專利名稱：一種無鉛耐腐蝕黃銅合金及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種黃銅合金及其制造方法，特別是涉及一種成本較低、抗應(yīng)力腐蝕性能優(yōu)異，適合于鑄造、鍛造和擠壓的環(huán)保型無鉛耐腐蝕黃銅合金及其制造方法。

背景技術(shù)：
鉛黃銅由于具有優(yōu)良的切削性能、良好的耐腐蝕性能以及低廉的成本，已被廣泛應(yīng)用于供水系統(tǒng)中制作龍頭、多種閥門等部件。但由于鉛黃銅在生產(chǎn)及使用過程中會(huì)污染環(huán)境，且鉛在水中很容易浸出，長期飲用含有鉛的自來水將嚴(yán)重危害人體健康，因此其應(yīng)用受到嚴(yán)格的控制。美日歐等政府已經(jīng)立法，將逐步在飲用水管道配件中禁止使用含鉛產(chǎn)品，且美國NSF/ANSI61-2008飲用水標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定水中鉛含量不能超過5μg/L。
目前學(xué)者們主要通過以鉍代鉛、以銻代鉛、以硅代鉛來改善銅合金的切削性能，并添加一定量的錫或鎳改善合金的耐蝕性能。
其中，鉍黃銅的切削性能最接近鉛黃銅，但現(xiàn)有的鉍黃銅一方面添加較高含量的鉍使合金的切削性能與鉛黃銅相近，同時(shí)添加較高含量的錫來提高合金的耐腐蝕性能，如CN1906317A，由于鉍和錫的價(jià)格均較貴，故鉍黃銅的原料成本較高，而且鉍黃銅存在焊接性能較差，鍛造溫度范圍較窄，生產(chǎn)工藝難控制，生產(chǎn)效率偏低等不足。多家國內(nèi)外銅材生產(chǎn)商提供的鉍黃銅棒材鍛造生產(chǎn)閥門本體，裝配成閥門后，因不便退火消除裝配應(yīng)力，在14％濃度氨水中氨熏24小時(shí)進(jìn)行抗應(yīng)力腐蝕性能測(cè)試時(shí)大都出現(xiàn)不同程度的開裂。
現(xiàn)有的無鉛易切削銻黃銅合金(如CN1557981A)冷熱成型性能和耐蝕性能優(yōu)良，但閥門產(chǎn)品經(jīng)NSF測(cè)試銻在水中的溶出量超過0.6μg/L，不能應(yīng)用于飲用水供給系統(tǒng)零部件，而且該合金含有少量錳和選擇性添加鐵，但其應(yīng)力腐蝕開裂傾向較大，尤其是用于裝配應(yīng)力不便消除的閥門時(shí)，難以通過濃度為14％，24小時(shí)的氨熏實(shí)驗(yàn)。
無鉛易切削硅黃銅作為無鉛銅研究的熱點(diǎn)之一，目前已研究開發(fā)出的主要是高銅、低鋅變形硅黃銅，如CN1969052A，該合金含銅量在69wt％以上。其抗應(yīng)力腐蝕性能和抗脫鋅腐蝕性能優(yōu)異，用90～137Nm大扭矩裝配的閥門在未消除裝配應(yīng)力的情況下，進(jìn)行14％濃度氨水氨熏24小時(shí)仍不發(fā)生應(yīng)力腐蝕開裂。但因其銅含量高，總的生產(chǎn)成本高，生產(chǎn)的閥門缺乏市場(chǎng)競爭力。路達(dá)(廈門)工業(yè)有限公司研發(fā)的高鋅硅黃銅(CN101440444A)具有優(yōu)良的切削性能、鑄造性能、冷熱成型性能、焊接性能，已大規(guī)模應(yīng)用于水龍頭產(chǎn)品，并大量出口歐美市場(chǎng)。利用該合金砂型鑄造的小規(guī)格閥門在不退火消除裝配應(yīng)力的情況下，可以通過14％濃度氨水氨熏24小時(shí)的應(yīng)力腐蝕性能檢測(cè)。但用于更大規(guī)格閥門、裝配扭矩在90～137Nm時(shí)，應(yīng)力腐蝕開裂傾向較大。


