本發(fā)明系關(guān)于一種無(wú)鉛快削黃銅；特別關(guān)于一種無(wú)鉛快削黃銅，具備良好的抗漏氣密封性、鑄造回熔性和機(jī)械特性。

背景技術(shù)：

傳統(tǒng)含鉛銅合金擁有良好切削性和機(jī)械性質(zhì)而廣泛被作為各種工業(yè)材料上的應(yīng)用，例如：水閥、五金零件類的民生工業(yè)用途，為重要的工業(yè)基礎(chǔ)材料。目前銅合金閥件材料已被廣泛地用在管路零部件當(dāng)中，然而為能車削出閥件、球閥等零件，良好的車削性是必需的。這些常用于閥件、水暖設(shè)備、船舶零件的鑄造銅合金，除了需要抗腐蝕性能之外，另一個(gè)重要的添加元素為鉛，鉛在零件車削過(guò)程扮演著脆化車屑的角色，使車削加工更為容易。但近年受環(huán)保意識(shí)抬頭所影響，故必須考慮添加其它合金元素來(lái)取代鉛在易切銅合金中所扮演的角色。含鉛銅合金會(huì)在生產(chǎn)與使用過(guò)程中，產(chǎn)生鉛蒸氣的釋出對(duì)人體帶來(lái)身體危害，亦會(huì)造成環(huán)境重金屬鉛污染。近年來(lái)各先進(jìn)國(guó)家對(duì)環(huán)境保護(hù)議題日益重視，隨著北美nsf飲用水規(guī)范、歐盟rohs2.0指令、加州無(wú)鉛法案的通過(guò)，紛紛祭出對(duì)銅合金中的鉛含量與飲用水中鉛浸出量的嚴(yán)格限制。

傳統(tǒng)含鉛銅合金進(jìn)行無(wú)鉛化，主要以元素鉍來(lái)取代鉛以加強(qiáng)其易切削效果，中國(guó)專利cn102828064b、cn102071336b揭示添加含鉍含量為0.3至3.5重量％的高鉍黃銅，其切削性已相當(dāng)接近于鉛黃銅。然而，由于鉍的熔點(diǎn)僅有271℃，其在鑄造凝固過(guò)程中易產(chǎn)生熱裂傾向，且高鉍黃銅并非作為需進(jìn)行焊接用途閥件的理想材料，其原因在于，一旦焊接溫度高于鉍的熔點(diǎn)，所述的基于高鉍黃銅的鑄件即產(chǎn)生熱脆缺陷，從而造成輸送高壓氣體、流體的閥件產(chǎn)生泄漏。

為降低鉍的使用，以相對(duì)廉價(jià)且易取得的硅元素取代鉍，乃是一項(xiàng)新趨勢(shì)。先前技術(shù)中無(wú)鉛黃銅合金所添加的合金元素，包含硅、鉍、石墨、錫、鐵和鈣等元素，其中在黃銅內(nèi)添加適量硅元素，可產(chǎn)生固溶強(qiáng)化的效果，并增加合金鑄造流動(dòng)性與可焊接性等優(yōu)點(diǎn)。因此利用硅元素作為添加元素以制備無(wú)鉛黃銅合金，已成為開(kāi)拓環(huán)保硅黃銅合金 的重點(diǎn)。如：先前技術(shù)的astmc87800硅黃銅合金，即是透過(guò)添加含量為3.8至4.2重量％的硅至黃銅中，從而獲得具有優(yōu)異機(jī)械強(qiáng)度、抗腐蝕的高硅無(wú)鉛黃銅合金；然，先前技術(shù)的astmc87800合金由于合金中硅含量的提升，造成所述的合金的粥狀區(qū)間(mushyzone)大幅擴(kuò)展，在材料手冊(cè)中被歸納為具備寬廣凝固區(qū)間的合金(凝固區(qū)間溫度為95℃，詳見(jiàn)：americansocietyformetals所出版的「copperandcopperalloys」的鑄造用銅合金章節(jié))，此性質(zhì)易導(dǎo)致astmc87800合金所形成的鑄件在凝固過(guò)程中，生成疏松的缺陷，從而使鑄件氣密性不佳，產(chǎn)生泄漏情形。

