無鉛易切削抗腐蝕性能良好的錫黃銅合金及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明公開一種無鉛易切削抗腐蝕性能良好的錫黃銅合金及其制備方法，該合金的重量百分比組成為：Cu59～62％、Sn0.5～1.0％、Si0.05～0.25％、As0.02～0.10％、0.05％≤P+Sb+Bi<0.2％、B0.002～0.01％，其余為鋅及不大于0.4％的不可避免的雜質(zhì)。本發(fā)明通過控制合金材料中的硅與錫以及砷與硼之間的比例，確保合金材料具有優(yōu)良的切削性能和抗腐蝕性能；同時(shí)嚴(yán)格控制雜質(zhì)含量必須在0.4％以下；制備的無鉛易切削抗腐蝕錫黃銅合金能把抗脫鋅性能控制在最大脫鋅層150μm以下，平均脫鋅層100μm以下并且容易切削，切削性能達(dá)到80％以上，同時(shí)具有高的性價(jià)比。
【專利說明】無鉛易切削抗腐蝕性能良好的錫黃銅合金及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】:
[0001]本發(fā)明涉及一種無鉛易切削、抗腐蝕性能良好(抗脫鋅最大點(diǎn)在150 μ m以下)的錫黃銅合金及其制備方法。
【背景技術(shù)】:
[0002]衛(wèi)浴、閥門行業(yè)，由于美國2014年與飲用水接觸的管件、閥門等部件，都需要執(zhí)行美國加州的法律，即材料的含鉛量小于0.25%，同時(shí)提出抗腐蝕要求，即抗脫鋅最大不超過200 μ m，而美國C46500材料的抗脫鋅最大在300 μ m以上。C69300材料雖能滿足抗脫鋅要求,但由于銅含量過高,生產(chǎn)成本高,難以接受。因此,如何使抗脫鋅能達(dá)到最大不超過150 μ m,抗腐蝕性能好，同時(shí)又能改善切削性能的錫黃銅合金成為行業(yè)亟待解決的技術(shù)問題。

【發(fā)明內(nèi)容】
:
[0003]本發(fā)明針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的上述不足，提供一種既具有良好的抗腐蝕，又具有良好的切削加工性能的無鉛易切削抗腐蝕性能良好的錫黃銅合金。
[0004]為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為:一種無鉛易切削抗腐蝕性能良好的錫黃銅合金，其特征在于，該合金含有以下重量百分比的各組分(該合金的重量百分比組成):Cu59 ~62%、Sn0.5 ~1.0 %、Si0.05 ~0.25%、As0.02 ~0.10%,0.05%(P+Sb+Bi<0.2%, B0.002~0.01%，其余為鋅及不大于0.4%的不可避免的雜質(zhì)。
[0005]本發(fā)明的錫黃銅合金其重量百分比組成優(yōu)選方案之一是:Cu60~62%、Sn0.5~
0.8%,Si0.05 ~0.20%,As0.03 ~0.08%,0.06%^ P+Sb+Bi<0.18%,B0.003 ~0.01%，其余為鋅及不大于0.4%的不可避免的雜質(zhì)。
[0006]本發(fā)明的錫黃銅合金其重量百分比組成優(yōu)選方案之二是:Cu61~62%、Sn0.6~
0.8%,Si0.10 ~0.20%,As0.04 ~0.06%,0.08%^ P+Sb+Bi<0.15%,B0.003 ~0.008%,其余為鋅及不大于0.4%的不可避免的雜質(zhì)。
[0007]本發(fā)明上述優(yōu)選方案二的合金的切削性能比C46500好，與HBi59_2相當(dāng)，能達(dá)到HPb63-3的80%以上(HPb63-3為100% )。抗脫鋅性能優(yōu)于鉛黃銅、鉍黃銅，與硅黃銅相當(dāng)。對(duì)氨熏試驗(yàn)不敏感。
[0008]上述不可避免的雜質(zhì)中的鉛的重量百分比含量不超過0.2% (此處的0.2%為整個(gè)合金中的含量不超過0.2% )，這種程度的鉛含量即使溶解在飲用水或排放在水中，對(duì)環(huán)境和人體都不會(huì)帶來惡劣的影響。 [0009]本發(fā)明無鉛易切削抗腐蝕性能良好的錫黃銅合金中限定金屬元素種類和添加量的原因在于:
[0010]錫:錫在材料中的主要作用是抑制脫鋅，提高耐腐蝕性，改善切削性能。對(duì)于優(yōu)選方案之二，錫含量低于0.6%，抗脫鋅性能不理想，大于0.8%，切削性能變差。所以對(duì)于優(yōu)選方案之二，錫含量的控制范圍應(yīng)在0.6~0.8%。[0011]硅:是為了改善切削性能、熱加工性能和抗應(yīng)力腐蝕性能，并且硅能改善a +β和β黃銅的耐應(yīng)力腐蝕破裂性能。低于0.1%作用不明顯，大于0.2%材料的強(qiáng)度上升，優(yōu)選范圍0.1~0.2%。
[0012]砷:為了改善抗腐蝕性能，少量砷可改善材料的加工性能，對(duì)力學(xué)性能的影響很小，顯著提高銅的再結(jié)晶溫度，砷與錫一起使用，耐腐蝕效果更好。低于0.04%抗脫鋅、耐腐蝕效果變差，高于0.06%，會(huì)影響材料性能，優(yōu)選范圍0.04~0.06%。
[0013]硼:是為了改善抗脫鋅能力，含量小于0.002%，效果不明顯，超過0.01%效果不會(huì)進(jìn)一步改善。硼在銅中固溶度雖然很小，但也隨溫度降低而減小，析出的硼也具有改善切削性能的作用。同時(shí)硼也能細(xì)化材料晶粒，能提高抗應(yīng)力腐蝕能力。硼與砷一起使用，抗脫鋅效果更好。
[0014]磷、銻、鉍:主要是為了改善材料的流動(dòng)性、抗脫鋅性能、抗應(yīng)力腐蝕性能和切削性能。磷和硅的同時(shí)加入，提高銅熔體的流動(dòng)性，對(duì)材料的切削性能有顯著提升。銻、鉍的加入對(duì)于材料的切削性能有更好的提升，并顯著提高材料的抗脫鋅及抗應(yīng)力腐蝕性能。三者用量之和在整個(gè)含量材料中的用量優(yōu)選為0.08~0.15%。(其中鉍含量不大于0.1% )
[0015]銅:銅含量高，a相多，材料抗腐蝕性、塑性較好，但成本趨高，銅含量過低塑性變差，優(yōu)選范圍:優(yōu)選方案一為60.0~62.0%，優(yōu)選方案二為61.0~62.0%。
[0016]本發(fā)明上述組分的用量范圍或者含量，均為重量百分含量。
[0017]本發(fā)明還提供一種上述無鉛易切削抗腐蝕性能良好的錫黃銅合金的制備方法，制備步驟包括:
[0018](I)按照配方比例將各原料稱量后加入到工頻感應(yīng)電爐熔煉，熔煉溫度為1030°C~1060°C得到熔融的銅水，采用木炭覆蓋，在木炭覆蓋前必須把木炭烘干，防止氣體的產(chǎn)生；木炭覆蓋在銅水液面3-5cm的厚度；變質(zhì)、清渣凈化精煉，精煉溫度為1060°C~1100°C，精煉時(shí)間15~30分鐘；
[0019](2)然后將精煉后的熔融銅水液體進(jìn)行全連鑄成直徑163mm的鑄錠，然后采用二次水冷(行業(yè)常規(guī)技術(shù))進(jìn)行冷卻；
[0020](3)將冷卻后的鑄錠加熱至600~660°C，采用1250噸反向擠壓機(jī)擠(1250噸力反向擠壓機(jī)，行業(yè)常規(guī)用詞)擠壓成直徑為18.0mm、剝皮得到直徑為17.0mm的棒坯，然后拉伸到直徑為15.5mm的棒還；
[0021](4)將步驟(3)得到的棒坯于400~500°C消除應(yīng)力及降低脫鋅層退火，保溫時(shí)間4-6小時(shí)，隨爐冷卻，校直后得到最終產(chǎn)品。
[0022]上述步驟⑴中的變質(zhì)、清渣凈化精煉采用向合金原料中加入精煉清渣劑(如市售HS-10銅合金精煉除渣劑)來實(shí)現(xiàn)，其加入量一般為銅合金的0.2-0.3%。
[0023]上述步驟(2)中的
[0024]本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)和有益效果:
[0025] 1.本發(fā)明通過控制合金材料中的硅與錫以及砷與硼之間的比例，確保合金材料具有優(yōu)良的切削性能和抗腐蝕性能；同時(shí)嚴(yán)格控制整個(gè)合金材料中雜質(zhì)含量必須在0.4%以下，以免影響材料的綜合性能；與現(xiàn)有的C46500錫黃銅相比，本發(fā)明無鉛易切削抗腐蝕性能良好的錫黃銅合金可以把抗脫鋅性能控制在最大脫鋅層150 μ m以下，平均脫鋅層100 μ m以下并且容易切削，切削性能達(dá)到80%以上(HPb63-3為100% )，同時(shí)具有高的性價(jià)比。