發(fā)明內(nèi)容
為了克服以上缺陷，本發(fā)明提供一種無鉛耐腐蝕黃銅合金及其制造方法。
本發(fā)明的一個(gè)目的在于，提供一種成本較低、抗應(yīng)力腐蝕性能優(yōu)異、鑄造性能、冷熱成型性能及切削性能優(yōu)良的環(huán)保型無鉛黃銅合金，特別是提供一種適合于鑄造、鍛造和擠壓的耐蝕性能優(yōu)異的環(huán)保型無鉛黃銅合金。本發(fā)明的另一個(gè)目的在于，提供上述黃銅合金的制備方法。
根據(jù)本發(fā)明的一方面，本發(fā)明提供一種無鉛耐腐蝕黃銅合金，該黃銅合金含有57-64wt％的Cu，1.5-5wt％的Fe，0.3-1.5wt％的Al，0.2-1.0wt％的Sn，1.7-4.0wt％的Mn，余量為Zn和不可避免的雜質(zhì)，且所述黃銅合金中Zn的含量大于30wt％。
優(yōu)選地，所述黃銅合金中Fe的含量為1.5～4.0wt％，優(yōu)選為1.5～3.0wt％。
優(yōu)選地，所述黃銅合金中Al的含量為0.3～1.0wt％，優(yōu)選為0.3～0.8wt％。
優(yōu)選地，所述黃銅合金中Sn的含量為0.5～1.0wt％，優(yōu)選為0.5～0.8wt％。
優(yōu)選地，所述黃銅合金中Mn的含量為1.7～3.5wt％，優(yōu)選為2.0～3.5wt％。
優(yōu)選地，所述黃銅合金還含有Mg和Bi中的至少一種元素，其中Mg的含量為0.02-0.1wt％，Bi的含量為0.2-0.5wt％。
優(yōu)選地，所述黃銅合金中Mg的含量為0.02～0.08wt％，優(yōu)選為0.03～0.06wt％。
根據(jù)本發(fā)明的另一方面，本發(fā)明提供一種制造上述無鉛耐腐蝕黃銅合金的方法，該方法包括配料、熔煉、澆注合金錠、重熔和砂型鑄造，其中所述澆注合金錠的溫度為990～1060℃，所述砂型鑄造的溫度為1000～1060℃。
根據(jù)本發(fā)明的又一方面，本發(fā)明提供一種制造上述無鉛耐腐蝕黃銅合金的方法，該方法包括配料、熔煉、水平連鑄棒、扒皮和加熱鍛造，其中所述水平連鑄的溫度為990～1060℃，所述加熱鍛造的溫度為650～760℃。
根據(jù)本發(fā)明的再一方面，本發(fā)明提供一種制造上述無鉛耐腐蝕黃銅合金的方法，該方法包括配料、熔煉、水平連鑄圓錠、擠壓和加熱鍛造，其中所述水平連鑄的溫度為990～1060℃，所述擠壓的溫度為650～760℃，所述加熱鍛造的溫度為650～760℃。
為了更加清楚地說明和闡述本發(fā)明的技術(shù)方案，以下將對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的描述 為解決現(xiàn)有的無鉛易切削黃銅應(yīng)力腐蝕開裂問題(產(chǎn)品在90～137Nm大扭矩裝配后不便消除裝配應(yīng)力的前提下，無法通過14％濃度氨水氨熏24小時(shí)的應(yīng)力腐蝕性能檢測(cè))，且原材料價(jià)格遠(yuǎn)高于有鉛銅，金屬元素溶出量超標(biāo)而無法應(yīng)用于飲用水系統(tǒng)等不足。
本發(fā)明提供一種成本較低，抗應(yīng)力腐蝕性能優(yōu)異的無鉛黃銅，該黃銅合金含有57-64wt％的Cu，1.5-5wt％的Fe，0.3-1.5wt％的Al，0.2-1.0wt％的Sn，1.7-4.0wt％的Mn，余量為Zn和不可避免的雜質(zhì)，且其中Zn的含量大于30wt％。