另一方面，先前技術(shù)c87800硅青銅合金，系由成份為cu-14zn-4si所構(gòu)成的三元合金，由于所述的合金添加硅元素以和具備低于15重量％鋅含量，其具有與紫銅相似的優(yōu)良抗脫鋅腐蝕能力；然而合金成份會(huì)顯著影響凝固特性，其硅含量高達(dá)4重量％，擴(kuò)大了硅青銅凝固區(qū)間，導(dǎo)致凝固過(guò)程呈粥狀凝固型態(tài)，較適合以鑄模蓄熱系數(shù)低的金屬永久模，利用壓鑄法與適當(dāng)流路設(shè)計(jì)方案引導(dǎo)鑄件產(chǎn)生方向性凝固的鑄造制程。目前大多數(shù)銅合金廠商主要利用砂模鑄造法生產(chǎn)閥件產(chǎn)品，所述的先前技術(shù)仍無(wú)法符合實(shí)用需求。

專利tw577931和tw421674揭示，添加2至4重量％的硅元素作為無(wú)鉛黃銅合金的主要合金強(qiáng)化元素，雖然能提高熔湯流動(dòng)能力以提高鑄造性；但硅元素產(chǎn)生耐磨損的κ、γ硬質(zhì)析出相會(huì)影響刀具使用壽命，并仍需借著微量鉛的添加(少于0.4重量％)，方可進(jìn)一步得到優(yōu)選的被削性。

taha等人[ainshamsengineeringjournal，vol.3，2012，pp.383-392.]以先前技術(shù)含鉛硅黃銅作為研究基礎(chǔ)(60重量％cu、0.25至5.5重量％si、和0.15至0.5重量％pb)，以六四黃銅合金基底，添加1-4重量％si和0.5重量％al取代鉛進(jìn)行改良，發(fā)現(xiàn)硅含量為3-4重量％si，產(chǎn)生η-cu8znsi與χ-cu8znsi析出物，使組織更微細(xì)且強(qiáng)度更高，同時(shí)也具備優(yōu)選流動(dòng)性，但鑄件孔隙分率提高。puathawee等人[advancedmaterialsresearch，vol.802，2013，pp.169-173]在cu-zn-xsi-0.6sn(x＝0.5，1，2，3)合金，發(fā)現(xiàn)隨硅含量提高，γ相從等軸β相晶界析出，形成網(wǎng)狀組織，添加錫之后比起添加前，能使β、γ相更均勻分散，同時(shí)提高合金硬度至hv398，γ相的產(chǎn)生能使車削斷屑變得容易，同時(shí)γ相硬脆的特性也造成刀具磨損變得嚴(yán)重。

由此可見(jiàn)，硅的固溶強(qiáng)化效果相當(dāng)顯著，因此需調(diào)整適當(dāng)硅添加量防止過(guò)多γ硬質(zhì)相產(chǎn)生使機(jī)械性質(zhì)劣化，日本三寶伸銅工業(yè)oishi等人[materialstransactions，vol.67，2003，pp.219-225]，發(fā)明一種含有75.5cu-3si-0.1p-zn的無(wú)鉛硅黃銅合金成份專利，組織為α+γ+κ相所組成，并沒(méi)有觀察到殘留β相和平衡穩(wěn)定相μ的析出，合金具備良好鍛 造性、易鑄造、抗脫鋅、易切削性能。

由于寬廣的凝固區(qū)間會(huì)影響液相進(jìn)行補(bǔ)充收縮的能力，當(dāng)液相無(wú)法有效補(bǔ)充復(fù)雜交錯(cuò)的樹(shù)枝狀晶時(shí)，導(dǎo)致鑄件產(chǎn)生細(xì)微縮孔，因此了解合金的凝固區(qū)間顯得相當(dāng)重要。日本學(xué)者小林與丸山[日本金屬學(xué)會(huì)會(huì)報(bào)，第43卷，2004，第647-650頁(yè)]以熱電偶測(cè)量到無(wú)鉛cac403(cu-10sn-2zn)較含鉛cac406(cu-5sn-5pb-5zn)的凝固區(qū)間更為寬大，表示鉛的移除對(duì)于合金的鑄造特性會(huì)造成影響，因而在銅合金熔煉與鑄造條件更需要嚴(yán)格控制。

因此，業(yè)界亟需可符合無(wú)鉛化規(guī)范且兼?zhèn)渲瞥躺a(chǎn)便利性的新型無(wú)鉛黃銅合金材料以取代傳統(tǒng)含鉛銅合金，例如，一種具備熔鑄便利以和易切削加工的無(wú)鉛黃銅，在鑄造過(guò)程中不生成疏松組織，使鑄件具備氣密性，甚至具有抗脫鋅腐蝕，符合用于運(yùn)輸氣體、流體用途的高質(zhì)量閥件所需的性能。

