
1.一種適合鍛造用環(huán)保硅錫黃銅，其特征在于，硅錫黃銅合金組成含量為66 72wt% 銅、0. 4 3. 0 wt% 硅、0. 03 1. 0 wt% 錫、0. 001 0. 10. 2wt%，余量為鋅以及不可避免雜質，不可避免雜質總量不大于0. 2wt%。
2.根據權利要求1所述的一種適合鍛造用環(huán)保硅錫黃銅合金，其特征在于硅錫黃銅合金組成含量為68 72wt%銅、1. 5 2. 6wt%硅、0. 2 0. 6 wt%錫、0. 001 0. 01 wt%鈦， 鉛< 0. 2wt%，余量為鋅以及不可避免雜質，不可避免雜質總量不大于0. 2wt%。
3.根據權利要求1所述的一種適合鍛造用環(huán)保硅錫黃銅的制造方法，其特征包括以下步驟a)、首先制備銅硅、銅鈦中間合金；b)、然后將電解銅、銅硅中間合金、電解鋅、錫錠依次加入感應電爐內熔煉，熔煉溫度為 1080 1150°C，待全部金屬熔化后，加入銅鈦中間合金，保溫5—30分鐘；c)、然后進行銅合金錠澆鑄，澆鑄溫度1100 1050°C;然后將銅合金鑄錠加熱到650 750°C進行熱擠壓；d)、將經過擠壓后的半成品在400 700°C下進行均勻化退火；e)、退火后經酸洗、拉伸、矯直、去應力退火后成為成品。
4.根據權利要求3所述的一種適合鍛造用環(huán)保硅錫黃銅合金的制造方法，其特征在于所述銅硅中間合金的制備方法為按硅為16-20襯％其余為銅和不可避免雜質的配比，在 1200 1250°C范圍內熔化銅和硅，在1180 1230°C澆鑄成銅硅中間合金的長方形鑄錠，將此鑄錠破碎呈塊狀備用。
5.根據權利要求3所述的一種適合鍛造用環(huán)保硅錫黃銅合金的制造方法，其特征在于所述的銅鈦中間合金的制備方法為將海綿鈦研磨成粒狀，按鈦為5-10 wt%其余為銅和不可避免雜質的配比，在1250 1350°C范圍內熔化銅和鈦，在1200 1250°C澆鑄成銅鈦中間合金的長方形鑄錠，將此鑄錠破碎呈塊狀備用。
6.根據權利要求3所述的一種適合鍛造用環(huán)保硅錫黃銅合金的制造方法，其特征在于所述步驟(b)還包括全部金屬熔化后，將溫度提高至1200°C以上，噴火去雜質。
7.根據權利要求3所述的一種適合鍛造用環(huán)保硅錫黃銅合金的制造方法，其特征在于所述步驟(d)的擠壓后的半成品均勻化退火溫度在450 550°C之間。
全文摘要
一種適合鍛造用環(huán)保硅錫黃銅，其組成含量為66～72wt%銅、0.4～3.0wt%硅、0.03～1.0wt%錫、0.001～0.1wt%鈦，鉛≤0.2wt%，余量為鋅以及不可避免雜質，不可避免雜質總量不大于0.2wt%。制造方法為，首先制備銅硅、銅鈦中間合金，然后將電解銅、銅硅中間合金、電解鋅、錫錠依次加入感應電爐內熔煉，待全部金屬熔化后，加入銅鈦中間合金，之后進行銅合金錠澆鑄。銅合金鑄錠加熱到650～750℃進行熱擠壓；擠壓后的半成品進行均勻化退火，然后經酸洗、拉伸、矯直、去應力退火后成為成品。通過用硅替代鉛來提高合金的切削性能和鍛造性能，用錫來提高合金的切削性能和抗脫鋅腐蝕性能，用鈦來細化晶粒。比較實驗表明，本發(fā)明合金鍛造性能、切削性能和抗脫鋅腐蝕性能更好。
文檔編號C22C9/04GK102286674SQ201110249679
公開日2011年12月21日 申請日期2011年8月29日 優(yōu)先權日2011年8月29日
發(fā)明者丁家圓, 巢國輝, 洪燮平, 王永如 申請人:寧波金田銅業(yè)(集團)股份有限公司