本發(fā)明屬于金屬材料制作領(lǐng)域，具體涉及一種無鉛耐腐蝕易切削黃銅合金及其制作方法。
背景技術(shù)：
鉛黃銅擁有良好的耐蝕性能，以及極其優(yōu)良的易切削性能和加工性能，更為重要的一點是，其價格要比一般的銅合金便宜不少，成本較低，且制作工序簡單。因此鉛黃銅長期以來都是作為最經(jīng)濟實用的合金而被廣泛應(yīng)用在電子電器、家電、飲用水器件、航天航空、機械、汽車、儀表、五金等領(lǐng)域。鉛幾乎不固溶于黃銅合金中，主要以獨立相存在于cu-zn固溶體的晶界處。大量游離的鉛質(zhì)點彌散分布在黃銅基體中，且鉛質(zhì)軟，在加工過程中產(chǎn)生融化現(xiàn)象，起到了潤滑作用，使切屑易碎，工件制品表面光潔。因此鉛黃銅具有易切削、易加工等優(yōu)良特性。
但是，鉛對人體有害。不但廢棄的鉛黃銅元件對土壤和水資源的污染引起人們的廣泛關(guān)注，其在熔煉、加工過程中，鉛蒸汽和粉塵對環(huán)境和人體的危害也越來越引起人們的注意。因此，一些無鉛易切削黃銅已經(jīng)被開發(fā)，并逐步投入商業(yè)應(yīng)用中。但是這些無鉛黃銅可能局限于一些稀缺資源、或者工藝復雜、成本較高等因素，而未能大規(guī)模生產(chǎn)。
技術(shù)實現(xiàn)要素：
本發(fā)明的目的在于：提供一種具有優(yōu)良的機械性能、耐腐蝕性能及切削性能的黃銅合金及其制作方法，以取代傳統(tǒng)鉛黃銅。
為了實現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：
一種無鉛耐腐蝕易切削黃銅合金，由以下重量百分比的原料制成：鋅30～38％、鉍0.2～3.5％、錳1.5～2.5％、硅1.5～3.5％、稀土元素0.1～0.4％、雜質(zhì)≤0.1％、銅余量。
進一步地，一種無鉛耐腐蝕易切削黃銅合金的制作方法，具體步驟如下：
(1)原料的選擇
以純銅、cu-zn中間合金、cu-si中間合金，cu-mn中間合金、cu-bi中間合金、cu-re中間合金為原料；其中，cu-zn中間合金中zn質(zhì)量分數(shù)為50％、cu-si中間合金中si質(zhì)量分數(shù)為20％、cu-mn中間合金中mn質(zhì)量分數(shù)為20％、cu-bi中間合金中bi質(zhì)量分數(shù)為20％、cu-re中間合金中re質(zhì)量分數(shù)為10％；
(2)配料
以cu-zn中間合金、cu-si中間合金，cu-mn中間合金、cu-bi中間合金、cu-re中間合金以及純銅為原料，在配料時查詢在熔煉最高溫度時各種元素的蒸汽壓，并由此確定各個元素的燒損率，繼而確定上述原料之間的質(zhì)量關(guān)系；
(3)熔煉
配料完成后，進行合金的熔煉，熔鑄采用的是高頻感應(yīng)加熱爐，首先把cu-mn中間合金、cu-si中間合金、純銅放入爐內(nèi)加熱至1200℃使其熔化，然后放入0.5cm層厚的鱗片石墨作為覆蓋劑，然后依次添加cu-re中間合金、cu-bi中間合金、cu-zn中間合金，同時慢慢降低溫度，降低至1100℃；待全部熔化后溫度保持在900～950℃之間并持續(xù)15～20分鐘，期間進行攪拌、扒渣；
(4)連鑄連擠或連鑄連軋
澆鑄過程在工業(yè)上進行連鑄連擠或連鑄連軋，即在鑄錠剛剛凝固時，此時鑄錠溫度為800～850℃，與已經(jīng)預(yù)熱到450～550℃的模具，同時放入連續(xù)擠壓機下進行熱擠壓，最后去除材料表面氧化皮，即得到最終成品。
本發(fā)明的有益效果是：