本發(fā)明透過(guò)成分調(diào)整方式改善硅青銅凝固區(qū)間寬的特性，針對(duì)適合用于砂模鑄造生產(chǎn)的合金成份設(shè)計(jì)，降低鑄件因粥狀凝固而產(chǎn)生鑄件疏松、縮孔等凝固缺陷傾向，以提升鑄件健全性。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明為符合環(huán)境永續(xù)發(fā)展與工業(yè)應(yīng)用所需，遵循無(wú)鉛化理念和兼具機(jī)械強(qiáng)度、易鑄造特性，故選擇以先前技術(shù)七三黃銅為基材，添加硅為主合金元素，并微量復(fù)合添加鋁、銻、錫、錳、鎳、硼等合金元素，進(jìn)行無(wú)鉛硅黃銅合金特性改善。

本發(fā)明的一目的系提供一種無(wú)鉛快削黃銅合金，改善了先前技術(shù)astmc87800高硅黃銅合金中，因?qū)拸V凝固溫度區(qū)間導(dǎo)致凝固過(guò)程過(guò)長(zhǎng)，使鑄物布滿巢狀疏松縮孔，造成鑄件密封性不良導(dǎo)致泄漏的缺點(diǎn)；另一方面，專利tw577931、tw421674所揭露的合金中，其添加了高含量的硅元素于黃銅合金，導(dǎo)致產(chǎn)生κ、γ等硬質(zhì)相，而損害刀具壽命、增加切削加工所需時(shí)間等問(wèn)題，于本發(fā)明中一并獲得解決。

本發(fā)明的另一目的系提供易鑄造、低加工耗時(shí)具焊接性的含硅無(wú)鉛黃銅，此為一種含有：65至75重量％的銅，22.5至32.5重量％的鋅，0.5至2.0重量％的硅和其他不可避免的雜質(zhì)。此合金組成范圍，系能夠符合生產(chǎn)高質(zhì)量閥件所需具備的材料制造特性。

前述本發(fā)明硅元素的添加，可使少量的合金析出物在樹(shù)枝晶間形成，成為車削加工時(shí)的車屑斷裂起始源，解決高硅黃銅合金不易鑄造以和不易切削加工的缺點(diǎn)。

令人驚訝地發(fā)現(xiàn)，本發(fā)明將黃銅合金中鋅含量調(diào)整至22.5至32.5重量％、硅含量則降低至0.5至2.0重量％，且其中所述的黃銅合金中銅和鋅的含量的總和系97.5重量％ 或更高，優(yōu)選系97.5與98.5重量％時(shí)，本發(fā)明包含銅和鋅的總量為97.5重量％的黃銅合金，可以在兩相區(qū)間液相不斷晶出α-cu，同時(shí)釋放凝固潛熱而阻止合金內(nèi)部溫度下降。因此在非平衡凝固條件下，殘余液相內(nèi)的鋅原子一旦達(dá)到包晶反應(yīng)所需濃度，β相消耗剩余富有溶質(zhì)的液相，并從初晶α-cu的表面開(kāi)始成核成長(zhǎng)，而發(fā)生l+α-cu→β包晶反應(yīng)轉(zhuǎn)變，由冷卻曲線可看出，低于液相線后的包晶反應(yīng)平臺(tái)傾斜微幅傾斜，最后在859.7℃結(jié)束包晶反應(yīng)，且仍保有31.7℃兩相區(qū)間溫度。能縮小所述的黃銅合金的凝固區(qū)間。具體言之，本發(fā)明無(wú)鉛快削黃銅合金藉由鋅含量的提高，可顯著降低合金液相線溫度；然，黃銅合金中隨銅與鋅以外其他合金元素的添加，其α與β相以外的晶出相所占的比例亦隨之提升，并導(dǎo)致所述的合金兩相間溫度可擴(kuò)大至50℃或更高；令人驚訝地發(fā)現(xiàn)，本發(fā)明黃銅合金中銅和鋅的總量系97.5重量％或更高，優(yōu)選系97.5與98.5重量％的范圍，相較于先前技術(shù)所揭露的黃銅合金，其所具有的兩相區(qū)間溫度已可大幅降低至約30℃。

另一方面，本發(fā)明包含總含量為97.5重量％或更高，優(yōu)選系97.5與98.5重量％的銅和鋅，與0.5至2.0重量％的硅的黃銅合金中，其合金結(jié)構(gòu)組織系由α+β相所構(gòu)成；本領(lǐng)域技術(shù)人員當(dāng)能了解，考慮合金α相所具有延性較高的性質(zhì)，與過(guò)量富硅γ相富集于晶界現(xiàn)象可提升斷屑性質(zhì)的相互權(quán)衡；本發(fā)明已令人驚訝的發(fā)現(xiàn)，藉由上述成分比例的調(diào)控，除具有適當(dāng)延性α相比例之外，亦可使本發(fā)明無(wú)鉛快削黃銅合金的γ相占有適當(dāng)?shù)姆致?，且本發(fā)明無(wú)鉛快削黃銅合金的γ相可于α和β相界處產(chǎn)生，且析出量明顯減少，同時(shí)也大幅降低γ相沿著β相界析出的網(wǎng)狀析出物，γ相轉(zhuǎn)變成以顆粒狀，并均勻彌散在α相和β相間。因此，前述本發(fā)明無(wú)鉛快削黃銅合金的組成，業(yè)具備適當(dāng)強(qiáng)度的機(jī)械性質(zhì)、并達(dá)到易斷屑的功效。