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案，本發(fā)明的黃銅合金含有Cu57-64wt％、Fe1.5-5wt％、Al0.3-1.5wt％，Sn0.2-1.0wt％，Mn1.7-4.0wt％，一種或一種以上選自Mg和Bi中的其它元素，其中Mg0.02-0.1wt％，Bi0.2-0.5wt％，余量為Zn和不可避免的雜質(zhì)，且所述的合金組成中鋅的含量大于30wt％。
根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施方案，本發(fā)明的黃銅合金含有Cu57-64wt％、Fe1.5-4.0wt％、Al0.3-1.5wt％、Sn0.2-1.0wt％，Mn1.7-4.0wt％，Bi0.2-0.5wt％，選擇性添加Mg元素，其中Mg0.02-0.1wt％，余量為Zn和不可避免的雜質(zhì)。
根據(jù)本發(fā)明的又一個(gè)實(shí)施方案，本發(fā)明的黃銅合金含有Cu58-62wt％、Fe1.5-4.0wt％、Al0.3-1.5wt％、Sn0.2-1.0wt％，Mn1.7-4.0wt％，Bi0.2-0.5wt％，Mg0.02-0.08wt％，余量為Zn和不可避免的雜質(zhì)。
根據(jù)本發(fā)明的再一個(gè)實(shí)施方案，本發(fā)明的黃銅合金含有Cu58-62wt％、Fe1.5-3.0wt％、Al0.3-1.0wt％、Sn0.5-1.0wt％，Mn1.7-4.0wt％，Bi0.2-0.5wt％，Mg0.02-0.08wt％，余量為Zn和不可避免的雜質(zhì)。
本發(fā)明通過添加較高含量的廉價(jià)鐵和錳元素使合金具有良好的力學(xué)性能及優(yōu)異的抗應(yīng)力腐蝕性能，從而相應(yīng)減少銅、錫、鋁、鋅等元素的含量，達(dá)到降低合金原材料成本的目的。
由于鐵在銅中的固溶度較低，通常黃銅中添加微量的鐵(1.0％以內(nèi))用于細(xì)化晶粒，而更高的鐵含量通常用于耐磨損合金中形成高硬度粒子從而增強(qiáng)合金的抗磨損性。本發(fā)明中鐵是除銅、鋅外的主要合金元素，將鐵含量控制在1.5～5wt％范圍內(nèi)，利用鐵在錳中有較高的固溶度，當(dāng)鐵與鋁和/或錫和/或錳元素同時(shí)加入，特別是當(dāng)合金中錳含量較高時(shí)，部分鐵固溶于錳中，由于錳在銅中的固溶度極高，因此Fe可以隨著Mn更多地固溶于銅基體，一方面可抑制鐵的偏析，減少不利于耐蝕性的銅鐵金屬間化合物數(shù)量；另一方面在合金內(nèi)形成大量的均勻分布的鋁錳鐵等化合物，此時(shí)發(fā)明合金的金相組織主要為α相和β相以及大量鋁錳鐵等化合物，合金具有良好的耐腐蝕性能和力學(xué)性能，尤其是抗應(yīng)力腐蝕性能。鐵含量太低對(duì)提高合金抗應(yīng)力腐蝕性能的作用不大，隨著鐵含量的增加，合金的力學(xué)性能和耐腐蝕性能逐漸提高，當(dāng)鐵含量大于5wt％，因鐵的熔點(diǎn)遠(yuǎn)高于銅的熔點(diǎn)，熔煉時(shí)熔化困難且易產(chǎn)生較粗大的富鐵相質(zhì)點(diǎn)，不僅降低合金的力學(xué)性能和耐腐蝕性能，而且這種富鐵相質(zhì)點(diǎn)如位于制品表面，則降低制品的拋光、電鍍質(zhì)量，甚至因此而成為廢品。
