CN102312123A

CN102312123A - 一种黄铜合金

Info

Publication number: CN102312123A
Application number: CN201110258327A
Authority: CN
Inventors: 李家德
Original assignee: Zhejiang IDC Fluid Control Co Ltd
Current assignee: JIAXING AIDIXI HEATING VENTILATION SCIENCE & TECHNOLOGY CO., LTD.
Priority date: 2011-09-02
Filing date: 2011-09-02
Publication date: 2012-01-11

Abstract

本发明公开了一种黄铜合金，包含有锌，铜，铅，砷，锡，铝，其特征在于铜的含量为60.0-62.5%，铋的含量不高于0.6%，铝的含量不高于0.2%，铅的含量不高于0.2%，砷的含量为0.10-0.25%，锡的含量不高于0.3%，余量为锌和不可避免的杂质，所述不可避免的杂质含量不高于0.2%。进一步的本发明提供了所述黄铜合金的制备方法。本发明公开的黄铜合金既不影响黄铜合金材料的切削性能，有具备良好的抗脱锌腐蚀性能，以及耐应力腐蚀性能又可以减小铅元素对环境的污染以及人体的伤害，可以用来替代现在的铅黄铜；而且本发明降低了稀有金属铋的含量，比普通的无铅铋黄铜成本更低，不影响加工性能。

Description

一种黄铜合金

技术领域

本发明涉及一种合金材料，尤其涉及一种黄铜合金，属于化学材料领域。

背景技术

黄铜具有较好的机械性能、良好的耐腐蚀性和较低的应用成本，应用范围广泛。为了改善黄铜的切削性能和锻造性能，长期以来人们一直向黄铜中加入1-3%的铅从而形成了铅黄铜。常见的铅黄铜，例如hpb-591、hpb-592、hpb-633等，由于具有优良的切削和冷热加工性能，成为化学工业中重要的基础材料，一直以来广泛应用于水暖卫浴产品、通讯业、电子仪器行业和儿童玩具等多个行业。

但是铅作为一种有害元素，在对环境造成了极大污染的同时，对人体健康也有很大危害。铅黄铜中的铅是一种重金属元素，对人体血液和神经系统特别是儿童的肾和脑神经会造成无法估量的损伤。所以近年来，世界各国都在努力寻找一种既不影响加工性能又能改变铅元素对环境以及人体伤害的黄铜，

CN101003871A公开了一种易切削的黄铜材料，包括铜、锌、锡、镍、硅、铋、硒、铝、磷、铼等组成，该黄铜合金金属种类过于复杂，导致生产工艺复杂度明显增加，并且其所用的制备方法金属元素容易被氧化，质量难以控制；另一方面，其中的多种金属均为稀有金属，来源和成本均难于有序保证，不适宜大规模工业化应用。

CN200410089150.0公开了一种黄铜合金，尽管其可以达到无铅化的要求，但是其中硅元素含量较高，硬度大，不易切削，高温可塑性差。

CN200410022245.0公开了高可塑性、锻造性能优异的黄铜合金，其使用了成本极高的碲形成铜-锌-碲合金，生产成本过高，不以推广。

由此可见，现有技术中的黄铜均存在这样或那样的缺陷，或质量不易控制、或生产成本高、或机械性能差。

发明内容

本发明公开了一种黄铜合金，克服了现有技术的不足，所公开的黄铜合金切削性能、抗脱锌腐蚀性能以及耐应力腐蚀性能好，并且减小了铅元素对环境的污染以及人体的伤害；并且所公开的黄铜合金在不影响加工性能的基础上，降低了稀有金属Bi的含量，使之相比普通的无铅含铋黄铜成本更低，容易生产推广。

在本发明中，所述的相关成分的含量均以质量比例计。

本发明公开的黄铜合金，包含有锌，铜，铅，砷，锡，铝，其中铜的含量为60.0-62.5%，锌的含量为35.0-39.0%，铋的含量不高于0.6%，铝的含量不高于0.2%，铅的含量不高于0.2%，砷的含量为0.10-0.25%，锡的含量不高于0.3%，余量为锌和不可避免的杂质，所述不可避免的杂质含量不高于0.2%；优选的，铜的含量为61.0-62.0%，铋的含量为0.4-0.5%，铝的含量不高于0.15%，铅的含量不高于0.15%，砷的含量为0.15-0.20%，锡的含量不高于0.2%，余量为锌和不可避免的杂质，所述不可避免的杂质含量不高于0.2%。