本發(fā)明無(wú)鉛快削黃銅合金，其中所述的黃銅合金可進(jìn)一步包含至少一種選自由鋁、錫、錳、鎳、銻、和硼所組成的群的元素，其中所述的等元素的總含量為2.5重量％或更少。

本發(fā)明無(wú)鉛快削黃銅合金，其中所述的黃銅合金進(jìn)一步包含至少一種選自錫、錳、鎳或銻元素，所述的錫、錳或銻元素含量各為0.01至0.55重量％或鎳為0.01至0.8重量％，且其中所述的等元素的總含量系2.5重量％或更少。

本發(fā)明無(wú)鉛快削黃銅合金，其中所述的黃銅合金進(jìn)一步包含至少一種選自由0.1至1.0重量％的鋁、0.01至0.55重量％的錫、0.01至0.55重量％的錳、0.01至0.8重量％的鎳、0.01至0.55重量％的銻、和0.001至0.1重量％的硼所組成的群的元素，其中所述的等元素的總含量系2.5重量％或更少。

本發(fā)明無(wú)鉛快削黃銅合金，其中所述的黃銅合金中銅和鋅含量的總和系97.5重量％或更多，優(yōu)選為銅與鋅含量的總和為97.5與98.5之間。

本發(fā)明無(wú)鉛快削黃銅合金，其中銅含量的下限值為65重量％、67重量％、或68重量％，銅含量的上限值為70重量％、73重量％、或75重量％。銅含量的范圍可以為前述下限值和上限值的任意組合，例如優(yōu)選為68至70重量％。

本發(fā)明無(wú)鉛快削黃銅合金，其中硅含量的下限值為0.5重量％、0.75重量％、1重量％、1.1重量％、1.15重量％、1.3重量％、或1.45重量％，硅含量的上限值為1.35重量％、1.5重量％、1.75重量％、或2.0重量％。硅含量的范圍可以為前述下限值和上限值的任意組合，例如優(yōu)選為1.0至1.5重量％、1.1至1.35重量％。

本發(fā)明無(wú)鉛快削黃銅合金，其中所述的黃銅合金進(jìn)一步包含鋁，其含量的下限值為0.1重量％、0.15重量％、0.2重量％、或0.25重量％，上限值為0.30重量％、0.45重量％、0.5重量％、0.6重量％、或1.0重量％。鋁含量的范圍可以為前述下限值和上限值的任意組合，例如0.1至1.0重量％，優(yōu)選為0.2至0.5重量％，更優(yōu)選為0.15至0.30重量％。

如前述本發(fā)明無(wú)鉛快削黃銅合金，其中所述的黃銅合金進(jìn)一步包含0.01至0.55重量％的錫。錫含量的下限值為0.01重量％、0.05重量％、0.075重量％、0.10重量％、0.20重量％、或0.25重量％，上限值為0.10重量％、0.20重量％、0.25重量％、0.3重量％、0.40重量％、0.45重量％、或0.55重量％。錫含量的范圍可以為前述下限值和上限值的任意組合，例如優(yōu)選為0.01至0.2重量％、0.1重量％或更少。

本發(fā)明無(wú)鉛快削黃銅合金，其中所述的黃銅合金進(jìn)一步包含0.01至0.55重量％的錳。錳含量的下限值為0.01重量％、0.05重量％、0.075重量％、0.10重量％、0.20重量％、或0.25重量％，上限值為0.10重量％、0.20重量％、0.25重量％、0.3重量％、0.40重量％、0.45重量％、或0.55重量％。錳含量的范圍可以為前述下限值和上限值的任意組合，例如優(yōu)選為0.01至0.25重量％，更優(yōu)選為0.10至0.20重量％。

本發(fā)明無(wú)鉛快削黃銅合金，其中所述的黃銅合金進(jìn)一步包含0.8重量％或以下的鎳。鎳含量的下限值為0.01重量％、0.05重量％、0.075重量％、0.10重量％、0.20重量％、或0.25重量％，上限值為0.10重量％、0.20重量％、0.25重量％、0.3重量％、0.40重量％、0.45重量％、或0.55重量％、0.65重量％、0.78重量％、或0.80重量％。鎳含量的范圍可以為前述下限值和上限值的任意組合，例如0.01至0.55重量％，優(yōu)選為0.01至0.25重量％，更優(yōu)選為0.10至0.20重量％。