本發(fā)明中添加錳元素，其作用不僅是固溶強(qiáng)化和形成少量的金屬間化合物來提高合金的強(qiáng)度和改善切削性能，而主要作用是利用錳在銅中具有極高固溶度的特性，F(xiàn)e又可固溶于Mn中從而提高Fe在α相中的固溶度，消除鐵的不利影響；另外，由于錳的鋅當(dāng)量系數(shù)是0.5，可以擴(kuò)大β相區(qū)，但這種作用不明顯，相反，在銅和其他元素不變的情況下，添加錳元素可以減少鋅的含量，從而擴(kuò)大α相區(qū)，因此，添加適量的元素錳，可以提高α相的比率，從而提高合金的耐蝕性，尤其是提高合金的抗應(yīng)力腐蝕性能。因此錳是本發(fā)明合金中重要的合金元素，其含量控制在1.7～4.0wt％范圍內(nèi)，若含量低于1.7wt％時(shí)合金的耐蝕性不足，含量高于4.0wt％時(shí)合金雖然具有優(yōu)異的抗應(yīng)力腐蝕性能，但延伸率降低，材料太硬不利于切削。
鋁可在銅合金表面形成致密的保護(hù)膜，從而改善銅合金的抗應(yīng)力腐蝕性能，鋁還可以通過固溶強(qiáng)化以及與錳、鐵相互作用提高合金的力學(xué)性能，此外，鋁還可提高合金流動(dòng)性，有利于鑄件的成型。添加鋁含量最高為1.5wt％，過高的鋁易氧化生渣，反而降低合金的流動(dòng)性，不利于鑄件或鑄錠的成型，且影響鑄錠質(zhì)量；另外，由于鋁的鋅當(dāng)量系數(shù)為6，顯著縮小黃銅的α相區(qū)，鋁含量過高將增加黃銅的β相數(shù)量，從而使合金強(qiáng)度和硬度過高，導(dǎo)致切削阻力增大即不利于切削性能。
錫的添加一方面是為了在晶界處形成薄膜狀CuZnSn硬脆相，進(jìn)一步改善合金的切削性能，且明顯提高合金的抗應(yīng)力腐蝕和抗脫鋅腐蝕性能；另一方面，錫可改善合金中鉍的分布形態(tài)，使其由連續(xù)薄膜狀沿晶分布，轉(zhuǎn)變?yōu)轭w粒狀分布于晶內(nèi)和晶界，降低含鉍黃銅的熱脆和冷脆傾向，有利于合金的冷熱成形，還有細(xì)化γ相的作用。錫含量控制在0.2～1.0wt％范圍內(nèi)為宜，更高的錫含量，會(huì)增加原材料成本，而且合金的鍛造成型性能和力學(xué)性能下降。
在本發(fā)明合金中，選擇添加少量鉍是為了進(jìn)一步改善合金的切削性能，鉍含量控制在0.2～0.5wt％范圍內(nèi)。鉍含量少于0.2wt％，不足以滿足實(shí)際生產(chǎn)對(duì)切削性能的要求；高于0.5wt％原材料成本增加，鍛造成型性能下降。
添加鎂是為了脫氧和細(xì)化晶粒，且可防止低壓鑄造和焊接時(shí)鑄件開裂，與銅形成的少量金屬間化合物Cu2Mg也有利于切削性能，其含量控制在0.02-0.1wt％為宜，更高的含量不僅會(huì)氧化生渣降低鑄造性能，而且降低本發(fā)明合金的耐蝕性。
本發(fā)明提供了制造上述黃銅合金的方法，該方法包括配料、熔煉、澆注合金錠、重熔和砂型鑄造，其中所述澆注合金錠的溫度為990～1060℃，所述砂型鑄造的溫度為1000～1060℃。
本發(fā)明提供了另一種制造上述黃銅合金的方法，該方法包括配料、熔煉、水平連鑄棒、扒皮和加熱鍛造，其中所述水平連鑄的溫度為990～1060℃，所述加熱鍛造的溫度為650～760℃。
本發(fā)明提供了又一種制造上述黃銅合金的方法，該方法包括配料、熔煉、水平連鑄圓錠、擠壓和加熱鍛造，其中所述水平連鑄的溫度為990～1060℃，所述擠壓的溫度為650～760℃，所述加熱鍛造的溫度為650～760℃。
本發(fā)明制造上述黃銅合金的工藝流程圖如圖1所示。