[0026]2.本發(fā)明的無鉛易切削抗腐蝕性能良好的錫黃銅合金在原來的C46500材料上通過加入硅、錫、砷、硼、磷、銻、鉍等元素提高了材料的切削性能及抗腐蝕性能，基本上與C69300材料相接近，但成本在C69300基礎(chǔ)上降低了 15%左右。
[0027]3.本發(fā)明合金具有優(yōu)異的熱成型性能、抗脫鋅性能及抗應(yīng)力腐蝕性能，優(yōu)良的衛(wèi)生安全性能及切削性能。創(chuàng)新的關(guān)鍵點(diǎn):一是解決抗脫鋅最大不超過150u，最重要是把能提高抗脫鋅能力的元素如何有效的組合，它們含量組合、含量范圍、組合效應(yīng)是關(guān)鍵；二是解決切削性問題難度在于鉛必須0.2%以下，Bi不能超過0.1% (含Bi超過0.1%容易引起材料的脆性)這就需要另辟途徑，關(guān)鍵在于從合金的金相組織和加入的元素入手，以使合金的切削性達(dá)到75% (HPb63-3為100% );三是通過熱處理有效提高材料的抗脫鋅能力；四是通過加工工藝來提高材料的抗脫鋅能力。 【專利附圖】

【附圖說明】
[0028]圖1實(shí)施例1樣品材料的吃刀深度0.5mm ；
[0029]圖2實(shí)施例2樣品材料的吃刀深度0.5mm ；
[0030]圖3實(shí)施例3樣品材料的吃刀深度0.5mm ；
[0031]圖4實(shí)施例4樣品材料的吃刀深度0.5mm ；
[0032]圖5實(shí)施例5樣品材料的吃刀深度0.5mm ；
[0033]圖6實(shí)施例6樣品材料的吃刀深度0.5mm ；
[0034]圖7實(shí)施例7樣品材料的吃刀深度0.5mm ；
[0035]圖8實(shí)施例8樣品材料的吃刀深度0.5mm ；
[0036]圖9實(shí)施例9樣品材料的吃刀深度0.5mm ；
[0037]圖10實(shí)施例子I樣品材料的脫鋅深度；
[0038]圖11實(shí)施例子2樣品材料的脫鋅深度；
[0039]圖12實(shí)施例子3樣品材料的脫鋅深度；
[0040]圖13實(shí)施例子4樣品材料的脫鋅深度；
[0041 ]圖14實(shí)施例子5樣品材料的脫鋅深度；
[0042]圖15實(shí)施例子6樣品材料的脫鋅深度；
[0043]圖16實(shí)施例子7樣品材料的脫鋅深度；
[0044]圖17實(shí)施例子8樣品材料的脫鋅深度；
[0045]圖18實(shí)施例子9樣品材料的脫鋅深度；
【具體實(shí)施方式】:
[0046]下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)描述，但本發(fā)明不僅僅局限于實(shí)施例:
[0047]本發(fā)明實(shí)施例合金樣品制備方法為:
[0048]配料一工頻感應(yīng)電爐熔煉(合金化處理，覆蓋保護(hù)，變質(zhì)清渣凈化精煉)—全連鑄<pl63mm的鑄錠(熔煉溫度1030°C~1060°C，采用二次水冷技術(shù))一1250噸反向擠壓機(jī)
600~660°C擠壓一φ〗8.0—?jiǎng)兤ひ沪咋?Ο—拉伸φ?5,5。(350~450°C消除應(yīng)力退火)。其
中配料過程中用的娃、砷、磷、硼用的是Cu-S1、Cu-As、Cu-P> Cu-B中間合金形式加入，各組分最終含量均落入配分含量范圍。
[0049]對(duì)比合金樣品(表2)也采用同樣的工藝條件加工而成。
[0050]本發(fā)明無鉛易切削抗腐蝕性能良好的錫黃銅材料的各實(shí)施例具體成分含量見表I ;
[0051]對(duì)比例合金材料的具體成分含量見表2 ；
[0052]表3，對(duì)實(shí)施例進(jìn)行了脫鋅腐蝕試驗(yàn)，脫鋅腐蝕試驗(yàn)根據(jù)中國國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T10119-2008《黃銅耐脫鋅腐蝕性能的測(cè)定》進(jìn)行，試驗(yàn)樣和對(duì)比樣平行條件進(jìn)行。