本發(fā)明無(wú)鉛快削黃銅合金，其中所述的黃銅合金進(jìn)一步包含0.01至0.55重量％的 銻。銻含量的下限值為0.01重量％、0.05重量％、0.075重量％、0.10重量％、0.20重量％、或0.25重量％，上限值為0.10重量％、0.20重量％、0.25重量％、0.3重量％、0.40重量％、0.45重量％、或0.55重量％。銻含量的范圍可以為前述下限值和上限值的任意組合，例如0.1％至0.45重量％，優(yōu)選為0.15％至0.45重量％，更優(yōu)選為0.20％至0.45重量％。

如前述本發(fā)明無(wú)鉛快削黃銅合金，其中所述的黃銅合金進(jìn)一步包含0.001至0.1重量％的硼，硼含量的下限值為0.001重量％、0.005重量％、0.01重量％、0.02重量％、0.03重量％、0.04重量％、0.05重量％、0.06重量％、0.07重量％、0.08重量％、或0.09重量％，上限值為0.005重量％、0.01重量％、0.015重量％、0.025重量％、0.035重量％、0.045重量％、0.055重量％、0.065重量％、0.075重量％、0.085重量％、0.095重量％、或0.1重量％。硼含量的范圍可以為前述下限值和上限值的任意組合，優(yōu)選為0.001至0.05重量％，更佳為0.001至0.02重量％。

如前述本發(fā)明無(wú)鉛快削黃銅合金，其中所述的黃銅合金不可避免的鉛含量系0.15重量％或更少，優(yōu)選系0.1重量％或更少。

如前述本發(fā)明無(wú)鉛快削黃銅合金，其中所述的黃銅合金不可避免的鐵含量系0.15重量％或更少。

如前述本發(fā)明無(wú)鉛快削黃銅合金，其中所述的黃銅合金所包含其他不可避免的雜質(zhì)，例如但不限于至少一種選自由鉍、鉛、鐵、硫、磷或硒等，所述的不可避免的雜質(zhì)的總量系0.5％或更少，例如優(yōu)選為0.3％或更少。

本發(fā)明無(wú)鉛快削黃銅合金的一優(yōu)選態(tài)樣，其中所述的黃銅合金進(jìn)一步包含至少一種選自由0.2至0.5重量％的鋁、0.01至0.2重量％的錫、0.01至0.25重量％的錳、0.01至0.55重量％的鎳、0.1至0.45重量％銻、和0.001至0.05重量％的硼所組成的群的元素，其中所述的元素的總含量系2.5重量％或更少，且其中所述的黃銅合金中鋅與銅的總含量系為97.5重量％或更多。

本發(fā)明另關(guān)于一種澆鑄方法，其利用如前述的黃銅合金的熔湯，澆鑄于濕砂模、呋喃砂?；蚪饘倌Ｖ校孕纬设T件。

如前述本發(fā)明的澆鑄方法，其中所述的澆鑄系在1000至1050℃的澆鑄溫度下進(jìn)行。

如前述本發(fā)明的澆鑄方法，其中所述的鑄件進(jìn)一步經(jīng)加工機(jī)具切削，而產(chǎn)生加工件和其加工屑。

如前述本發(fā)明的澆鑄方法，其中所述的黃銅合金的熔湯進(jìn)一步包含如前述本發(fā)明的方法所產(chǎn)生的加工件或其加工屑的回熔。

本發(fā)明無(wú)鉛快削黃銅合金系如前述具優(yōu)異熔鑄性，適用于各種鑄物制品，諸如：利用砂模鑄造、重力鑄造、金屬模鑄造制程所獲致的鑄物制品；船舶零件；水用五金；管路零部件和其配件；閥門，諸如：球閥、閘閥、逆止閥、非升桿閘閥、升桿閘閥、蝶閥；過(guò)濾器，諸如：y型過(guò)濾器；泵浦；或形狀復(fù)雜的零件(諸如：軸承、螺絲、螺帽、軸襯、齒輪、油壓構(gòu)件等)。本發(fā)明無(wú)鉛快削黃銅合金尤其適用于各種耐壓制品，諸如如高壓閥件、噴嘴、高壓管、壓力泵等。