本發(fā)明的黃銅合金與現(xiàn)有技術(shù)相比，至少具有以下有益效果 本發(fā)明的黃銅合金具有優(yōu)異的耐蝕性能，特別是抗應(yīng)力腐蝕性能，在不退火消除裝配應(yīng)力的情況下，在濃度遠(yuǎn)高于國家標(biāo)準(zhǔn)的14％濃度氨水環(huán)境中，氨熏24小時(shí)無明顯應(yīng)力腐蝕開裂現(xiàn)象； 本發(fā)明的黃銅合金中不添加鎳，且鉍、錫的含量低，因而，與低鋅高硅黃銅(CN1969050A)及鉍錫黃銅(CN1906317A)相比合金原材料成本明顯降低； 本發(fā)明的黃銅合金不含鉛或銻等有毒元素，是環(huán)保型合金，對(duì)人體及環(huán)境的危害低，在水中溶出量符合NSF/ANSI61-2008標(biāo)準(zhǔn)； 本發(fā)明合金具有優(yōu)良的使用性能(耐蝕性能、力學(xué)性能等)和工藝性能(鑄造性能、冷熱成型性能、切削性能、焊接性能等)，尤其適合于鑄造、鍛造生產(chǎn)飲用水供給系統(tǒng)零部件，如水龍頭產(chǎn)品和各類閥門。



圖1是制造本發(fā)明的黃銅合金的工藝流程圖。

具體實(shí)施例方式 下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的描述。
實(shí)施例 本發(fā)明的黃銅合金成分及用作對(duì)比研究的合金成分列于表1，其中，合金1-2用于水平連鑄錠擠壓成棒材后熱鍛成型，制備工藝如圖1所示，配料、熔煉、水平連鑄圓錠、擠壓和加熱鍛造，其中所述水平連鑄的溫度為990～1060℃，所述擠壓的溫度為650～760℃，所述加熱鍛造的溫度為650～760℃。
合金3-4用于水平連鑄棒熱鍛成型，制備工藝如圖1所示，配料、熔煉、水平連鑄棒、扒皮和加熱鍛造，其中所述水平連鑄的溫度為990～1060℃，所述加熱鍛造的溫度為650～760℃。
合金5-8用于澆注合金錠重熔砂型鑄造，制備工藝如圖1所示，配料、熔煉、澆注合金錠、重熔和砂型鑄造，其中所述澆注合金錠的溫度為990～1060℃，所述砂型鑄造的溫度為1000～1060℃。
合金9、10為對(duì)比合金，用于澆注合金錠重熔砂型鑄造，制備工藝如圖1所示，配料、熔煉、澆注合金錠、重熔和砂型鑄造，其中所述澆注合金錠的溫度為990～1060℃，所述砂型鑄造的溫度為1000～1060℃。
合金ZCuZn40Pb2、C36000、C87850為對(duì)比合金。
表1本發(fā)明的合金及對(duì)比合金成分(wt％) 以下將對(duì)上述合金進(jìn)行性能檢測(cè)，具體性能檢測(cè)結(jié)果如下 1.鑄造性能 采用鑄造合金的4種標(biāo)準(zhǔn)試樣來評(píng)價(jià)表1中合金5-10以及合金ZCuZn40Pb2和C87850的鑄造性能體收縮試樣，用于評(píng)價(jià)合金的集中縮孔、分散縮孔和疏松的特征；螺旋形試樣，用于測(cè)定合金熔體的流淌長度；條形試樣，用于測(cè)定合金的線收縮率和抗彎折性能(測(cè)彎折角度)；不同厚壁的環(huán)形試樣，用于評(píng)價(jià)合金的抗縮裂能力。體收縮試樣的集中縮孔表面光滑、且集中縮孔底部無肉眼可見疏松、試樣剖面無肉眼可見分散縮孔為優(yōu)，用“○”表示；集中縮孔表面較光滑，其底部肉眼可見疏松高度小于5mm，試樣剖面無肉眼可見分散縮孔為良，用“△”表示；集中縮孔表面不光滑，其底部肉眼可見疏松高度大于5mm，不管剖面有無分散縮孔為差，用“×”表示；環(huán)形試樣鑄造表面或拋光后表面有可見裂紋為差，用“×”表示，無裂紋為優(yōu)，“○”表示。結(jié)果見表2。
表2試驗(yàn)合金的鑄造性能測(cè)試結(jié)果

