專利名稱：無鉛鉍易切削銻黃銅合金的制作方法
無鉛鉍易切削銻黃銅合金
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種含銻的黃銅合金，特別是一種環(huán)保、切削性能、熱加工性能優(yōu)異的無鉛鉍易切削銻黃銅合金。
背景技術(shù)：
黃銅具有較好的力學(xué)性能，其相對低廉的成本及良好的耐腐蝕性能，使它在制造業(yè)中得到廣泛應(yīng)用。由于黃銅具有良好的塑性，切削加工時會產(chǎn)生很長的切屑，長切屑易環(huán)繞成圈，不易斷裂，妨礙了切削加工。為改善黃銅的切削性能，傳統(tǒng)的方法是在黃銅中添加 1 3%鉛。但鉛在熔煉、鑄造過程中會產(chǎn)生有害的蒸氣，并且零件中的鉛會在水中浸出，嚴(yán)重污染環(huán)境，危害人類健康。因此各國相繼公布法令，對銅合金中鉛的含量和在水中鉛的浸出量作出嚴(yán)格限制。為此必須尋找取代鉛的解決方案。目前國內(nèi)外取代鉛的易切削黃銅主要有如下方案以鉍為主的鉍黃銅。這類黃銅以鉍為主，輔助添加銻、碲、硒、鎂等。中國專利申請200910154951. 3公開了 “低成本耐蝕無鉛易切削黃銅及其制造方法”、中國專利申請 200810143071. 1公開了 “一種無鉛易切削黃銅合金”、中國專利申請200710067480. 3公開了 “易切削的無鉛耐蝕低硼鉍黃銅合金及其制備方法”。鉍的熔點低，故主要以薄膜狀分布在最后凝固的晶界上，降低了合金的塑性。在鍛造、焊接等熱加工過程中，鉍的熔化造成晶界開裂。此外，鉍的價格昂貴，增加合金的成本。以硅為主的硅黃銅。中國專利申請200410089150.0公開了“含硅無鉛易切削黃銅合金”、中國專利申請200410004293. 7公開了 “無鉛銅合金和其應(yīng)用”、中國專利申請 200810143070. 7公開了“一種低鉛或無鉛易切削黃銅合金”、美國專利US7，056，396B2公開了 “COPPER/ZINC ALLOYS HAVING LOW LEVELOF LEAD AND GOOD MACHINABILITY”。硅在黃銅中形成脆性的Y相、κ相、μ相，對黃銅的基體起割裂作用，使切屑易于折斷，從而改善切削性能。但硅的鋅當(dāng)量系數(shù)很大，使得黃銅中的鋅加入量減少而銅的加入量增加，從而大大增加了合金的成本。以銻為主的銻黃銅。中國專利申請200910044315. 5公開了 “一種鑄造無鉛易切削黃銅”、中國專利申請200710070290. 7公開了“無鉛易切削黃銅合金型材及其制造方法”。 合金中加入大量的銻，在晶界上形成網(wǎng)狀分布，使合金變脆。而且大顆粒的銻硬度高，對切削刀具造成嚴(yán)重磨損。也有用銻與鎂反應(yīng)形成硬質(zhì)點，改善切削性能，但必須同時添加稀土元素作變質(zhì)處理。由于稀土元素在黃銅熔煉溫度下很容易燒損，因此在銅液需長時間保溫的場合如金屬型鑄造，以及爐料重熔的場合，這種方案并不合適。

發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種無鉛鉍易切削銻黃銅合金，它符合健康和環(huán)保的要求，可進行鑄造、鍛造、焊接等熱加工，成分簡單，成本低廉。本發(fā)明的目的是這樣實現(xiàn)的
無鉛鉍易切削銻黃銅合金包含有銅、銻、鎂、硼、磷、鐵、鋅和不可避免的雜質(zhì)元素， 合金的重量組成為銅58 62 %，銻0. 1 0. 3 %，鎂0. 02 0. 06 %，硼0. 0005 0. 005 %， 磷0. 01 0. 03%，鐵0. 1 0. 5%，其余為鋅和雜質(zhì)元素。銻與鎂反應(yīng)形成熔點高達1245°C 的二元化合物，這種二元化合物溶進銅后形成銻鎂銅三元化合物，銻鎂銅三元化合物在黃銅中呈長條狀，對基體起割裂作用，降低合金的力學(xué)性能。硼加入銅液，作為外來核心，對銻鎂銅三元化合物起變質(zhì)作用，使銻鎂銅三元化合物由長條狀變成粒狀，大大減輕對基體的割裂作用。