本發(fā)明無(wú)鉛快削黃銅合金最終而且最重要的需求特性為材料熔鑄相關(guān)的抗泄漏密封性。因此，本發(fā)明另關(guān)于一種無(wú)鉛黃銅合金鑄物制品，諸如：閥件(如，球閥、閘閥、逆止閥、非升桿閘閥、升桿閘閥、或蝶閥)，管路零部件，或過(guò)濾器(如，y型過(guò)濾器)等，其包含如前述本發(fā)明無(wú)鉛快削黃銅合金。

如本發(fā)明無(wú)鉛黃銅合金鑄物制品，諸如：閥件(如，球閥、閘閥、逆止閥、非升桿閘閥、升桿閘閥、或蝶閥)，管路零部件，或過(guò)濾器(如，y型過(guò)濾器)等，其在900psi或更高的壓力下不產(chǎn)生泄漏。

如本發(fā)明無(wú)鉛黃銅合金鑄物制品，諸如：閥件(如，球閥、閘閥、逆止閥、非升桿閘閥、升桿閘閥、或蝶閥)，管路零部件，或過(guò)濾器(如，y型過(guò)濾器)等，其抗拉強(qiáng)度的下限值系280mpa或更高、331mpa或更高、355mpa或更高、409mpa或更高、450mpa或更高。

如本發(fā)明無(wú)鉛黃銅合金鑄物制品，諸如：閥件(如，球閥、閘閥、逆止閥、非升桿閘閥、升桿閘閥、或蝶閥)，管路零部件，或過(guò)濾器(如，y型過(guò)濾器)等，其破斷伸長(zhǎng)率的下限值系8％或更高、9％或更高、16％或更高、20％或更高、25％或更高、或32％或更高。

本發(fā)明無(wú)鉛快削黃銅合金具有下列特點(diǎn)與優(yōu)勢(shì)：1.相較于含鉛黃銅，擁有近似的易削特性；2.所述的鑄造合金擁有極佳的回熔性與熔解便利性；3.機(jī)械強(qiáng)度優(yōu)異以和可使用在焊接用途，沒(méi)有含鉍黃銅合金有熱脆疑慮且密封性優(yōu)良；4.具備抗脫鋅腐蝕性，以上特性均能符合高價(jià)值、高質(zhì)量閥件所需具備的材料特色。

本發(fā)明無(wú)鉛快削黃銅合金的凝固區(qū)間

關(guān)于本發(fā)明的一態(tài)樣，本發(fā)明無(wú)鉛快削黃銅合金，進(jìn)一步以元素含量分別為0.1至1.0重量％的鋁和0.01至0.55重量％的錫復(fù)合添加時(shí)，由于微量添加的鋁、錫元素相較于銅，屬于低熔點(diǎn)元素，導(dǎo)致低熔點(diǎn)的液相溶質(zhì)隨著凝固進(jìn)行持續(xù)釋出潛熱直至凝固結(jié)束，因此在較低溫度才完全進(jìn)入固相區(qū)，所述的經(jīng)鋁、錫復(fù)合添加的黃銅合金，其兩相 區(qū)溫度區(qū)間約為60℃。

關(guān)于本發(fā)明的一態(tài)樣，本發(fā)明無(wú)鉛快削黃銅合金可進(jìn)一步添加元素含量0.1至1.0重量％的鋁，其兩相區(qū)間仍可保持為35℃；且本發(fā)明提高鋁元素添加至1.0重量％，可進(jìn)一步使固相線溫度下降，且完成包晶反應(yīng)的溫度相對(duì)降低。

關(guān)于本發(fā)明的一態(tài)樣，本發(fā)明無(wú)鉛快削黃銅合金可進(jìn)一步添加元素含量為0.01至0.55重量％的錳，所述的黃銅合金具有更窄，約為30℃的兩相區(qū)間。

另一方面，本發(fā)明無(wú)鉛快削黃銅合金可藉由加入至少一種選自由硅、鋁、錫和錳所組成的群的元素，可去除熔湯的有害氣體，以達(dá)到凈化熔體，減少凝固過(guò)程析出氣體的來(lái)源，例如：氧、氮、氫、二氧化碳，此外，本發(fā)明無(wú)鉛快削黃銅合金的凝固區(qū)間較于astmc87800先前技術(shù)的硅黃銅合金，除具有更狹窄的凝固溫度區(qū)間之外，亦能提高熔湯的充型能力，本發(fā)明無(wú)鉛快削黃銅合金經(jīng)鑄造凝固后，可獲得致密的鑄造組織，從而大幅提高鑄件良率與氣密性。

本發(fā)明無(wú)鉛快削黃銅合金的機(jī)械性質(zhì)

