一種可切削加工黃銅合金及制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及到合金領(lǐng)域，具體指一種可切削加工黃銅合金及制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 黃銅有良好的工藝性能、機(jī)械性能和耐蝕性能，是有色金屬中應(yīng)用最廣泛的合金 材料之一。在銅鋅合金中加入一些功能元素，構(gòu)成多元黃銅合金，使其能滿足特定工況的應(yīng) 用，最廣泛使用的是在銅鋅合金中加入鉛元素形成的鉛黃銅。鉛黃銅具有普通黃銅的機(jī)械 性能、耐蝕性能、冷熱加工性能，并且由于鉛在合金中以游離的鉛質(zhì)點(diǎn)存在，在切削加工過 程中使切削肩呈碎沫狀，在高速切削后可獲得光潔度很高的表面，因此鉛黃銅在航空航天、 汽車、緊固件、五金件等各行各業(yè)都有廣泛的應(yīng)用。目前鉛黃銅合金中銅含量一般在57~ 75 %之間，銅含量較高。
[0003] 我國是銅資源緊缺的國家，2014年我國精銅消費(fèi)量872萬噸，其中359萬噸為進(jìn) 口，進(jìn)口比例達(dá)到41 %，并且由于銅價(jià)持續(xù)保持高位，銅原材料價(jià)格占銅合金售價(jià)的70 % 以上，因此對銅合金加工企業(yè)而言，銅價(jià)對其資金流動(dòng)和市場供求關(guān)系的影響非常嚴(yán)重。 而在鋅資源儲(chǔ)備方面，2010年起，中國礦山產(chǎn)量增加幅度較大，國產(chǎn)鋅礦供應(yīng)能力增強(qiáng)，自 2011年起國內(nèi)鋅精礦市場處于過剩狀態(tài)，市場積壓了大量鋅精礦庫存。并且鋅原材料的價(jià) 格僅為銅價(jià)的三分之一左右。因此降低銅合金的成本已經(jīng)成為迫在眉睫的問題。
[0004] 申請?zhí)枮?00910058578. 1的中國專利申請公開了一種銅合金耐磨材料及其制備 方法，該合金組分如下：Cu :54% -57%;A1 :3% -5. 0%;Mn :3. 5% -5. 5%;Si :0? 5% -1. 3%; Fe :0. 7% -1. 5% ;Zn :余量。該合金的銅含量較HPb59-l降低了 2%以上，能較好的降低原 材料的成本，但根據(jù)說明書記載，該合金材料的抗拉強(qiáng)度多700MPa，硬度多90HRB，延伸率 3-5 %，性能與鉛黃銅差異極大，由于該材料具有很高的強(qiáng)度和硬度，使得材料的切削加工 性能較差，對刀具的磨損極大，不能滿足高速切削的要求。
[0005] 又如申請?zhí)枮?01010232763. 0的中國專利申請公開了一種無鉛易切削變形錫鉍 鋅鋁合金，該合金組成為鋁8-12 % ;銅0.8-1. 5 % ;鉍0.05-0. 2 % ;錫0.05-0. 15% ;其余為 鋅和不可避免的雜質(zhì)；雜質(zhì)含量<0.05%。該合金大量使用廉價(jià)的鋅、鋁等元素，并且具有 較好的切削加工性能，但由于鋅鋁合金的強(qiáng)度、硬度、抗蠕變性能、疲勞強(qiáng)度等性能較鉛黃 銅要低很多，不能完全滿足應(yīng)用的需求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 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)狀提供一種能大大降低合金成 本且切削性能更好的可切削加工黃銅合金。
[0007] 本發(fā)明所要解決的另一個(gè)技術(shù)問題是提供一種能大大降低合金成本且切削性能 更好的可切削加工黃銅合金的制備方法。
[0008] 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)狀提供一種能大大降低合金成 本且切削性能更好的可切削加工黃銅合金。
[0009] 本發(fā)明所要解決的另一個(gè)技術(shù)問題是提供一種能大大降低合金成本且切削性能 更好的可切削加工黃銅合金的制備方法。
[0010] 本發(fā)明解決上述技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案為：該可切削加工黃銅合金，其特征 在于包括下述重量組成：
[0011] 銅 45wt% _54wt%
[0012] 猛 0? 5wt% _9. Owt%
[0013] 鋅 37wt%_53wt%
[0014] 銅、錳、鋅三者之和彡95wt%，不可避免雜質(zhì)含量彡0? lwt% ;
[0015] 并且該合金中含有體心立方結(jié)構(gòu)的Cu-Zn固溶體和面心立方的Cu-Mn固溶體。
[0016] 較好的，所述Cu-Zn固溶體的比例彡80 %，Cu-Mn固溶體比例彡20 % ;并且Cu-Zn 固溶體中體心立方結(jié)構(gòu)的比例多85%。
[0017] 更好的，所述Cu-Zn固溶體中體心立方結(jié)構(gòu)的比例為95-100%。
[0018] 優(yōu)選所述Cu-Zn固溶體粒徑為10_30nm，Cu-Mn固溶體的粒徑為15_40nm。
[0019] 所述合金的晶粒度為0.03-0. 2mm。