在本发明的黄铜合金中，所述锌的含量为35.0-39.0%，优选的，锌的含量为37.0-38.0%；最优选，锌的含量为37%。

在本发明中，上述所用的不高于是指控制所述成分的量是指小于或等于所给数值。本领域技术人员可以理解，尽管可以尽可能的减小所述成分的含量，但是考虑到成本需要和技术难度，通常还是会含有一定量的所述成分，具体到本发明，在实际中其可以含有0.001-0.01%的所述各成分,然而，可以理解，随着技术的发展，可以更有效地降低这些成分的含量。

本发明公开的黄铜合金具有良好的切削性能、耐脱锌腐蚀性能、耐应力腐蚀性能、机械性能和冷热成型性能，由于极大地降低了铅的含量，有利于环保和人体健康。同时，相比传统的无铅黄铜，本发明的黄铜合金铋元素含量≤0.6%，含量极低，降低了生产成本；同时通过控制As和Sn元素的含量，又显著提升了铜材的抗脱锌性能。

进一步的，在上述基础上，本发明还公开了所述黄铜合金的制备方法，包括下述步骤：采用合金化处理和覆盖保护法熔炼低铋黄铜合金，使铋在黄铜熔液中快速固溶为中间化合物，并使其均匀分布于晶内和晶界。如本领域技术人员所知，通常此步骤是在感应电炉内进行的，本领域内任何可用的感应电炉均可用于本发明，优选的，所述感应电炉是中频有芯感应电炉。

相应的，还包括将中间化合物铸造成铸锭、挤压，中间热处理、消除应力的退火的步骤。

本领域技术人员可以根据需要选择合适的温度条件和时间，优选的，在1040℃下连续铸造成铸锭，在680~760℃温度下进行大挤压比挤压，中间热处理按冷加工的条件在500~700℃温度下进行，在低于400℃的温度下进行消除应力的退火。

也就是说，本发明的黄铜合金最优选的制备方法是在中频有芯感应电炉中，先加入铜锭和覆盖剂冰晶石，采用合金化处理和覆盖保护法熔炼低铋黄铜合金，在铜熔体中，按一定成分配比投料，使铋在黄铜熔液中快速固溶为中间化合物，并使金属铋均匀分布于晶内和晶界，并在1040℃下连续铸造成铸锭，在680~760℃温度下进行大挤压比挤压，中间热处理按冷加工的条件在500~700℃温度下进行，在低于400℃的温度下可进行消除应力的退火。

上述所述的一定的成分比例，与本发明黄铜合金组成比例相匹配。

在上述制备方法中，铸锭的大小并不受到限制，可以根据实际需要选择；在制备过程中为了防止材料氧化，优选的在真空环境或者惰性气体保护的环境中进行；熔炼、浇注、热挤压、冷加工等的时间不受到特别限制，根据生产的需要可以调整；挤压比可以根据需要进行选择，优选的采用较高的挤压比，例如10-20，热挤压的方法采用本领域任何可用的方法，不受到限制。

与传统的铅黄铜和其他类型的无铅黄铜相比，本发明的黄铜合金具有如下技术优势：

1. 降低了环境的危害和对身体的损害。

2. 保持了原有的切削性能，优良的抗脱锌腐蚀性能和耐应力腐蚀性能。

3. 流动性好，具有良好的锻造性能。

4. 其中的Bi含量减少，降低了成本。

5. 加工工艺简单，可以在现有的铅黄铜设备上制备。

具体实施方式

以下结合具体实施例对本发明进行进一步的说明。

本发明的黄铜合金制备的流程是：原材料准备-合金化处理和覆盖保护熔炼-连续铸锭-挤压-热处理-拉伸-消除应力的退火-后续深加工处理。

具体的制备方法如下：

在中频有芯感应电炉中，先加入铜锭和覆盖剂冰晶石，采用合金化处理和覆盖保护法熔炼低Bi黄铜合金，在铜熔体中，按一定成分配比投料，使Bi在黄铜熔液中快速固溶为中间化合物，并使金属Bi均匀分布于晶内和晶界，并在1040℃下连续铸造成铸锭，在680~760℃温度下进行大挤压比挤压，中间热处理按冷加工的条件在500~700℃温度下进行，在低于400℃的温度下可进行消除应力的退火。

其中转入热处理的工艺流程实施过程证明，热处理低于400℃的消应力退火是可以进行的，而中间热处理需根据冷加工条件在500~700℃温度下退火为宜，但尽量避开中温脆性区退火。（其流程大体与常规的铅黄铜合金生产相同）。

在本发明的合金材料中，通过控制As和Sn元素的含量，又很好地提升了铜材的抗脱锌性能；通过调节Bi的用量，改善合金的切削性能，又降低了生产成本；通过调节铝的用量，提高了合金的切削和抗脱锌性能，并降低了生产成本；锌作为强化合金材料的基体，提高了本发明黄铜合金的强度和热加工性能。

