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一種含石墨的易切削鋅白銅合金及其制備工藝的制作方法

文檔序號:3340795閱讀:230來源:國知局
專利名稱:一種含石墨的易切削鋅白銅合金及其制備工藝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明涉及材料技術(shù)領(lǐng)域,尤其是指一種具有優(yōu)良的切削性能、綜合力學(xué)性能和耐蝕性能的環(huán)保的無鉛的含石墨的易切削鋅白銅合金及其制備工藝。
背景技術(shù)
由于含鉛鋅白銅(在鋅白銅中加入O. 5% 2.0%的鉛,以改善其切削性能,也稱為易切削鋅白銅)具有優(yōu)良的切削性能、綜合力學(xué)性能和耐腐蝕性能,同時具有彈性好,易于冷熱壓力加工,易于焊接的特點,因此被廣泛用于制造儀器儀表零件,耐蝕的結(jié)構(gòu)件、插接件,特別在眼鏡配件、儀器儀表、鐘表工業(yè)和醫(yī)療器械等行業(yè),含鉛鋅白銅更是占有重要地位。由于鉛在鋅白銅中主要以游離態(tài)存在,從而導(dǎo)致含鉛鋅白銅零件在使用過程中或廢棄后,因重金屬鉛的不斷溶出對人體健康造成危害并對環(huán)境產(chǎn)生污染。因此,世界各國相繼出臺了對含鉛零件的政府禁令,使得開發(fā)無鉛的環(huán)保合金代替含鉛合金成為當(dāng)今金屬材料制造業(yè)刻不容緩的課題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提出的一種含石墨的易切削鋅白銅合金及其制備工藝,其克服了背景技術(shù)中的含鉛鋅白銅所存在的缺點。本發(fā)明解決其技術(shù)問題的所采用的技術(shù)方案之一是一種含石墨的易切削鋅白銅合金,該鋅白銅合金的重量百分比組成為鎳10% 40%,鋅10% 35%,石墨O. 5% 2. 5%,鈰O. 1% O. 5%,余量為銅和不可避免的雜質(zhì)?!^佳實施例之中該雜質(zhì)中鉛含量小于O. 01%。一較佳實施例之中該鋅白銅合金的重量百分比組成為鎳15% 25%,鋅15% 25%,石墨O. 8% 2. 0%,鈰O. 15% O. 4%,余量為銅和不可避免的雜質(zhì)。本發(fā)明解決其技術(shù)問題的所采用的技術(shù)方案之二是—種含石墨的易切削鋅白銅合金制備工藝,包括 步驟I,球磨混合粉末,該混合粉末中成分重量百分比為鎳10% 40%,鋅10% 35%,石墨O. 5% 2. 5%,鈰O. 1% O. 5%,余量為銅和不可避免的雜質(zhì);步驟2,燒結(jié)混合粉末以生成圓錠,該燒結(jié)工藝壓力15 35MPa,溫度750°C 9500C ;接著圓錠保溫I 2. 5小時,然后冷卻至溫度低于100°C后出爐;步驟3,圓錠熱擠壓處理成棒坯,該熱擠壓工藝溫度750°C 900°C ;步驟4,棒坯冷加工和熱處理成為成品,該熱處理工藝溫度600°C 850°C,保溫時間I. 5 4小時。一較佳實施例之中該步驟I中的混合粉末選用的材料包括銅粉、鎳粉、鋅粉、鈰粉和銅包石墨粉,該銅包石墨粉中石墨質(zhì)量百分比為30 70%。一較佳實施例之中該步驟I中的混合粉末中成分重量百分比為鎳15% 25%,鋅15% 25%,石墨O. 8% 2. 0%,鈰O. 15% O. 4%,余量為銅和不可避免的雜質(zhì)。一較佳實施例之中該步驟I的球磨工藝球磨時間7 20小時,球料比5:1 10:1。一較佳實施例之中該步驟2中的燒結(jié)工藝壓力25 30MPa,溫度800°C 8500C ;圓錠保溫I. 5 2小時,然后冷卻至溫度低于100°C后出爐。