[0020] 該合金還可以包含0? OOlwt% _4wt%的組分X，所述X選自0? lwt% _4wt%的Pb、 0? lwt% _4wt% 的 Bi、0. lwt% _4wt% 的 Sb、0. lwt% _4wt% 的 Se、0.0 Olwt% -2. Owt% 的 B、0.0 Olwt% -2. Owt%的 P 和 0? OOlwt% -lwt%的 As 中的至少一種。
[0021] 優(yōu)選，所述Pb的含量為0? 5wt % -3. Owt %，所述Bi的含量為0? lwt% -3. Owt%， 所述Sb的含量為0? lwt % -2. 5wt %，所述Se的含量為0? lwt % -2. Owt %，所述B的 含量為〇?〇lwt % -1. Owt %，所述P的含量為0? OOlwt % -1. Owt %，所述As的含量為 0. 002wt % -〇. 6wt%。
[0022] 更有選，所述Pb的含量為0? 8wt % -2. 5wt %，所述Bi的含量為0? 5wt % -2. 5wt %， 所述Sb的含量為0? 2wt % -1. 5wt %，所述Se的含量為0? 2wt % -1. Owt %，所述B的含量為 0? 05wt % -0? 5wt %，所述 P 的含量為 0? 0 lwt % -0? 8wt %，所述 As 的含量為 0? 003-0. 3wt %。
[0023] 進(jìn)一步地，該合金還包含0? Olwt% _5wt%的組分Y，所述Y選自Al、Fe、Si、Sn、Ni 和Co中的至少一種。
[0024] 優(yōu)選，所述A1的含量為0? lwt% -3. 5wt%，所述Fe的含量為0? lwt% -3. Owt%，， 所述Si的含量為0? 05wt % -1. 2wt %，，所述Sn的含量為0? 05wt % -3wt %，所述Ni的含量 為 0? 5wt % -2. 5wt %，所述 Co 的含量為 0? lwt % _2wt %。
[0025] 更有選，所述A1的含量為0? 5wt% _3wt%，所述Fe的含量為0? lwt% _2. 5wt%， 所述Si的含量為0? 08wt % -1. Owt %，所述Sn的含量為0? lwt % -1. 5wt %，所述Ni的含量 為 0? 6wt % -1. 5wt %，所述 Co 的含量為 0? 5wt % -lwt %。
[0026] 上述各方案中，，優(yōu)選所述Cu的含量為47. 8wt% -53. 5wt%，所述Mn的含量為 0. 8wt%-6.Owt%。
[0027] 更優(yōu)選，所述Cu的含量為48. 9wt %至52. 7wt %，所述Mn的含量為 1. Owt% -3. 9wt%。
[0028] 上述可切削加工黃銅合金的制備方法，其特征在于該黃銅合金的制備方法依次包 括下述步驟：
[0029] 配料一恪煉一垂直半連鑄鑄錠一加熱擠壓一拉拔一去應(yīng)力退火一校直一定尺一 包裝；
[0030] 其中，所述垂直半連鑄的溫度為980°C -1080°c，所述加熱擠壓溫度為 550°C _750°C，所述去應(yīng)力退火溫度為200°C _400°C，所述去應(yīng)力退火加熱速率為2-50°C / 分鐘，所述去應(yīng)力退火的冷卻速度為5-50 °C /分鐘。
[0031] 上述可切削加工黃銅合金的制備方法，其特征在于該黃銅合金的制備方法依次包 括下述步驟：
[0032] 配料一熔煉一水平連鑄鑄錠一加熱擠壓一拉拔一去應(yīng)力退火一校直一定尺一包 裝；
[0033] 其中，所述水平連鑄的溫度為950°C -1080°C，所述加熱擠壓溫度為550°C -750°C， 所述去應(yīng)力退火溫度為200°C _400°C，所述去應(yīng)力退火的加熱速率為2-50°C /分鐘，所述去 應(yīng)力退火的冷卻速度為5-50 °C /分鐘。
[0034] 上述可切削加工黃銅合金的制備方法，其特征在于該黃銅合金的制備方法依次包 括下述步驟：
[0035] 配料一熔煉一水平連鑄棒坯一刨皮一拉拔一去應(yīng)力退火一校直一定尺一包裝；
[0036] 其中，所述水平連鑄的溫度為950 °C -1080 °C，所述去應(yīng)力退火溫度為 200°C _400°C，所述去應(yīng)力退火的加熱速率為2-50°C /分鐘，所述去應(yīng)力退火的冷卻速度為 5-50 °C / 分鐘。
[0037] 經(jīng)大量實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，銅與鋅形成固溶體，而且根據(jù)不同的銅鋅比例，形成不同結(jié)構(gòu)類 型的固溶體，如面心立方結(jié)構(gòu)、體心立方結(jié)構(gòu)。當(dāng)銅含量在54wt %以下時(shí)，體心立方結(jié)構(gòu)的 Cu-Zn固溶體具有特殊的原子力方向和應(yīng)力分布，使得材料在切削過程中切削肩能更容易 斷裂，從而提高材料切削性能；而銅含量低于45wt%會(huì)導(dǎo)致材料變脆，合金的綜合性能急 劇下降，硬度急劇上升。使得黃銅合金的切削阻力變大，切削加工性能變差。本申請將銅 含量控制在4