本發(fā)明無(wú)鉛快削黃銅合金成份，系進(jìn)一步針對(duì)硅含量作修改，調(diào)降硅含量至0.5至2.0重量％，優(yōu)選系1.1至1.35重量％，以防止過(guò)量γ相在晶界上析出對(duì)機(jī)械性質(zhì)帶來(lái)負(fù)面影響，本發(fā)明無(wú)鉛快削黃銅合金成份另可進(jìn)一步添加0.1至1.0重量％的鋁元素作為合金的固溶強(qiáng)化元素。

本發(fā)明無(wú)鉛快削黃銅合金將硅含量調(diào)整至0.5至2.0重量％，優(yōu)選系1.1至1.35重量％，其從x射線繞射分析顯示本發(fā)明無(wú)鉛快削黃銅合金主要由α+β雙相組織構(gòu)成；此外，本發(fā)明無(wú)鉛快削黃銅合金的一態(tài)樣，其可進(jìn)一步添加0.1至1.0重量％的鋁元素，經(jīng)x射線繞射分析后，位于43.4°的β相繞射峰訊號(hào)明顯較高，與顯微組織觀察到β相分率較高有一致的趨勢(shì)。

關(guān)于本發(fā)明無(wú)鉛快削黃銅合金的鑄態(tài)強(qiáng)度觀察，本發(fā)明無(wú)鉛快削黃銅合金雖將硅調(diào)降至0.5至2.0重量％，優(yōu)選系1.1至1.35重量％，但藉由提升鋅含量至22.5至32.5重量％，或進(jìn)一步添加0.1至1.0重量％的鋁，其可補(bǔ)足了原硅元素所帶來(lái)的固溶強(qiáng)化效果，使得本發(fā)明無(wú)鉛快削黃銅合金相當(dāng)接近商用c87800硅青銅的機(jī)械強(qiáng)度。

本發(fā)明無(wú)鉛快削黃銅合金的切削加工性

先前技術(shù)系透過(guò)易削鉛、鉍元素添加、以改變切削參數(shù)來(lái)達(dá)到提高刀具使用壽命、降低車削加工成本與產(chǎn)生不連續(xù)車屑等目的，亦可藉由本發(fā)明提高黃銅合金的22.5至 32.5重量％的鋅含量，且銅和鋅的總量系97.5重量％或更多來(lái)達(dá)成，其鋅含量的增加可使本發(fā)明無(wú)鉛快削黃銅合金具備較高的硬度、且延性不佳的β相組織亦可提供車屑切削斷裂源位置，同時(shí)本發(fā)明無(wú)鉛快削黃銅合金設(shè)計(jì)中，所添加至0.5至2.0重量％，優(yōu)選系1.1至1.35重量％的硅所產(chǎn)生硬脆γ與κ相，亦有前述提升斷屑的功效。

關(guān)于本發(fā)明的一態(tài)樣，本發(fā)明無(wú)鉛快削黃銅合金可進(jìn)一步添加0.001至0.1重量％的硼，優(yōu)選為0.001至0.05重量％，更優(yōu)選為0.001至0.02重量％的硼元素或0.01至0.8重量％的鎳，本發(fā)明無(wú)鉛快削黃銅合金中鎳的添加使α相型態(tài)發(fā)生改變，由針狀費(fèi)德曼轉(zhuǎn)變成樹(shù)枝狀結(jié)構(gòu)，相較于未添加硼或鎳元素成份的無(wú)鉛快削黃銅合金的組織，所述的進(jìn)一步包含硼或鎳元素合金的γ相，系以顆粒狀型態(tài)分布于α+β兩相間；且當(dāng)添加硼時(shí)，γ相尤其沿著相界析出；另一方面，鎳的添加可使富硅溶質(zhì)液體從已凝固α相的樹(shù)枝晶間排出；因此，進(jìn)一步添加0.001至0.1重量％的硼或0.01至0.8重量％的鎳，可在枝晶間處產(chǎn)生β相與γ相之間金屬化合物，而從eds分析可進(jìn)一步確認(rèn)，所述的γ相中鋅和硅的濃度確實(shí)較與母相的濃度為高。

雖然前述進(jìn)一步添加0.001至0.1重量％的硼或0.01至0.8重量％的鎳所產(chǎn)生的γ相，對(duì)于合金的延展性可能構(gòu)成負(fù)面影響；但對(duì)于本發(fā)明無(wú)鉛快削黃銅合金而言，由于缺乏傳統(tǒng)易削元素鉛或鉍的添加，因此需要仰賴組織中具有硬脆特性的化合物相產(chǎn)生，藉以達(dá)到分?jǐn)嘟M織連續(xù)性的目的，而引發(fā)類似于鉛的在銅合金中切削斷屑作用，同時(shí)又不會(huì)大幅降低合金機(jī)械性質(zhì)，實(shí)有其必要性。據(jù)上，本發(fā)明無(wú)鉛快削黃銅合金，γ相在合金組織中系扮演影響合金機(jī)械性質(zhì)與切削能力的角色；當(dāng)進(jìn)一步添加0.001至0.1重量％的硼或0.01至0.8重量％的鎳所產(chǎn)生以顆粒狀型態(tài)均勻彌散在α相和β相之間的γ相時(shí)，為其理想的析出型態(tài)。