一較佳實施例之中該步驟3中熱擠壓工藝溫度800°C 850°C .一較佳實施例之中該步驟4中的熱處理工藝溫度650°C 700°C,保溫時間為2 3小時。本發(fā)明的易切削鋅白銅合金及其制備工藝具有如下優(yōu)點 I、鋅白銅合金包括鎳10% 40%,鋅10% 35%,石墨,鈰O. 1% O. 5%,則能產(chǎn)生技術(shù)效果a、合金中添加O. 5% 2. 5%的石墨,石墨顆粒細(xì)小且分布均勻,石墨顆粒質(zhì)地軟,幾乎不固溶于銅,當(dāng)其彌散地分布于銅基體時,可以起到刀具潤滑和切削斷屑的作用,因此能明顯改善鋅白銅的切削性能,切削性能優(yōu)良;b、合金中添加O. 5% 2. 5%的石墨,石墨顆粒以球狀均勻分布在金屬基體中,具有優(yōu)異的耐蝕性能,耐蝕性能與普通鋅白銅的耐蝕性能基本相同;C、合金中添加O. 1% O. 5%鈰,能細(xì)化合金的晶粒,使合金具有優(yōu)良的綜合機械性能和冷、熱加工性能,使合金在生產(chǎn)過程中無冷裂、熱裂現(xiàn)象,易加工成型,產(chǎn)品性能穩(wěn)定,成品率高,使合金抗拉強度、斷后延伸率和硬度與普通鋅白銅基本相同,并高于含鉛鋅白銅合金的抗拉強度、斷后延伸率和硬度;d、環(huán)保,成本低,且能制成棒材、型材、線材、管材、帶材和板材等制品,能廣泛應(yīng)用于眼鏡配件、儀器儀表、鐘表工業(yè)和醫(yī)療器械等行業(yè)。2、鎳15% 25%,鋅15% 25%,石墨O. 8% 2. 0%,鈰O. 15% O. 4%,成本低,切削性能優(yōu)良,耐蝕性能優(yōu)異,綜合機械性能和冷、熱加工性能優(yōu)良。3、該燒結(jié)工藝壓力15 35MPa,溫度為750°C 950°C;接著保溫I 2. 5小時,然后冷卻至溫度低于100°c后出爐,則a、使石墨粉外層的銅與鋅白銅基體結(jié)合為一體,使石墨顆粒均勻分布在鋅白銅基體中;b、耐蝕性能優(yōu)異,綜合機械性能和冷、熱加工性能優(yōu)良。4、熱擠壓工藝溫度750V 900°C,提高合金綜合機械性能和冷、熱加工性能。5、熱處理工藝溫度為600°C 850°C,保溫時間為I. 5 4小時,提高合金綜合機械性能和冷、熱加工性能。 6、鋅白銅合金中添加銅包石墨粉料,改善鋅白銅的切削性能,保證鋅白銅的熱加工和冷加工性能。
具體實施例方式實施例一一種含石墨的易切削鋅白銅合金,該鋅白銅合金的重量百分比組成為鎳10% 40%,鋅 10% 35%,石墨 O. 5% 2. 5%,鈰 O. 1% O. 5%,例如石墨選 I. 2、I. 5、I. 8%,鈰選 O. 2、O. 3,0. 4%。本實施例之中,重量百分比組成為鎳16%,鋅18%,石墨I(xiàn). 2%,鈰O. 2%,余量為銅和不可避免的雜質(zhì),該雜質(zhì)中鉛含量小于O. 01%。
—種含石墨的易切削鋅白銅合金制備工藝,包括步驟I,球磨混合粉末,該混合粉末選用的材料包括銅粉、鎳粉16%、鋅粉18%、鋪粉O. 2%和銅包石墨粉2. 4%,該銅包石墨粉中石墨質(zhì)量百分比為45 55%,使該混合粉末成分重量百分比為鎳16%,鋅18%,石墨I(xiàn). 2%,鈰O. 2%,余量為銅和不可避免的雜質(zhì)。該步驟I的球磨工藝球磨時間11 13小時,例如12小時;球料比5:1 10:1。步驟2,燒結(jié)混合粉末以生成Φ120_圓錠,先壓制成型,接著真空燒結(jié),該燒結(jié)工藝壓力25MPa,溫度800°C;接著圓錠保溫I. 5小時,然后冷卻至溫度低于100°C后出爐;以使銅包石墨粉外層的銅與白銅基體結(jié)合為一體,石墨顆粒均勻分布在白銅基體中。步驟3,圓錠熱擠壓處理成直徑12mm 18mm的棒坯,該熱擠壓工藝溫度800°C ;步驟4,拉拔棒坯和熱處理成Φ2πιπι的線材成品,先拉拔棒坯成線材,冷加工率在O 60%之間,然后熱處理線材,該熱處理工藝溫度650°C,保溫時間2小時。
