CN102703753A

CN102703753A - 一种低成本耐蚀环保易切削黄铜及其制备方法

Info

Publication number: CN102703753A
Application number: CN2012102267677A
Authority: CN
Inventors: 董晟全; 梁艳峰; 李高宏
Original assignee: Xian Technological University
Current assignee: Xian Technological University
Priority date: 2012-07-03
Filing date: 2012-07-03
Publication date: 2012-10-03

Abstract

本发明涉及合金材料技术领域，具体涉及一种低成本耐蚀环保易切削黄铜及其制备方法。现有技术存在价格昂贵、加工成本高和切削性能不够理想的问题。为克服现有技术存在的问题，本发明的技术方案是：一种低成本耐蚀环保易切削黄铜，为60Cu-Zn-Si-Al-Mg-Ti合金，其成分含量为Cu60-62%，Si0.5-1%，Mg1.5-2%，Al2.0-2.4%，Ti0.05-0.1%，其余为Zn和总量不大于0.05％的杂质。本发明提出的合金性能优异，综合了已有发明中硅黄铜与镁黄铜的优点，该合金具有高的强度、硬度，力学性能、切削性能和铸造性能优异。

Description

一种低成本耐蚀环保易切削黄铜及其制备方法

技术领域：

本发明涉及合金材料技术领域，具体涉及一种低成本耐蚀环保易切削黄铜及其制备方法。

背景技术：

传统铅黄铜是在铜和锌合金的基础上，在黄铜中加入铅，具有高强度和良好冷加工性能的多元合金。铅黄铜以其优异的成型性能、易切削性能和耐腐蚀性能而广泛应用在各个制造领域。但铅是一种有害元素，铅污染是影响人体和环境的重要污染源之一。随着人们生活水平的提高和工业制造所造成的污染对人们健康的损害，越来越多的人已意识到环保的重要性，并在全球范围内以法律、法规来限制有害物质的使用量，以提高环保，保证工业的可持续发展。欧盟、美国、中国等国家相继提出了对含铅合金的政府限令，因此含铅合金的应用面临严格的限制。

中国国内很早就认识到研究无铅易切削铜合金的重要性。海亮集团的汪治军、张天莉等探索用铋取代铅黄铜中的铅，申请专利中公布的合金成分为铜(Cu)57.0％-63.0％，铋(Bi)0.1-3.5％，铁(Fe)≤0.5％，锡(Sn)≤0.5％，其余为锌(Zn)及总量不大于0.05％的杂质。成份中的Bi和Sn为重有色金属。宁波博威集团对无铅易切削黄铜也进行了一系列研究，申请专利为易切削高锰铜合金（Cu 45.0％～60.0％， Mn 30.1％～36.0％，Al 0.5％～2.3％，Ni 0.5％～2.0％，Pb 0.3％～2.8％，P 0.01％～0.10 ％，Zn余量）和易切削的无铅耐蚀低硼铋黄铜合金（铜：57～64wt％、铋：0.6～2.5wt％、硼：0.0003～0.025wt％、锰：0.01～0.2wt％和锑：0.002～0.02wt％，Zn余量），易切削高锰铜合金成份中仍含有少量Pb，易切削的无铅耐蚀低硼铋黄铜合金成份中铋和锑为重有色金属。

上述合金存在的问题是：原材料中含有重有色金属，不容易获得，且价格昂贵；需要特殊的制造设备，增加了加工成本；切削性能还是不如铅黄铜，影响其应用效果。

发明内容：

本发明要提供一种低成本耐蚀环保易切削黄铜及其制备方法，以克服现有技术存在的价格昂贵、加工成本高和切削性能不够理想的问题。

一种低成本耐蚀环保易切削黄铜，为60Cu-Zn-Si-Al-Mg-Ti合金，其成分含量为Cu60-62%，Si0.5-1%，Mg1.5-2%，Al2.0-2.4%，Ti0.05-0.1%，其余为Zn和总量不大于0.05％的杂质。

一种低成本耐蚀环保易切削黄铜，为60Cu-Zn-Si-Al-Mg-Ti合金，其成分含量为Cu60%，Si1%，Mg1.5%，Al2.4%，Ti0.05%，其余为Zn和总量不大于0.05％的杂质。

