可回收性和耐腐蝕性優(yōu)異的黃銅合金的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種黃銅合金，特別是涉及用作供水設(shè)備如閥、接頭（coupling)等的 合金材料，且可回收性和耐腐蝕性優(yōu)異的黃銅合金。
【背景技術(shù)】
[0002] 近年來，當(dāng)供水設(shè)備如用于水管的閥、接頭等由黃銅合金制得時(shí)，例如，一種無鉛 黃銅合金主要用來防止作為毒性金屬的鉛的洗脫，和其中包含作為鉛的替代的其它成分以 確保諸如可切削性、耐腐蝕性等的性能。在這種情況下，作為主要用于供水設(shè)備的無鉛黃銅 合金，在實(shí)踐中使用的主要是3種合金：含有作為易切削添加劑的Bi的鉍-基合金，含有作 為易切削添加劑的Si的硅-基合金和不含易切削添加劑且主要由銅和鋅組成的40/60黃 銅合金（下文稱為40/60黃銅合金）。
[0003] 作為鉍-基無鉛黃銅合金，例如，在專利文件1中有關(guān)于用于鍛造的無鉛黃銅材料 的提議。在這種黃銅材料中，通過包含作為鉛的替代的Bi來改善可切削性。此外，專利文 件2提出用于水管的閘門閥的閥，其中通過使用含有Bi的黃銅合金抑制鉛的洗脫。
[0004] 作為硅-基無鉛黃銅合金，例如，提出了在專利文件3和專利文件4中描述的易切 削銅合金。在這些銅合金中，包含了Si同時(shí)防止在銅中包含鉛，試圖獲得滿意的可切削性。
[0005] 現(xiàn)有技術(shù)文件 專利文件 專利文件 1:JP2005-105405A專利文件2 :日本專利號(hào)4225540 專利文件3 :日本專利號(hào)3734372 專利文件4 :日本專利號(hào)3917304。
[0006]發(fā)明概述 本發(fā)明要解決的問題 然而，當(dāng)在含鉛黃銅中混合易切削添加劑如Bi、Si等時(shí)，各種缺陷發(fā)生，因此，其含量 受到嚴(yán)格控制。例如，Si通常被稱為禁忌元素，應(yīng)小心注意在生產(chǎn)過程中的污染，此外， 在同一設(shè)備中的生產(chǎn)是非常困難的。此外對(duì)于Bi，其控制標(biāo)準(zhǔn)是嚴(yán)格的，并從中溫脆變 (intermediatetemperatureembrittlement)問題的觀點(diǎn)來看，使Pb混合到祕(mì)-基無鉛黃 銅中比使Bi混合到含鉛黃銅中會(huì)變得更嚴(yán)重。
[0007] 出于這些理由，通過混合易切削添加劑（如Bi、Si等）制備的合金在可回收性方 面是成問題的。結(jié)果，含有Bi和Si的銅合金在離開回收系統(tǒng)后，因價(jià)格明顯比原價(jià)便宜， 有時(shí)由冶煉廠等接受，這在某些情況下由于回收困難而在產(chǎn)品價(jià)格方面得到反映。
[0008] 相比之下，在無鉛黃銅合金中，40/60黃銅合金的回收相對(duì)容易，因?yàn)椴话珺i和 Si，然而，問題在于耐腐蝕性。一般來說，黃銅的耐腐蝕性問題包括應(yīng)力腐蝕裂紋抗性和耐 脫鋅腐蝕性，且在其中特別是應(yīng)力腐蝕裂紋抗性在無鉛黃銅中是有問題的，并且往往低于 含鉛黃銅的應(yīng)力腐蝕裂紋抗性。其原因是應(yīng)力腐蝕裂紋抗性由含鉛黃銅合金中的Pb確保， 而在無鉛40/60黃銅合金的情況中幾乎不包含Pb。
[0009] 此外，在使用具有強(qiáng)腐蝕性的軟水的情況下，也需要耐脫鋅腐蝕性，而在用于經(jīng)由 小開度調(diào)節(jié)流速的設(shè)備的情況下，在一些情況下也需要抗侵蝕腐蝕性。