本實施例制成的鋅白銅合金的抗拉強度為475MPa,硬度為HV106。本實施例制成的鋅白銅合金具有優(yōu)異的易切削性能、優(yōu)良的綜合機械性能(σ b=470MPa 550MPa)和良好的耐蝕性能,可制成棒材、線材、管材和型材等制品,廣泛應(yīng)用于眼鏡配件、儀器儀表、鐘表工業(yè)和醫(yī)療器械等領(lǐng)域。它與切削性能最佳的鉛黃銅C36000的相對可切削率(作為100%)相比,它的可切削率超過72%,明顯高于普通鋅白銅合金的可切削率20%,與含鉛鋅白銅合金的可切削率75%基本相當(dāng)。本實施例提出的環(huán)保無鉛易切削鋅白銅合金是在普通鋅白銅合金基礎(chǔ)上添加石墨顆粒和微量的金屬鈰。石墨是環(huán)境友好材料,不會對人體和環(huán)境造成任何的污染;同時,石墨顆粒質(zhì)地軟,幾乎不固溶于銅,當(dāng)其彌散地分布于銅基體時,可以起到刀具潤滑和切削斷屑的作用,明顯改善鋅白銅的切削性能。為使各種金屬顆粒能夠牢固地?zé)Y(jié)在一起,向合金中加入了微量的金屬鈰,同時,鈰具有晶粒細(xì)化作用,提高了合金的機械性能和冷、熱加工性能。實施例二一種含石墨的易切削鋅白銅合金,該鋅白銅合金的重量百分比組成為鎳18%,鋅20%,石墨I(xiàn). 8%,鈰O. 3%,余量為銅和不可避免的雜質(zhì),該雜質(zhì)中鉛含量小于O. 01%。—種含石墨的易切削鋅白銅合金制備工藝,包括步驟I,球磨混合粉末,該混合粉末選用的材料包括銅粉、鎳粉18%、鋅粉20%、鋪粉O. 3%和銅包石墨粉3. 6%,該銅包石墨粉中石墨質(zhì)量百分比為45 55%,使該混合粉末成分重量百分比為鎳18%,鋅20%,石墨I(xiàn). 8%,鈰O. 3%,余量為銅和不可避免的雜質(zhì)。該步驟I的球磨工藝球磨時間7 9小時,例如8小時;球料比5:1 10: I。步驟2,燒結(jié)混合粉末以生成Φ 120mm圓錠,該燒結(jié)工藝壓力30MPa,溫度850°C ;接著圓錠保溫2小時,然后冷卻至溫度低于100°C后出爐;使銅包石墨粉外層的銅與白銅基體結(jié)合為一體,石墨顆粒均勻分布在白銅基體中。步驟3,圓錠熱擠壓處理成直徑12mm的棒;K,該熱擠壓工藝溫度850°C ;步驟4,拉拔棒坯和熱處理成Φ2πιπι的線材成品,先拉拔棒坯成線材,然后熱處理線材,該熱處理工藝溫度700°C,保溫時間3小時。本實施例制成的鋅白銅合金的抗拉強度為497MPa,硬度為HV118。以上所述,僅為本發(fā)明較佳實施例而已,故不能依此限定本發(fā)明實施的范圍,即依本發(fā)明專利范圍及說明書內(nèi)容所作的等效變化與修飾,皆應(yīng)仍屬本發(fā)明涵蓋 的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種含石墨的易切削鋅白銅合金,其特征在于該鋅白銅合金的重量百分比組成為鎳10% 40%,鋅10% 35%,石墨O. 5% 2. 5%,鈰O. 1% O. 5%,余量為銅和不可避免的雜質(zhì)。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種含石墨的易切削鋅白銅合金,其特征在于該雜質(zhì)中鉛含量小于O. 01%。
3.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的一種含石墨的易切削鋅白銅合金,其特征在于該鋅白銅合金的重量百分比組成為鎳15% 25%,鋅15% 25%,石墨O. 8% 2. 0%,鈰O. 15% 0.4%,余量為銅和不可避免的雜質(zhì)。