上述低成本耐蚀环保易切削黄铜的制备方法是：试验所用材料包括，纯度99.99%的电解铜板，纯镁、铝箔、纯锌锭、高纯硅、纯铝、Ti以Al-Ti合金形式，木炭作为熔炼时的覆盖剂，具体步骤如下：一、按照合金成分设计进行切割、称量，将石墨坩埚加热至680±5℃，二、第一次加料前在石墨坩埚底层撒一层木炭，将硅、锌、铜依次放入石墨坩埚中，并将硅放在最低端；三、当观察到硅彻底熔化时，将炉内的温度升到1090±5℃，继续加热，观察到铜完全熔化的时候二次加料，由于镁的燃点较低，容易燃烧，并且产生“喷火”现象，所以用铝箔将镁和变质剂包裹起来，一同压入合金液中，撒一层木炭覆盖剂；四、待镁和变质剂完全熔化后加入脱氧剂磷铜，将炉子温度升至1175±5℃，保温10分钟；五、扒渣出炉进行浇注：金属型模具预热温度为400-450℃，将新配制的的氧化锌水玻璃溶液涂在模具内表面上，热处理工艺为670±5℃固溶3小时，油淬后在270℃时效1小时。

本技术以铅黄铜易切削原理为基础，用微量的铝、硅、镁元素替代有毒的铅元素,通过对变质剂的科学选择及工艺优化，采用普通铸造工艺得到了性能较优的60Cu-Zn-Si-Al-Mg-Ti合金。与现有技术比较，本发明的优点是：

（1）合金的成分简单，仅添加了Si、Al、Mg、Ti四种元素，且Ti的用量很少，是通过中间合金Al-Ti进入合金中(没有使用纯钛，纯钛价格昂贵），所用Al、Mg均为最常用的轻有色金属，所用Si为常用非金属，极易获得，价格便宜，同时不含任何重有色金属、贵金属或有毒元素，不会对人体造成伤害。

（2）制备工艺简单，采用普通铸造法，对设备要求低，使用普通的熔炼设备即可。

（3）本发明提出的合金性能优异，综合了已有发明中硅黄铜与镁黄铜的优点，该合金具有高的强度、硬度，力学性能、切削性能和铸造性能优异：室温抗拉强度达到522MPa，延伸率达到6.78%，在1.0%CuCl₂溶液中腐蚀24小时后脱锌层厚度仅为131μm, 螺旋型流动性长度达93cm，切削性良好（与HPb59-1相当）。

附图说明：

图1是60Cu-Zn-Si-Al-Mg-Ti合金的热处理态金相组织图；

图2是60Cu-Zn-Si-Al-Mg-Ti合金的脱锌层厚度（平均值为131μm）；

图3是60Cu-Zn-Si-Al-Mg-Ti合金的螺旋型流动性测试（93cm）；

图4是60Cu-Zn-Si-Al-Mg-Ti合金的切屑形貌。

具体实施方式：

下面将结合实施例对本发明进行详细地说明。

实施例1、一种低成本耐蚀环保易切削黄铜，为60Cu-Zn-Si-Al-Mg-Ti合金，其成分含量为Cu60%，Si1%，Mg1.5%，Al2.4%，Ti0.05%，其余为Zn和总量不大于0.05％的杂质。

实施例2、一种低成本耐蚀环保易切削黄铜，为60Cu-Zn-Si-Al-Mg-Ti合金，其成分含量为Cu62%，Si0.5%，Mg2%，Al2.0%，Ti0.1%，其余为Zn和总量不大于0.05％的杂质。

实施例3、一种低成本耐蚀环保易切削黄铜，为60Cu-Zn-Si-Al-Mg-Ti合金，其成分含量为Cu60%，Si0.5%，Mg2%，Al2.4%，Ti0.05%，其余为Zn和总量不大于0.05％的杂质。

实施例4、一种低成本耐蚀环保易切削黄铜，为60Cu-Zn-Si-Al-Mg-Ti合金，其成分含量为Cu62%，Si1%，Mg1.5%，Al2.2%，Ti0.08%，其余为Zn和总量不大于0.05％的杂质。

