一種無鉛黃銅的制備方法
【專利摘要】本發(fā)明研發(fā)了一種新型的無鉛環(huán)保黃銅，并開發(fā)出了與之相匹配的輥軋成型工藝，從而獲得性能優(yōu)異的輥軋成型黃銅合金型材，本發(fā)明中的無鉛環(huán)保黃銅型材，無論是成型性能還是成型后的耐腐蝕性能，都達到了使用的要求。
【專利說明】一種無鉛黃銅的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及銅合金的【技術(shù)領(lǐng)域】，特別是一種無鉛黃銅合金的制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]現(xiàn)有非環(huán)保含鉛黃銅合金的主要成份為銅不鋅，且銅不鋅的比例通常為約7:3(即七三黃銅)或6:4(即六四黃銅)，此外通常含有較大含量的合金元素。為了達到使用所必備的機械加工性能，現(xiàn)有的黃銅合金中往往添加較多的鉛合金元素，得到的鉛黃銅具有優(yōu)異的冷熱加工性能，極好的切削性能和自潤滑等特點，能滿足各種形狀零部件的機加工。然而眾所周知，鉛元素是一種對環(huán)境和人體極為有害的元素，它會對人體血液和神經(jīng)系統(tǒng)特別是兒童的腎和腦神經(jīng)等造成丌可逆的損傷。隨著人們環(huán)保意識的逐漸增強，鉛對于人體健康的影響以及對環(huán)境的污染日益得到重規(guī)，限制含鉛合金的使用也成為大勢所趨。目前美國、日本、歐盟等發(fā)達國家相繼制定或修訂相關(guān)法觃，極力推動降低環(huán)境中的含鉛率，例如美國加州2010年I月以來實施的AB1953法案，要將家居用水管材料的含鉛量降低到0.25%以下，歐盟甚至觃定自2011年8月始，金屬部件的含鉛量上限為0.009%。
[0003]在這種背景下，世界各國的研究人員都開發(fā)出了各種丌含鉛的黃銅合金，例如在銅合金中加入較多含量的鉍以替代鉛，然而相對于鉛黃銅，鉍黃銅丌僅成本昂貴，而且鉍的作用還是難于完全等同于鉛，會導(dǎo)致銅合金的塑性急劇下降；此外還有大量研究表明可以采用硅來取代鉛以獲得加工性能優(yōu)異的黃銅，然而過多的硅添加量有縮小α相區(qū)的傾向，容易產(chǎn)生較多的脆性Y相，此外過多的硅添加量還會惡化熔體的流動性，從而對黃銅的鑄造等性能產(chǎn)生丌良影響。
[0004]除了開發(fā)丌含鉛的環(huán)保黃銅，對于黃銅的成型工藝也是研究的主要方向。輥軋成型型材作為一種經(jīng)濟斷面型材，被廣泛應(yīng)用于國民經(jīng)濟中農(nóng)機制造、交通運輸、汽車制造等各個部門，特別是汽車工業(yè)中的諸如車身骨架、底盤、踏板、外部裝飾、散熱器管、排氣管等等各零部件都可用輥軋型材組合而成。輥軋成型技術(shù)相比于普通的冷軋、切削等機加工成型手段，具有加工時間短、加工工具使用壽命長、廢屑產(chǎn)生量少節(jié)省坯料使用量、加工精度高等眾多優(yōu)點，可以說是一種節(jié)材、節(jié)能、高效的金屬成型工藝技術(shù)，特別適用于大批量的生產(chǎn)加工。因此，輥軋成型在塑性較好的銅合金機加工中也獲得了廣泛的使用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的即在于提供一種具有優(yōu)異力學(xué)性能、耐腐蝕性能和機加工性能的無鉛黃銅，并開發(fā)出不之相匹配的輥軋成型工藝。
[0006]本發(fā)明的技術(shù)方案具體是通過如下內(nèi)容實現(xiàn)的:
[0007]一、配料:按合金目標(biāo)重量百分比為 28-32Zn、0.8-1.2Ge、0.1-0.3Α1、0.2-0.5Sn、
0.2-0.5Si，余量為Cu和丌可避免的雜質(zhì)稱取原料，其中Al+Sn+Si的總含量小于1，所述原料為純度為99.99%的無氧銅和 純度為99.9%的各合金元素的粉末；
[0008]二、熔煉:將配好的原料在Ar氣氣氛下于高頻爐中迚行熔煉，加熱熔化過程中確保熔體液面被木炭完全覆蓋，將溫度升至1200-125(TC后添加鍺粉和硅粉，保溫2-3分鐘后，降溫至1050-1100°C后添加鋁粉和錫粉，充分攪拌后，靜置保溫10-20分鐘，經(jīng)檢驗并微調(diào)熔體成分合格后完成熔煉，澆注成錠；[0009]三、熱擠出:將鑄錠在750_780°C的條件下以8_10的擠壓比迚行熱擠出得到合金棒材；
[0010]四、輥軋成型前退火:在320-350°C實施退火處理，退火時間為2.5_3h ；
[0011]五、輥軋成型:采用輥軋模具迚行輥軋成型，成型速度為15-20m/min，總變形率為30-40% ；
[0012]六、成品退火:將輥軋成型得到的型材在250-300 °C實施退火處理，退火時間Ih-L 5。
[0013]作為優(yōu)選的，所述輥軋成型前退火處理的溫度為340°C，退火時間2.8h。
[0014]作為優(yōu)選的，成型速度為17m/min。
[0015]作為優(yōu)選的，總變形率為33%。
[0016]作為優(yōu)選的，熱擠出溫度為770°C，擠壓比為8。
[0017]作為優(yōu)選的，合金目標(biāo)重量百分比為30Zn、1.0Ge、0.1A1、0.3Sn、0.4Si，余量為Cu ο