4.一種含石墨的易切削鋅白銅合金制備工藝,其特征在于包括 步驟1,球磨混合粉末,該混合粉末中成分重量百分比為鎳10% 40%,鋅10% 35%,石墨O. 5% 2. 5%,鈰O. 1% O. 5%,余量為銅和不可避免的雜質(zhì); 步驟2,燒結(jié)混合粉末以生成圓錠,該燒結(jié)工藝壓力15 35MPa,溫度750°C 950°C;接著圓錠保溫I 2. 5小時,然后冷卻至溫度低于100°C后出爐; 步驟3,圓錠熱擠壓處理成棒坯,該熱擠壓工藝溫度750V 900°C ; 步驟4,棒坯冷加工和熱處理成為成品,該熱處理工藝溫度600°C 850°C,保溫時間1.5 4小時。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種含石墨的易切削鋅白銅合金制備工藝,其特征在于該步驟I中的混合粉末選用的材料包括銅粉、鎳粉、鋅粉、鈰粉和銅包石墨粉,該銅包石墨粉中石墨質(zhì)量百分比為30 70%。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種含石墨的易切削鋅白銅合金制備工藝,其特征在于該步驟I中的混合粉末中成分重量百分比為鎳15% 25%,鋅15% 25%,石墨O. 8% 2. 0%,鈰O. 15% O. 4%,余量為銅和不可避免的雜質(zhì)。
7.根據(jù)權(quán)利要求4或5或6所述的一種含石墨的易切削鋅白銅合金制備工藝,其特征在于該步驟I的球磨工藝球磨時間7 20小時,球料比5:1 10:1。
8.根據(jù)權(quán)利要求4或5或6所述的一種含石墨的易切削鋅白銅合金制備工藝,其特征在于該步驟2中的燒結(jié)工藝壓力25 30MPa,溫度800°C 850°C;圓錠保溫I. 5 2小時,然后冷卻至溫度低于100°C后出爐。
9.根據(jù)權(quán)利要求4或5或6所述的一種含石墨的易切削鋅白銅合金制備工藝,其特征在于該步驟3中熱擠壓工藝溫度800°C 850°C。
10.根據(jù)權(quán)利要求4或5或6所述的一種含石墨的易切削鋅白銅合金制備工藝,其特征在于該步驟4中的熱處理工藝溫度650°C 700°C,保溫時間為2 3小時。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種含石墨的易切削鋅白銅合金及其制備工藝,該制備工藝包括步驟1,球磨混合粉末,該混合粉末中成分重量百分比為鎳10%~40%,鋅10%~35%,石墨0.5%~2.5%,鈰0.1%~0.5%,余量為銅和不可避免的雜質(zhì);步驟2,燒結(jié)混合粉末以生成圓錠;步驟3,圓錠熱擠壓處理成棒坯;步驟4,棒坯冷加工和熱處理成為成品。它能產(chǎn)生技術(shù)效果1、切削性能優(yōu)良;2、耐蝕性能優(yōu)異;3、合金具有優(yōu)良的綜合機械性能和冷、熱加工性能,使合金在生產(chǎn)過程中無冷裂、熱裂現(xiàn)象,易加工成型,產(chǎn)品性能穩(wěn)定,成品率高,使合金抗拉強度、斷后延伸率和硬度與普通鋅白銅基本相同,并高于含鉛鋅白銅合金的抗拉強度、斷后延伸率和硬度。
文檔編號C22F1/08GK102888528SQ201210362618
公開日2013年1月23日 申請日期2012年9月21日 優(yōu)先權(quán)日2012年9月21日
發(fā)明者梁賀, 黃文輝, 秦如德, 李祥, 盧曉軍 申請人:廈門火炬特種金屬材料有限公司
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