[0010] 為解決這個(gè)問題，例如，通過加入約〇. 5-1. 5%的Sn改善了耐海水性的海軍黃銅， 此外，通過加入As至這種海軍黃銅中而改善了耐脫鋅腐蝕性的黃銅等，被稱為具有耐腐蝕 性的40/60黃銅合金。然而，在這些合金的任一種中，應(yīng)力腐蝕裂紋抗性低于含鉛黃銅且在 許多情況下并未獲得足夠的實(shí)用性。此外，已知As對(duì)生物體表現(xiàn)出強(qiáng)的毒性，在用于供水 設(shè)備的合金材料中包含這種As往往是生產(chǎn)商和用戶一般不能接受的。
[0011] 鑒于上述現(xiàn)狀進(jìn)行深入研宄，以至得到本發(fā)明，其目的是提供一種可回收性和耐 腐蝕性優(yōu)異的黃銅合金，同時(shí)避免加入Bi和Si，并在防止包含鉛的情況下保證了可切削性 和有利于加工。
[0012] 解決問題的方法 為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明的可回收性和耐腐蝕性優(yōu)異的黃銅合金至少包含： 58. 0-63. 0%質(zhì)量的Cu、l. 0-2. 0%質(zhì)量的Sn和0. 05-0. 29%質(zhì)量的Sb，而剩余的由Zn和不 可避免的雜質(zhì)組成，因而具有改善的應(yīng)力腐蝕裂紋抗性和可切削性。
[0013] 本發(fā)明的可回收性和耐腐蝕性優(yōu)異的黃銅合金至少包含：59. 2-61. 9%質(zhì)量的Cu、 1. 0-2. 0%質(zhì)量的Sn和0. 05-0. 29%質(zhì)量的Sb，而剩余的由Zn和不可避免的雜質(zhì)組成，因而 具有改善的熱加工性能穩(wěn)定性和可切削性。
[0014] 在本發(fā)明的可回收性和耐腐蝕性優(yōu)異的黃銅合金中，銅合金允許包含0. 05-1. 5% 質(zhì)量的Ni，因而引起Ni和Sb之間的相互作用，從而改善應(yīng)力腐蝕裂紋抗性。
[0015] 在本發(fā)明的可回收性和耐腐蝕性優(yōu)異的黃銅合金中，銅合金允許包含0. 10-0. 25% 質(zhì)量的Ni，從而確保獲得SCC抗性并同時(shí)防止熱延性降低。
[0016] 在本發(fā)明的可回收性和耐腐蝕性優(yōu)異的黃銅合金中，Ni使Sn和Sb均勻地分散在 Y-相中，從而改善應(yīng)力腐蝕裂紋抗性。
[0017] 在本發(fā)明的可回收性和耐腐蝕性優(yōu)異的黃銅合金中，Sn含量是1. 1-1. 6%質(zhì)量和 Sb含量是0. 08-0. 10%質(zhì)量。
[0018] 在本發(fā)明的可回收性和耐腐蝕性優(yōu)異的黃銅合金中，銅合金允許包含0. 05-0. 2% 質(zhì)量的P，從而改善耐脫鋅腐蝕性。
[0019] 發(fā)明效果 根據(jù)本發(fā)明，通過包含規(guī)定比例的Sn和Sb以替代鉛，保證了可切削性并并易于加工， 同時(shí)防止了包含鉛，避免了加入其含量應(yīng)受嚴(yán)格控制的Bi和Si，改善了可回收性，與包含 Bi和Si的情況相當(dāng)?shù)哪透g性如應(yīng)力腐蝕裂紋抗性、耐脫鋅腐蝕性、抗侵蝕腐蝕性等被改 善，因此，可使這種耐腐蝕性穩(wěn)定。
[0020] 另外，通過包含規(guī)定比例的Ni，產(chǎn)生了Ni和Sb之間的相互作用，從而進(jìn)一步改善 了應(yīng)力腐蝕裂紋抗性，并可穩(wěn)定耐腐蝕性。
[0021] 此外，通過加入P，保證了耐脫鋅腐蝕性并可改善耐腐蝕性，并由于切肩可通過P 的這種加入而碎裂，從而改善了切削性。
[0022] 附圖簡(jiǎn)述 圖1是顯示試件外觀的照片。
[0023] 圖2是含Sb的黃銅合金試驗(yàn)材料的微觀結(jié)構(gòu)的放大照片。
[0024] 圖3是顯示圖2中Sb的EPMA成像圖像的放大照片。
[0025] 圖4是海軍黃銅的微觀結(jié)構(gòu)的放大照片。
[0026] 圖5是含P黃銅合金試驗(yàn)材料的微觀結(jié)構(gòu)的放大照片。