本發(fā)明主要采用多元微合金化提高黃銅各種性能，如耐腐蝕性能、機械性能、切削性能等。具體為：通過硅元素提高合金的耐蝕性能；鉍元素提高切削性能；錳的加入可以提高機械性能及耐腐蝕性能；稀土元素的作用較多，可以起到除氣、除雜、細化晶粒、凈化晶界等作用。若單獨上述各種元素進行強化時，其強化能力較弱，不能得到綜合性能優(yōu)異的黃銅合金，而一起添加時，能起到1+1＞2的性能提升作用，具體優(yōu)點體現(xiàn)如下：
1.本發(fā)明所制黃銅合金的硬度較高(顯微硬度為150～155hv)，而普通鉛黃銅的硬度為110～150hv；所制黃銅合金的抗拉強度大于500mpa，延伸率大于20％。
2.本發(fā)明所制黃銅合金的切屑形貌、大小與傳統(tǒng)鉛黃銅相似，切削性能優(yōu)良，在切削性能上可以取代鉛黃銅。
3.本發(fā)明所制黃銅合金的耐蝕性能優(yōu)于傳統(tǒng)鉛黃銅，在脫鋅腐蝕試驗中所制合金的脫鋅層厚度為100～160μm(脫鋅層厚度測試采用iso6509-1981標準)，遠低于鉛黃銅350～400μm的脫鋅層厚度。
具體實施方法
實施例1：
原料的選擇：以純銅、cu-zn中間合金、cu-si中間合金，cu-mn中間合金、cu-bi中間合金、cu-re中間合金為原料，這些原料直接從市場上購買；其中，cu-zn中間合金中zn質(zhì)量分數(shù)為50％、cu-si中間合金中si質(zhì)量分數(shù)為20％、cu-mn中間合金中mn質(zhì)量分數(shù)為20％、cu-bi中間合金中bi質(zhì)量分數(shù)為20％、cu-re中間合金中re質(zhì)量分數(shù)為10％；
配料：50gcu-si中間合金，56gcu-mn中間合金，25gcu-bi中間合金，5gcu-re中間合金，600gcu-zn中間合金，420g純銅；
熔鑄、熱加工過程為：首先把cu-mn中間合金、cu-si中間合金，純銅放入爐內(nèi)加熱至1200℃使其熔化，然后放入0.5cm層厚的鱗片石墨作為覆蓋劑，然后依次添加cu-re中間合金、cu-bi中間合金、cu-si中間合金、cu-zn中間合金(加入時zn會沸騰，有著除氣的作用，最好需要多加覆蓋劑以保證zn不會燒損過多，即加入zn時還要加入大于0.5cm厚層的覆蓋劑)，同時慢慢降低溫度，降低至1100℃左右。待全部熔化后溫度保持在900～950℃之間并持續(xù)一段時間并持續(xù)保溫15～20分鐘，期間進行攪拌、扒渣。繼而進行澆鑄，待鑄錠剛剛凝固時(此時溫度大概為800～850℃)，與已經(jīng)預(yù)熱到450～550℃的模具(使鑄錠溫度不會降低過快)同時放入連續(xù)擠壓機下進行熱擠壓，進行連鑄連擠。最后去除材料表面氧化皮，即得到最終成品。
最終得到的黃銅成品成分為：鋅(zn)29.1％，硅(si)1.5％，鉍(bi)0.4％，錳(mn)1.6％，稀土鑭(la)0.1％，銅(cu)余量。
最終黃銅成品的性能為：硬度151hv，抗拉強度510mpa，延伸率20％，切削性能為鉛黃銅hpb59-1的95％，脫鋅層厚度110μm(其中脫鋅層厚度測試采用iso6509-1981標準)。
實施例2：
原料的選擇：以純銅、cu-zn中間合金、cu-si中間合金，cu-mn中間合金、cu-bi中間合金、cu-re中間合金為原料，這些原料直接從市場上購買；其中，cu-zn中間合金中zn質(zhì)量分數(shù)為50％、cu-si中間合金中si質(zhì)量分數(shù)為20％、cu-mn中間合金中mn質(zhì)量分數(shù)為20％、cu-bi中間合金中bi質(zhì)量分數(shù)為20％、cu-re中間合金中re質(zhì)量分數(shù)為10％；