這些化合物在高于銅液凝固溫度形核、長大，因此其尺寸較大，可達80 μ m，均勻分布于基體中。銻鎂銅三元化合物在切削過程中使切屑折斷，改善了合金的切削性能。鐵與硼共同起細(xì)化晶粒的作用。添加銻后，銅液表面形成一層薄膜，在澆注金屬型鑄件時，鑄件表面形成皺皮。而添加磷可提高銅液的流動性，改善鑄件的表面質(zhì)量。為進一步提高切削性能，在上述無鉛鉍易切削銻黃銅合金中，還添加有鋁，合金的重量組成為銅58 62 %，銻0. 1 0. 3 %，鎂0. 02 0. 06 %，鋁0. 2 0. 7 %，硼0. 0005 0. 005%，磷0.01 0.03%，鐵0. 1 0.5%，其余為鋅及不可避免的雜質(zhì)元素。鋁與銻反應(yīng)形成熔點高達1058°C的粒狀化合物AlSb，大小約15 μ m。AlSb分布于枝晶的凝固前沿， 阻礙枝晶的生長，細(xì)化枝晶組織。隨著枝晶的生長，AlSb被枝晶包裹。所以AlSb主要分布在枝晶組織內(nèi)，改善枝晶的切削性能。 為進一步提高切削性能，在上述無鉛鉍易切削銻黃銅合金中，還添加有錳，合金的重量組成為銅58 62%，銻0. 1 0.3%，鎂0.02 0.06%，鋁0.2 0.7%，錳0. 1 0.5%，硼0. 0005 0. 005 %，磷0. 01 0. 03 %，鐵0. 1 0. 5 %，其余為鋅及不可避免的雜質(zhì)元素。錳與銻反應(yīng)形成熔點為948°C的化合物Mn2Sb,大小約20 μ m。由于Mn2Sb形成溫度較低，故其主要分布在凝固后期形成的基體中，改善基體的切削性能。上述無鉛鉍易切削銻黃銅合金中，所述雜質(zhì)元素中的鉛含量均不超過合金重量的 0. 1%。本發(fā)明的有益效果在于利用銻分別與鎂、鋁、錳在不同的溫度下反應(yīng)形成粒狀化合物，分布在不同的相內(nèi)，使各個相都能獲得良好的切削性能，從而使合金整體得到良好的切削性能；所添加的元素都是生產(chǎn)中常用的元素，價格低廉，因而具有很強的實用性；用于改善切削性能而添加的銻、鋁、錳、硼在熔煉黃銅的條件下不易蒸發(fā)和氧化，在長時間保溫及重熔的條件下燒損少，因此特別適用于連續(xù)熔煉的場合，如金屬型重力鑄造。
具體實施方式
本發(fā)明的無鉛鉍易切削銻黃銅合金的重量組成為銅58 62%，銻0. 1 0. 3%， 鎂 0. 02 0. 06%，硼 0. 0005 0. 005%，磷 0. 01 0. 03%，鐵 0. 1 0. 5%，其余為鋅和
不可避免的雜質(zhì)元素。在上述重量組成中添加鋁0.2 0.7%，錳0. 1 0.5%，有利于進一步改善合金的性能。其中，鎂、鋁、錳分別與銻反應(yīng)，形成15 80 μ m的粒狀化合物，分布于枝晶及基體中，硼的變質(zhì)處理使鎂銻化合物呈粒狀均勻分布，這些粒狀化合物使合金具有良好的切削性能和熱加工性能。由于原材料本身所帶的雜質(zhì)和冶煉質(zhì)量等因素，本發(fā)明的合金允許雜質(zhì)元素中的鉛含量不超過合金重量的0. 1%，由此能防止對人體和環(huán)境帶來惡劣影響，符合健康和環(huán)保的要求。本發(fā)明的黃銅合金改善切削性能的表現(xiàn)形式為切屑變短。在加工過程中，短切屑有利于排屑，從而提高加工速度和加工質(zhì)量；而合金的熱加工性能表現(xiàn)為重熔和長時間保溫后合金仍保持良好的切削性能以及鍛造性能。下面通過實施例，對本發(fā)明的技術(shù)方案作進一步說明。實施例1將銅58 %，鐵0. 5 %，錳0. 5 %熔化形成銅液后，用鐘罩將0. 03 %磷壓入銅液脫氧， 加鋅，用鐘罩將0.3%銻及0. 06%鎂一起壓入銅液，攪拌。再用鐘罩將以銅硼中間合金形式的0.005%硼及0.7%鋁壓入銅液，攪拌，扒渣，沸騰除氣。澆注砂型型鑄件。對該金屬型鑄件進行加工(如攻螺紋等)所形成的切屑為短片錐形螺紋狀。靜置保溫6小時后澆注金屬型鑄件，切屑為1 2圈螺紋狀。