[0027] 圖6是用于比較的黃銅合金的微觀結(jié)構(gòu)的放大照片。
[0028] 圖7是含P黃銅合金試驗(yàn)材料的切肩的照片。
[0029] 圖8是用于比較的黃銅合金的切肩的照片。
[0030] 圖9顯示本發(fā)明的黃銅材料和其它黃銅材料的螺紋SCC試驗(yàn)得分比的圖表。
[0031] 圖10是顯示無鉛黃銅材料1中Sn的EPMA成像圖像的放大照片。
[0032] 圖11是顯示無鉛黃銅材料3中Sn的EPMA成像圖像的放大照片。
[0033] 圖12是顯示無鉛黃銅材料3中Ni的EPMA成像圖像的放大照片。
[0034] 圖13是顯示無鉛黃銅材料5中Sb的EPMA成像圖像的放大照片。
[0035] 圖14是顯示無鉛黃銅材料5中Sn的EPMA成像圖像的放大照片。
[0036] 圖15是顯示無鉛黃銅材料6中Ni的EPMA成像圖像的放大照片。
[0037] 圖16是顯示無鉛黃銅材料6中Sb的EPMA成像圖像的放大照片。
[0038] 圖17是顯示無鉛黃銅材料6中Sn的EPMA成像圖像的放大照片。
[0039] 圖18是顯示鑄件螺紋SCC試驗(yàn)樣品的照片。
[0040] 圖19是顯示頂鍛試件的外觀的照片。
[0041] 圖20是顯示間隙噴射腐蝕試驗(yàn)的結(jié)果的解釋圖。
【具體實(shí)施方式】
[0042] 本發(fā)明的可回收性和耐腐蝕性優(yōu)異的黃銅合金將基于以下實(shí)施方案詳細(xì)地舉例 說明。
[0043] 本發(fā)明的黃銅合金是一種可回收性和耐腐蝕性優(yōu)異的黃銅合金，至少包含： 58. 0-63. 0%質(zhì)量的Cu、l. 0-2. 0%質(zhì)量的Sn和0. 05-0. 29%質(zhì)量的Sb，而剩余的由Zn和不 可避免的雜質(zhì)組成。
[0044] 理想的是，以相對(duì)于這種銅合金的0. 05-1. 5%質(zhì)量的含量包含Ni。
[0045] 此外，這種黃銅合金可包含0. 05-0. 2%質(zhì)量的P。
[0046] 對(duì)包含在本發(fā)明的黃銅合金中的元素及其理想的組成范圍和其理由進(jìn)行說明。
[0047]Sn:1. 0-2. 0% 質(zhì)量 Sn是用于改善黃銅合金的耐腐蝕性如應(yīng)力腐蝕裂紋抗性（SCC抗性）、耐脫鋅腐蝕性、 抗侵蝕腐蝕性等的元素，而在本發(fā)明中，是主要改善SCC抗性的必要元素。為通過包含Sn造 成y-相沉積來改善see抗性，1. 〇%質(zhì)量或更多的含量是必要的。為確保see抗性相當(dāng)于 或大于含鉛黃銅如C3771、C3604等的SCC抗性，利用稍后描述的Sb和Ni的協(xié)同效果，包含 1. 1%質(zhì)量或更多的含量是理想的，和當(dāng)包含1. 4%質(zhì)量或更多的含量時(shí)，可確保SCC抗性，同 時(shí)特別是高度重視具有相對(duì)大的口徑的鍛造閥，薄的鑄件等的熱加工性。相反，包含Sn可 能使合金變硬，降低機(jī)械性能（特別是，伸長(zhǎng)率）并因此劣化產(chǎn)品的可靠性，因此，包含的含 量為2. 0%質(zhì)量或更少，更優(yōu)選地為1. 8%質(zhì)量或更少。當(dāng)特別是高度重視冷加工性時(shí)，包含 的含量是1. 3%質(zhì)量或更少，并且為獲得優(yōu)良的冷加工性，包含的含量理想地為1. 6%質(zhì)量或 更少。
[0048]Sb:0? 05-0. 29% 質(zhì)量 已知Sb為用于改善黃銅合金的耐脫鋅腐蝕性和see抗性的元素。在本發(fā)明中，Sb是與 稍后描述的包含的Sn-起改善和穩(wěn)定SCC抗性的必要元素，此外，通過與Ni的協(xié)同效果顯 著地改善SCC抗性。為了改善耐脫鋅腐蝕性和SCC抗性，包含0. 05%質(zhì)量的含量是必要的， 且通過包含0. 07%質(zhì)量或更多