由上表可知，合金5-10具有比ZCuZn40Pb2和C87850合金更優(yōu)異的流動(dòng)性和抗彎折能力，且線收縮率更低，其中合金5-8具有比合金9-10更優(yōu)異的流動(dòng)性能。
2.鍛造性能 從Φ29mm的水平連鑄棒上切取長度(高度)35mm的試樣，在680℃、750℃溫度下熱鍛變形，并采用下述的鐓粗率，觀察產(chǎn)生裂紋的情況，對(duì)表1中合金1-4和合金C36000的熱鍛造性能進(jìn)行評(píng)價(jià)。
鐓粗率(％)＝[(35-h)/35]×100％(h為熱鐓粗后試樣的高度) 鍛造試樣表面光潔，有光澤，無明顯裂紋，則為優(yōu)，用“○”表示；表面較粗糙，無明顯裂紋則為良，用“△”表示；有肉眼可視裂紋則為差，用“×”表示。結(jié)果如表3所示。
表3試驗(yàn)合金的熱鍛造性能測(cè)試結(jié)果
由上表可知，在同一鍛造溫度下，合金1-4的鐓粗率稍高于合金C36000，熱鍛造性能更優(yōu)異。
3.切削性能 試樣為鑄態(tài)，采用相同的刀具、相同的切削速度和相同的進(jìn)刀量。刀具型號(hào)VCGT160404-AK H01(韓國KORLOY公司)，轉(zhuǎn)速570r/min，進(jìn)給0.2mm/r，背吃刀量單邊2mm，采用北京航空航天大學(xué)研制的車、銑、鉆、磨通用切削力測(cè)試儀分別測(cè)量表1中合金C36000和合金1-10的切削阻力，計(jì)算得出相對(duì)切削率，結(jié)果見表4。
4.力學(xué)性能 合金1-4為鑄態(tài)，由水平連鑄Φ29mm棒機(jī)加成

試樣；合金5-10為砂型鑄造試樣，鑄態(tài)，在室溫進(jìn)行拉伸試驗(yàn)，對(duì)比試樣為同狀態(tài)同規(guī)格的含鉛黃銅ZCuZn40Pb2，結(jié)果見表4。
5.抗脫鋅腐蝕性能 脫鋅試驗(yàn)按照GB/T 10119-2008進(jìn)行，對(duì)比樣為ZCuZn40Pb2含鉛黃銅，試樣為鑄態(tài)。測(cè)得的最大脫鋅腐蝕深度如表4所示。
表4試驗(yàn)合金的抗脫鋅腐蝕性能、力學(xué)性能及切削性能
由上表可知，合金1-10具有優(yōu)異的抗脫鋅腐蝕性能，脫鋅層深度均小于500mm，遠(yuǎn)低于有鉛銅ZCuZn40Pb2合金的脫鋅層深度，抗拉強(qiáng)度、延伸率及硬度與ZCuZn40Pb2合金相當(dāng)，其中合金1-8的抗拉強(qiáng)度和硬度明顯高于合金9-10，合金1-10的相對(duì)切削阻力相差不大，相對(duì)切削率均高于80％。
6.水中金屬溶出量
對(duì)表1中合金1-10和C36000元素在水中的溶出量測(cè)定按NSF/ANSI61-2008標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行，檢測(cè)儀器為電感耦合等離子質(zhì)譜儀(Varian 820-MSIcp.Mass Spectrometer)[美國瓦里安公司(NasdaqGSVARI)]，時(shí)間為19天，試樣為砂型鑄造或鍛造的球閥，檢驗(yàn)結(jié)果見表5。
由表5可知，合金1-10在水中金屬的溶出量遠(yuǎn)低于C36000合金在水中金屬的溶出量，合金1-10在水中金屬的溶出量均符合NSF/ANSI 61-2008飲用水標(biāo)準(zhǔn)，適于生產(chǎn)飲用水系統(tǒng)零部件，而合金C36000在水中的鉛溶出量遠(yuǎn)高于NSF/ANSI 61-2008飲用水標(biāo)準(zhǔn)，不適合用于生產(chǎn)飲用水系統(tǒng)零部件。