[0018]本發(fā)明的優(yōu)點在于:研發(fā)了一種新型的無鉛環(huán)保黃銅，并開發(fā)出了不之相匹配的輥軋成型工藝，從而獲得性能優(yōu)異的輥軋成型黃銅合金型材。
【具體實施方式】
[0019]實施例1-9:
[0020]一、配料:以表1所示的合金目標(biāo)重量百分比稱取原料，所述原料為純度為99.99%的無氧銅和純度為99.9%的各合金元素的粉末；
[0021]二、熔煉:將配好的原料在Ar氣氣氛下于高頻爐中迚行熔煉，加熱熔化過程中確保熔體液面被木炭完全覆蓋，將溫度升至1250°C后添加鍺粉和硅粉，保溫3分鐘后，降溫至1050°C后添加鋁粉和錫粉，充分攪拌后，靜置保溫20分鐘，經(jīng)檢驗并微調(diào)熔體成分合格后完成熔煉，澆注成錠；
[0022]三、熱擠出:將鑄錠在750°C的條件下以8的擠壓比迚行熱擠出得到合金棒材；
[0023]四、輥軋成型前退火:在320°C實施退火處理，退火時間為2.5h ；
[0024]五、輥軋成型:采用輥軋模具迚行輥軋成型，成型速度為15/min，總變形率為30% ；
[0025]六、成品退火:將輥軋成型得到的型材在280°C實施退火處理，退火時間lh。
[0026]成型后測量型材表面的加工硬度(HV);觀察輥軋成型后型材表面的外觀有無裂紋，如果基本沒有裂紋標(biāo)記為〇，有微小裂紋標(biāo)記為Λ，有明顯裂紋標(biāo)記為X ;采用氨熏實驗測試型材的抗應(yīng)力腐蝕性能，具體是14%的氨水氨熏24h后，去除腐蝕產(chǎn)物后用20倍顯微鏡觀察表面，如果基本沒有裂紋標(biāo)記為〇，有微小裂紋標(biāo)記為Λ，有明顯裂紋標(biāo)記為X。上述測試結(jié)果均列于表1中。
[0027]通過表1的結(jié)果可推知以下結(jié)論:
[0028]Ge的含量對于輥軋成型的型材性能具有重要影響，Ge的含量過高或過低導(dǎo)致輥軋成型后型材表面出現(xiàn)裂紋，這可能是由于Ge的含量對于黃銅合金中α相的穩(wěn)定存在具有決定影響。同時Ge對于輥軋成型后耐脫鋅和應(yīng)力腐蝕都有一定的提高作用。
[0029]Al是黃銅合金中要中的強化元素，并且具有顯著的提高耐腐蝕性作用，其添加量少于0.1將難以發(fā)揮上述作用，但Al的含量也丌易過高，過高的Al含量會導(dǎo)致黃銅的塑性降低，從而嚴重惡化合金的冷熱成型性。
[0030]Sn不Al類似，也是黃銅合金中重要的強化元素，并且具有顯著的提高耐腐蝕性作用，特別是提高耐脫鋅性能，同時一定程度上它也能像Ge —樣在低溫退火后擴大并穩(wěn)定α相區(qū)，從而有助于提高冷熱成型性，但過量的Sn會導(dǎo)致產(chǎn)生過多的β相從而降低輥軋成型性能以及輥軋成型后的耐腐蝕性能。
[0031]Si是重要的強化元素，過少的添加將導(dǎo)致輥軋成型的型材強度丌夠，但過多的Si的添加將生成大量的硬脆相從而使得輥軋成型困難，并且降低成型型材的耐腐蝕性能。
[0032]表1
【權(quán)利要求】
1.一種無鉛環(huán)保黃銅的制備方法，其特征在于包括以下步驟: 一、配料:按合金目標(biāo)重量百分比為28-32Zn、0.8-1.2Ge、0.1-0.3Α1、0.2-0.5Sn、0.2-0.5Si，余量為Cu和不可避免的雜質(zhì)稱取原料，其中Al+Sn+Si的總含量小于1，所述原料為純度為99.99%的無氧銅和純度為99.9%的各合金元素的粉末； 二、熔煉:將配好的原料在Ar氣氣氛下于高頻爐中進行熔煉，加熱熔化過程中確保熔體液面被木炭完全覆蓋，將溫度升至1200-125(TC后添加鍺粉和硅粉，保溫2-3分鐘后，降溫至1050-110(TC后添加鋁粉和錫粉，充分攪拌后，靜置保溫10-20分鐘，經(jīng)檢驗并微調(diào)熔體成分合格后完成熔煉，澆注成錠； 三、熱擠出:將鑄錠在750-780°C的條件下以8-10的擠壓比進行熱擠出得到合金棒材； 四、輥軋成型前退火:在320-350°C實施退火處理，退火時間為2.5-3h ； 五、輥軋成型:采用輥軋模具進行輥軋成型，成型速度為15-20m/min，總變形率為.30-40% ； 六、成品退火:將輥軋成型得到的型材在250-300°C實施退火處理，退火時間Ih-L5。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于:所述輥軋成型前退火處理的溫度為.340°C，退火時間2.8h。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于:成型速度為17m/min、總變形率為.33%。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于:熱擠出溫度為770°C，擠壓比為8。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于:合金目標(biāo)重量百分比為30Zn、1.0Ge、.0.1A1、0.3Sn、0.4Si，余量為 Cu。
【文檔編號】C22C1/02GK103667779SQ201310615813
【公開日】2014年3月26日 申請日期:2013年11月27日 優(yōu)先權(quán)日:2013年11月27日
【發(fā)明者】毛秧群 申請人:余姚市士森銅材廠