实施例1-4的制备方法是：试验所用材料包括，纯度99.99%的电解铜板，纯镁、铝箔、纯锌锭、高纯硅、纯铝、Ti以Al-Ti合金形式，木炭作为熔炼时的覆盖剂，具体步骤如下：一、按照合金成分设计进行切割、称量，将石墨坩埚加热至680±5℃，二、第一次加料前在石墨坩埚底层撒一层木炭，将硅、锌、铜依次放入石墨坩埚中，并将硅放在最低端；三、当观察到硅彻底熔化时，将炉内的温度升到1090±5℃，继续加热，观察到铜完全熔化的时候二次加料，由于镁的燃点较低，容易燃烧，并且产生“喷火”现象，所以用铝箔将镁和变质剂包裹起来，一同压入合金液中，撒一层木炭覆盖剂；四、待镁和变质剂完全熔化后加入脱氧剂磷铜，将炉子温度升至1175±5℃，保温10分钟；五、扒渣出炉进行浇注：金属型模具预热温度为400-450℃，将新配制的的氧化锌水玻璃溶液涂在模具内表面上，热处理工艺为670±5℃固溶3小时，油淬后在270℃时效1小时。

上述实施例中，以实施例1为最佳实施例，其实验结果说明如下：

参见图1，图中可以看出：

60Cu-Zn-Si-Al-Mg-Ti合金热处理态组织是由基体β相和第二相γ相组成，晶界处的γ相几乎完全溶解，晶界细化；γ相主要分布在基体中，β相晶粒尺寸约为70μm。

参见图2，图中可以看出：

腐蚀层与基体层界面呈现凹凸性，脱锌层最大厚度为154μm，平均厚度131μm，层中不存在裂缝，说明脱锌层稳定。而铅黄铜的脱锌层平均值为300μm。60Cu-Zn-Si-Al-Mg-Ti合金的脱锌层明显较低，说明其具有更好的耐蚀性。

参见图3，图中可以看出：

60Cu-Zn-Si-Al-Mg-Ti合金的螺旋型试样长度达到930mm，而铅黄铜的螺旋型流动长度一般为900mm，说明60Cu-Zn-Si-Al-Mg-Ti合金具有更好的流动性。

参见图4，图中可以看出：

60Cu-Zn-Si-Al-Mg-Ti合金的切削屑形貌主要由螺旋状切屑组成，平均长度约为2-8mm。由于螺旋状切屑优于块状切屑、片状切屑，这说明60Cu-Zn-Si-Al-Mg-Ti合金具有良好的切削性。

Claims

1.一种低成本耐蚀环保易切削黄铜，其特征在于：为60Cu-Zn-Si-Al-Mg-Ti合金，其成分含量为Cu60-62%，Si0.5-1%，Mg1.5-2%，Al2.0-2.4%，Ti0.05-0.1%，其余为Zn和总量不大于0.05％的杂质。

2.根据权利要求1所述一种低成本耐蚀环保易切削黄铜，其特征在于：为60Cu-Zn-Si-Al-Mg-Ti合金，其成分含量为Cu60%，Si1%，Mg1.5%，Al2.4%，Ti0.05%，其余为Zn和总量不大于0.05％的杂质。

3.一种制造如权利要求1或2所述一种低成本耐蚀环保易切削黄铜的制造方法，其特征在于：所述方法是：试验所用材料包括，纯度99.99%的电解铜板，纯镁、铝箔、纯锌锭、高纯硅、纯铝、Ti以Al-Ti合金形式，木炭作为熔炼时的覆盖剂，具体步骤如下：一、按照合金成分设计进行切割、称量，将石墨坩埚加热至680±5℃，二、第一次加料前在石墨坩埚底层撒一层木炭，将硅、锌、铜依次放入石墨坩埚中，并将硅放在最低端；三、当观察到硅彻底熔化时，将炉内的温度升到1090±5℃，继续加热，观察到铜完全熔化的时候二次加料，由于镁的燃点较低，容易燃烧，并且产生“喷火”现象，所以用铝箔将镁和变质剂包裹起来，一同压入合金液中，撒一层木炭覆盖剂；四、待镁和变质剂完全熔化后加入脱氧剂磷铜，将炉子温度升至1175±5℃，保温10分钟；五、扒渣出炉进行浇注：金属型模具预热温度为400-450℃，将新配制的的氧化锌水玻璃溶液涂在模具内表面上，热处理工艺为670±5℃固溶3小时，油淬后在270℃时效1小时。