7.抗應(yīng)力腐蝕性能 試驗(yàn)材料1/2英寸球閥和1英寸球閥，包括未組裝產(chǎn)品和組裝產(chǎn)品。組裝產(chǎn)品又分為空載(未接外接管)及加載(接外接管)兩種。
外部加載1/2英寸球閥閥帽緊固扭矩30Nm，進(jìn)出水口加載90Nm1英寸球閥閥帽緊固扭矩60Nm，進(jìn)出水口加載137Nm 組裝產(chǎn)品不退火消除裝配應(yīng)力 試驗(yàn)環(huán)境方法一按ISO6957-1988要求配制試驗(yàn)溶液 方法二14％濃度的氨水 試驗(yàn)時(shí)間12h，24h 判定方法用15倍的放大觀察氨熏試樣表面 對(duì)比試樣ZCuZn40Pb2、C36000含鉛黃銅和C87850高銅硅黃銅。
試樣在兩種試驗(yàn)環(huán)境下氨熏后，取出試樣，先用水沖洗干凈，然后于室溫下在5％的硫酸溶液中清洗試樣表面的腐蝕產(chǎn)物，再用水沖洗并吹干，最后用15倍的放大觀察氨熏試樣表面是否有裂紋。若表面無明顯裂紋，用“○”表示；若表面有微小裂紋，用“△”表示；若表面有明顯裂紋，用“×”表示。結(jié)果見表6。
表6試驗(yàn)合金的抗應(yīng)力腐蝕性能結(jié)果

由表6可知，按照ISO 6957-1988試驗(yàn)方法進(jìn)行氨熏試驗(yàn)后，合金1-10、ZCuZn40Pb2鉛黃銅、C36000鉛黃銅和C87850硅黃銅(高銅低鋅)的未組裝和組裝產(chǎn)品表面均無明顯可見裂紋，即使經(jīng)14％濃度氨水氨熏24h后，合金1-8的未組裝以及裝配扭矩為90Nm的1/2英寸球閥和裝配扭矩為137Nm的1英寸球閥組裝產(chǎn)品表面仍無明顯可見裂紋，而合金9的組裝產(chǎn)品空載時(shí)經(jīng)14％濃度氨水氨熏24h后表面便有微小裂紋，對(duì)于裝配扭矩為90Nm的1/2英寸球閥和裝配扭矩為137Nm的1英寸球閥組裝產(chǎn)品，經(jīng)14％濃度氨水氨熏12h和24h后，表面均有明顯可見裂紋。由此可見，本發(fā)明合金1-8的抗應(yīng)力腐蝕性能明顯優(yōu)于合金9-10、ZCuZn40Pb2和C36000鉛黃銅，而與C87850硅黃銅相當(dāng)。
由以上性能檢測(cè)結(jié)果可知，與合金C36000、ZCuZn40Pb2和C87850相比，本發(fā)明的合金1-8具有優(yōu)異的鑄造性能、鍛造性能和力學(xué)性能，相對(duì)切削率高，抗脫鋅腐蝕性能好，水中金屬溶出量符合NSF/ANSI 61-2008飲用水標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定，特別是具有非常優(yōu)異的抗應(yīng)力腐蝕性能，因此可用于生產(chǎn)裝配應(yīng)力不便消除的大規(guī)格閥門(其裝配扭矩為90～137Nm)；而合金9-10的鑄造性能、力學(xué)性能、抗脫鋅腐蝕性能均比合金1-8差，尤其是抗應(yīng)力腐蝕性能遠(yuǎn)不如合金1-8，因此不能用于制造大規(guī)格需加載的閥門，而且其原材料成本也比合金1-8稍高。
權(quán)利要求