最终制成φ26 规格的铜棒，共五个，组成分别如下：

样品1：37.52%锌，61.50%铜，0.15%铅，0.15%砷，0.2%锡，0.11%铝，0.35%铋，其余为不可避免杂质。

样品2：36.50 %锌，62.50%铜，0.10%铅，0.20%砷，0.15%锡，0.10%铝，0.45%铋，其余为不可避免杂质。

样品3：37.62%锌，62.00%铜，0.11%铅，0.10%砷，0.1%锡，0.15%铝，0.30%铋，其余为不可避免杂质。

样品4：38.10%锌，60.80%铜，0.18%铅，0.15%砷，0.11%锡，0.15%铝，0.40%铋，其余为不可避免杂质。

样品5：38.75%锌，60.41%铜，0.02%铅，0.04%砷，0.08%锡，0.08%铝，0. 50%铋，其余为不可避免杂质。

取上述五个样品和C3600标准含铅黄铜，分别进行了抗拉强度、延伸率、硬度、机加切削性能、抗脱锌腐蚀性能、耐应力腐蚀性能的测定。

测定方法：

硬度检测按照GB/T 2304记载的方法测定；

拉伸性能按照GB228-87记载的方法测定；

脱锌深度按照GB 10119-88记载的方法测定；

切削性能采用以下方法测定：在相同机械加工条件下，采用切削力实验仪测得合金切削力，并由此计算合金相对C3600标准含铅黄铜（公认的切削性能最好的含铅黄铜）的切削性指数，其计算方法为C3600的切削阻力/测试样品的切削阻力*100%。

应力腐蚀试验采用ISO6957的试验方法：试验结束后对样品表面进行十倍放大，观察其表面裂纹情况，以不产生裂纹为合格。

热加工性能：从样品合金挤制品上各自取9*20mm进行试样，做热压缩试验。试样在670度加热半小时，然后轴向加载变形量为70%，长度由20mm减至6mm，在十倍放大下观察表面裂纹情况，不产生裂纹为合格。

测试结果如下:

样品号	抗拉强度（Mpa）	延伸率（%）	硬度（HV）
				1	364.1465	26.72895	80
2	365.2267	26.91247	80
				3	363.8245	26.18255	81
4	366.6825	27.07236	80
				5	365.1958	26.88637	80

由上述数据可见，本发明的黄铜合金符合铜棒机械性能：抗拉强度≥300 N/MM2；延伸率≥25% ，并且本发明的黄铜合金一致性良好，机械性能在不同样品间具有高度的一致性，因此本发明的黄铜合金机械性能稳定。

五个样品的机加切削性能分别为100，98，99，98，100，99，切削性能为易切削。

五个样品的抗脱锌腐蚀性能：每个样品的最大脱锌深度能控制在150um以下，符合GB10119-88要求。

五个样品的耐应力腐蚀性能：经测定每个样品表面均没有出现裂纹，能符合ISO 6957:1998(E)要求。

五个样品的热加工性能：经测定每个样品表面均没有出现裂纹。

Claims

1.一种黄铜合金，包含有锌，铜，铅，砷，锡，铝，其特征在于铜的含量为60.0-62.5%，铋的含量不高于0.6%，铝的含量不高于0.2%，铅的含量不高于0.2%，砷的含量为0.10-0.25%，锡的含量不高于0.3%，余量为锌和不可避免的杂质，所述不可避免的杂质含量不高于0.2%。

2.根据权利要求1所述的黄铜合金，其特征在于铜的含量为61.0-62.0%，铋的含量为铋的含量为0.4-0.5%，铝的含量不高于0.15%，铅的含量不高于0.15%，砷的含量为0.15-0.20%，锡的含量不高于0.2%，余量为锌和不可避免的杂质，所述不可避免的杂质含量不高于0.2%。

3.根据权利要求1或2所述的黄铜合金，其特征在于所述锌的含量为35.0-39.0%。

4.根据权利要求3所述的黄铜合金，其特征在于锌的含量为37.0-38.0%。

5.上述任一权利要求所述的黄铜合金的制备方法，包括下述步骤：采用合金化处理和覆盖保护法熔炼低铋黄铜合金，使铋在黄铜熔液中快速固溶为中间化合物，并使其均匀分布于晶内和晶界。

6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于所述步骤在感应电炉内进行。

7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于所述感应电炉是中频有芯感应电炉。

8.根据权利要求5所述的制备方法，还包括将中间化合物铸造成铸锭、挤压，中间热处理、消除应力的退火的步骤。

9.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于在1040℃下连续铸造成铸锭，在680~760℃温度下进行大挤压比挤压，中间热处理按冷加工的条件在500~700℃温度下进行，在低于400℃的温度下进行消除应力的退火。