配料：80gcu-si中間合金，66gcu-mn中間合金，50gcu-bi中間合金，10gcu-re中間合金，650gcu-zn中間合金，265g純銅；
熔鑄、熱加工過程為：首先把cu-mn中間合金、cu-si中間合金，純銅放入爐內(nèi)加熱至1200℃使其熔化，然后放入0.5cm層厚的鱗片石墨作為覆蓋劑，然后依次添加cu-re中間合金、cu-bi中間合金、cu-si中間合金、cu-zn中間合金(加入時zn會沸騰，有著除氣的作用，最好需要多加覆蓋劑以保證zn不會燒損過多，即加入zn時還要加入大于0.5cm厚層的覆蓋劑)，同時慢慢降低溫度，降低至1100℃左右。待全部熔化后溫度保持在900～950℃之間并持續(xù)一段時間并持續(xù)保溫15～20分鐘，期間進行攪拌、扒渣。繼而進行澆鑄，待鑄錠剛剛凝固時(此時溫度大概為800～850℃)，與已經(jīng)預(yù)熱到450～550℃的模具(使鑄錠溫度不會降低過快)同時放入連續(xù)擠壓機下進行熱擠壓，進行連鑄連擠。最后去除材料表面氧化皮，即得到最終成品。
最終得到的黃銅成品成分為：鋅(zn)32.3％，鉍(bi)1.1％，硅(si)2.4％，錳(mn)1.9％，稀土鑭(la)0.2％，銅(cu)余量。
最終黃銅成品的性能為：硬度153hv，抗拉強度532mpa，延伸率23％，切削性能為鉛黃銅hpb59-1的105％，脫鋅層厚度128μm。
實施例3：
原料的選擇：以純銅、cu-zn中間合金、cu-si中間合金，cu-mn中間合金、cu-bi中間合金、cu-re中間合金為原料，這些原料直接從市場上購買；其中，cu-zn中間合金中zn質(zhì)量分數(shù)為50％、cu-si中間合金中si質(zhì)量分數(shù)為20％、cu-mn中間合金中mn質(zhì)量分數(shù)為20％、cu-bi中間合金中bi質(zhì)量分數(shù)為20％、cu-re中間合金中re質(zhì)量分數(shù)為10％；
配料：150gcu-si中間合金，96gcu-mn中間合金，85gcu-bi中間合金，15gcu-re中間合金，700gcu-zn中間合金，110g純銅；
熔鑄、熱加工過程為：首先把cu-mn中間合金、cu-si中間合金，純銅放入爐內(nèi)加熱至1200℃使其熔化，然后放入0.5cm層厚的鱗片石墨作為覆蓋劑，然后依次添加cu-re中間合金、cu-bi中間合金、cu-si中間合金、cu-zn中間合金(加入時zn會沸騰，有著除氣的作用，最好需要多加覆蓋劑以保證zn不會燒損過多，即加入zn時還要加入大于0.5cm厚層的覆蓋劑)，同時慢慢降低溫度，降低至1100℃左右。待全部熔化后溫度保持在900～950℃之間并持續(xù)一段時間并持續(xù)保溫15～20分鐘，期間進行攪拌、扒渣。繼而進行澆鑄，待鑄錠剛剛凝固時(此時溫度大概為800～850℃)，與已經(jīng)預(yù)熱到450～550℃的模具(使鑄錠溫度不會降低過快)同時放入連續(xù)擠壓機下進行熱擠壓，進行連鑄連擠。最后去除材料表面氧化皮，即得到最終成品。
最終得到的黃銅成品成分為：鋅(zn)35.2％，鉍(bi)1.5％，錳(mn)2.2％，硅(si)3.5％，稀土鑭(la)0.3％，銅(cu)余量。
最終黃銅成品的性能為：硬度153hv，抗拉強度445mpa，延伸率21％，切削性能為鉛黃銅hpb59-1的100％，脫鋅層厚度125μm。