1.一種無鉛耐腐蝕黃銅合金，該黃銅合金含有57-64wt％的Cu，1.5-5wt％的Fe，0.3-1.5wt％的Al，0.2-1.0wt％的Sn，1.7-4.0wt％的Mn，余量為Zn和不可避免的雜質(zhì)，且所述黃銅合金中Zn的含量大于30wt％。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的無鉛耐腐蝕黃銅合金，其特征在于，所述黃銅合金中Fe的含量優(yōu)選為1.5～4.0wt％，更優(yōu)選為1.5～3.0wt％。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的無鉛耐腐蝕黃銅合金，其特征在于，所述黃銅合金中Al的含量優(yōu)選為0.3～1.0wt％，更優(yōu)選為0.3～0.8wt％。
4.根據(jù)權(quán)利要求1至3中任一項(xiàng)所述的無鉛耐腐蝕黃銅合金，其特征在于，所述黃銅合金中Sn的含量優(yōu)選為0.5～1.0wt％，更優(yōu)選為0.5～0.8wt％。
5.根據(jù)權(quán)利要求1至4中任一項(xiàng)所述的無鉛耐腐蝕黃銅合金，其特征在于，所述黃銅合金中Mn的含量優(yōu)選為1.7～3.5wt％，更優(yōu)選為2.0～3.5wt％。
6.根據(jù)權(quán)利要求1至5中任一項(xiàng)所述的無鉛耐腐蝕黃銅合金，其特征在于，所述黃銅合金還含有Mg和Bi中的至少一種元素，其中Mg的含量為0.02-0.1wt％，Bi的含量為0.2-0.5wt％。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的無鉛耐腐蝕黃銅合金，其特征在于，所述黃銅合金中Mg的含量優(yōu)選為0.02～0.08wt％，更優(yōu)選為0.03～0.06wt％。
8.一種制造權(quán)利要求1至7中任一項(xiàng)所述的無鉛耐腐蝕黃銅合金的方法，該方法包括配料、熔煉、澆注合金錠、重熔和砂型鑄造，其中所述澆注合金錠的溫度為990～1060℃，所述砂型鑄造的溫度為1000～1060℃。
9.一種制造權(quán)利要求1至7中任一項(xiàng)所述的無鉛耐腐蝕黃銅合金的方法，該方法包括配料、熔煉、水平連鑄棒、扒皮和加熱鍛造，其中所述水平連鑄的溫度為990～1060℃，所述加熱鍛造的溫度為650～760℃。
10.一種制造權(quán)利要求1至7中任一項(xiàng)所述的無鉛耐腐蝕黃銅合金的方法，該方法包括配料、熔煉、水平連鑄圓錠、擠壓和加熱鍛造，其中所述水平連鑄的溫度為990～1060℃，所述擠壓的溫度為650～760℃，所述加熱鍛造的溫度為650～760℃。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種無鉛耐腐蝕黃銅合金及其制造方法，本發(fā)明的黃銅合金含有Cu57-64wt％、Fe1.5-5wt％、Al0.3-1.5wt％，Sn0.2-1.0wt％，Mn1.7-4.0wt％，余量為Zn和不可避免的雜質(zhì)，且所述黃銅合金中鋅的含量大于30wt％。本發(fā)明的黃銅合金具有良好的冷加工和熱加工成型性能、鑄造性能、抗脫鋅腐蝕及優(yōu)異的抗應(yīng)力腐蝕性能，適用于需切削加工和磨削加工成型的零部件，尤其適用于裝配應(yīng)力不便消除的鍛件和鑄件，如水龍頭和閥門等。該合金環(huán)保無毒且原材料成本低于無鉛鉍黃銅和錫黃銅，而與鉛黃銅相當(dāng)。
文檔編號(hào)C22C9/04GK101812611SQ201010161798
公開日2010年8月25日 申請(qǐng)日期2010年4月29日 優(yōu)先權(quán)日2010年4月29日
發(fā)明者胡振青, 許傳凱, 龍佳, 周年潤, 呂青, 章四琪 申請(qǐng)人:路達(dá)(廈門)工業(yè)有限公司