[0053]表3，對(duì)實(shí)施例進(jìn)行了氨熏試驗(yàn)。對(duì)加工率為16.8%的樣品進(jìn)抗應(yīng)力腐蝕性能測(cè)試，并放大十倍觀察樣品表面有無裂紋。氨熏試驗(yàn)的依據(jù)為GB/T10567.2-2007《銅及銅合金加工材殘留應(yīng)力檢驗(yàn)方法氨熏試驗(yàn)法》，我們對(duì)實(shí)施例進(jìn)行了氨水試驗(yàn)法P (0.9g/lm)。試驗(yàn)樣和對(duì)比樣平行條件進(jìn)行。
[0054]表3，對(duì)實(shí)施例進(jìn)行切削性能的評(píng)價(jià)為一般銅合金的切削性能試驗(yàn)方法，即用切屑形態(tài)試驗(yàn)方法進(jìn)行。主軸轉(zhuǎn)速為1000rpm/min,進(jìn)給量為0.16mm/rer,吃刀深度為0.5mm,其中“優(yōu)”表示切削性能很好，“良”表示良好，“差”表示切削性能差。
[0055]表1本發(fā)明實(shí)施例合金組分(wt % )
[0056]
【權(quán)利要求】
1.一種無鉛易切削抗腐蝕性能良好的錫黃銅合金，其特征在于，該合金的重量百分比組成為:Cu59 ~62 %、Sn0.5 ~1.0 %、Si0.05 ~0.25 As0.02 ~0.10 %,0.05 %(P+Sb+Bi<0.2%,B0.002~0.01%，其余為鋅及不大于0.4%的不可避免的雜質(zhì)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的無鉛易切削抗腐蝕性能良好的錫黃銅合金，其特征在于，該合金的重量百分比組成為:Cu60~62%、Sn0.5~0.8%、Si0.05~0.20%, As0.03~0.06%,0.06%≤P+Sb+Bi〈0.18%,B0.003~0.01 %，其余為鋅及不大于0.4%的不可避免的雜質(zhì)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的無鉛易切削抗腐蝕性能良好的錫黃銅合金，其特征在于，該合金的重量百分比組成為:Cu61~62%、Sn0.6~0.8%、Si0.10~0.20%、As0.04~0.06%,0.08%^ P+Sb+Bi<0.15%, B0.003 ~0.008%，其余為鋅及不大于 0.4%的不可避免的雜質(zhì)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的無鉛易切削抗腐蝕性能良好的錫黃銅合金，其特征在于，所述不可避免的雜質(zhì)，其中鉛的重量百分比含量不大于0.2%。
5.一種無鉛易切削抗腐蝕性能良好的錫黃銅合金的制備方法，其特征在于，制備步驟包括: (1)按照配方比例將各原料稱量后加入到工頻感應(yīng)電爐熔煉，熔煉溫度為1030°C~1060°C得到熔融的銅水，采用木炭覆蓋，在木炭覆蓋前必須把木炭烘干，防止氣體的產(chǎn)生；木炭覆蓋在銅水液面3-5cm厚度；經(jīng)過變質(zhì)、清渣凈化精煉，精煉溫度為1060°C~1100°C，精煉時(shí)間15~30分鐘； (2)然后將精煉后的熔融銅水液體進(jìn)行全連鑄成直徑163mm的鑄錠，然后采用二次水冷進(jìn)行冷卻； (3)將冷卻后的鑄錠加熱至600~660°C，采用1250噸反向擠壓機(jī)擠壓成直徑為18.0mm、剝皮得到直徑為17.0mm的棒坯，然后拉伸到直徑為15.5mm的棒坯； (4)將步驟(3)得到的棒坯于400~500°C消除應(yīng)力及降低脫鋅層退火，保溫時(shí)間4-6小時(shí)，隨爐冷卻，校直后得到最終產(chǎn)品。
【文檔編號(hào)】C22F1/08GK104004940SQ201410215078
【公開日】2014年8月27日 申請(qǐng)日期:2014年5月20日 優(yōu)先權(quán)日:2014年5月20日
【發(fā)明者】馮斌, 張路, 賀官兵 申請(qǐng)人:寧波興敖達(dá)金屬新材料有限公司