實施例2將銅60 %，鐵0. 3 %，錳0. 3 %熔化形成銅液后，用鐘罩將0. 03 %磷壓入銅液脫氧， 加鋅，用鐘罩將0.2%銻及0. 04%鎂一起壓入銅液，攪拌。再用鐘罩將以銅硼中間合金形式的0. 001 %硼及0. 5 %鋁壓入銅液，攪拌，扒渣，沸騰除氣。澆注金屬型鑄件，加工該金屬型鑄件所形成的切屑為短片錐形螺紋狀。靜置保溫4小時后澆注金屬型鑄件，切屑為1 2 圈螺紋狀。實施例3將銅62%，鐵0. 1%，錳0. 熔化形成銅液后，用鐘罩將0.03%磷壓入銅液脫氧， 加鋅，用鐘罩將0. 銻及0. 02%鎂一起壓入銅液，攪拌。再用鐘罩將以銅硼中間合金形式的0.0005%硼及0.2%鋁壓入銅液，攪拌，扒渣，沸騰除氣。澆注金屬型鑄件。切屑為短片錐形螺紋狀。實施例4將實施例1 3中所鑄鑄件的澆冒口等回爐料重熔后澆鑄金屬型鑄件。切屑為短片錐形螺紋狀。實施例5將實施例1 3的合金澆鑄成棒狀試樣后，加工成直徑15mm，高度25mm的圓柱形試樣。加熱至520°C，在壓力機上壓縮至高度為10mm。壓縮比為60%。試樣上下底及側(cè)面均未發(fā)現(xiàn)裂紋。切屑為短片錐形螺紋狀。上述實施例僅為本發(fā)明的較佳實施例，并非用于限定本發(fā)明的范圍，在運用時，可根據(jù)實際需要對上述實施例進行簡化或者等效變化。
權(quán)利要求
1.一種無鉛鉍易切削銻黃銅合金，其特征在于它包含有銅、銻、鎂、硼、磷、鐵、鋅和不可避免的雜質(zhì)元素，合金的重量組成為銅58 62 %，銻0. 1 0. 3 %，鎂0. 02 0. 06 %，硼 0. 0005 0. 005%，磷0.01 0. 03%，鐵0. 1 0. 5%，其余為鋅和雜質(zhì)元素。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的無鉛鉍易切削銻黃銅合金，其特征在于還包含有鋁，合金的重量組成為銅58 62 %，銻0. 1 0. 3 %，鎂0. 02 0. 06 %，鋁0. 2 0. 7 %，硼0. 0005 0. 005%，磷0.01 0. 03%，鐵0. 1 0.5%，其余為鋅及不可避免的雜質(zhì)元素。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的無鉛鉍易切削銻黃銅合金，其特征在于還包含有錳，合金的重量組成為銅58 62 %，銻0. 1 0. 3 %，鎂0. 02 0. 06 %，鋁0. 2 0. 7 %，錳0. 1 0. 5%，硼0. 0005 0. 005%，磷0. 01 0. 03%，鐵0. 1 0. 5%，其余為鋅及不可避免的雜質(zhì)元素。
4.根據(jù)權(quán)利要求1至3任一項所述的無鉛鉍易切削銻黃銅合金，其特征在于所述雜質(zhì)元素中的鉛含量不超過合金重量的0. 1%。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種無鉛鉍易切削銻黃銅合金，該黃銅合金的重量組成為銅58～62％，銻0.1～0.3％，鎂0.02～0.06％，鋁0.2～0.7％，錳0.1～0.5％，硼0.0005～0.005％，磷0.01～0.03％，鐵0.1～0.5％，其余為鋅及其它不可避免的雜質(zhì)元素，不可避免的雜質(zhì)中鉛的含量不超過0.1％。該合金以銻為主，用鎂、鋁、錳分別與銻反應(yīng)，形成15～80μm的粒狀化合物，分布于枝晶及基體中。硼的變質(zhì)處理使鎂銻化合物呈粒狀均勻分布。這些粒狀化合物使合金具有良好的切削性能，并且合金還具有良好的鑄造、鍛造、焊接等熱加工性能，重熔和長時間保溫后合金仍保持良好的切削性能。
文檔編號C22C9/04GK102477497SQ20101057524
公開日2012年5月30日 申請日期2010年11月30日 優(yōu)先權(quán)日2010年11月30日
發(fā)明者鄭恩沛 申請人:逢威工業(yè)(惠陽)有限公司