本發(fā)明無(wú)鉛快削黃銅合金的脫鋅腐蝕性

本發(fā)明無(wú)鉛快削黃銅合金具有22.5至32.5重量％的鋅含量，本發(fā)明無(wú)鉛快削黃銅合金隨著鋅含量提升，組織內(nèi)β相分率也隨之變高，當(dāng)鋅含量高于15重量％便會(huì)明顯產(chǎn)生鋅的選擇性溶解問(wèn)題，遭受腐蝕的脫鋅層會(huì)殘留多孔且疏松的純銅，即為脫鋅腐蝕現(xiàn)象。

本發(fā)明系提供一種兼?zhèn)淇姑撲\腐蝕的無(wú)鉛快削黃銅合金，本發(fā)明黃銅合金可進(jìn)一步包含微量的硼、鎳或銻，以提高本發(fā)明黃銅合金中抗脫鋅能力。

關(guān)于本發(fā)明無(wú)鉛快削黃銅合金的一態(tài)樣，其進(jìn)一步包括0.001至0.1重量％的硼，優(yōu)選為0.02％或以下的硼元素和/或0.01至0.8重量％，優(yōu)選0.01至0.55重量％的鎳， 以期提升抗脫鋅腐蝕能力。本發(fā)明無(wú)鉛快削黃銅合金，亦可進(jìn)一步添加0.01至0.55重量％，優(yōu)選為0.15至0.45重量％，更優(yōu)選為0.25至0.45重量％的銻有抵抗脫鋅腐蝕效果，符合iso6509-1：2014規(guī)范低于腐蝕100μm的標(biāo)準(zhǔn)，大幅改善所述的黃銅合金的抗脫鋅腐蝕性。所述的無(wú)鉛黃銅合金的合金組成，不但符合無(wú)鉛化標(biāo)準(zhǔn)亦具有優(yōu)選抗脫鋅特性，改良習(xí)知黃銅合金所含鋅含量高于15重量％時(shí)，便會(huì)明顯產(chǎn)生脫鋅腐蝕現(xiàn)象。

本發(fā)明無(wú)鉛快削黃銅合金的合金重熔特性

良好與便利的材料鑄造回熔性系為發(fā)明的一目的。本發(fā)明無(wú)鉛快削黃銅合金可形成具狹窄凝固區(qū)間，有利于凝固階段可較快通過(guò)粥狀區(qū)；故本發(fā)明無(wú)鉛快削黃銅合金亦擁有高熔鑄便利性。此處熔鑄便利性系指投入相當(dāng)為本發(fā)明無(wú)鉛快削黃銅合金組成范圍所需的合金原料，包括：車屑、流道、二次回爐料，其等經(jīng)熔解后，由于低熔點(diǎn)的特性，能減低熔解所需時(shí)間，而達(dá)到鑄造時(shí)降低電力耗能的目的，且本發(fā)明快削黃銅合金的合金重熔時(shí)，毋須藉由額外的物理機(jī)械、化學(xué)藥劑進(jìn)行除氣精煉；且熔湯又能具備優(yōu)異的流動(dòng)性、清凈度，本發(fā)明關(guān)于無(wú)鉛快削黃銅合金的鑄造方法，可有效重復(fù)利用車屑、回爐料降低回收處理成本。由圖1(a)的比較例，清楚顯示習(xí)知銅合金進(jìn)行重熔后的鑄件布滿孔洞缺陷，本發(fā)明無(wú)鉛快削黃銅合金經(jīng)重熔鑄造成型后的鑄件，不但凝固收縮狀態(tài)良好，組織致密度高且無(wú)凝固疏松缺陷產(chǎn)生，如圖1(b)所示。又相較于astmc87800高硅黃銅或tw577931專利所揭示的材料，本發(fā)明無(wú)鉛快削黃銅合金有著較低的含銅量，具有降低原料成本的優(yōu)點(diǎn)，且本發(fā)明藉由提供一種新穎無(wú)鉛黃銅合金以提供現(xiàn)今先前技術(shù)中硅黃銅易有凝固缺陷所造成問(wèn)題的解決方案，且進(jìn)一步解決習(xí)知硅黃銅合金應(yīng)用于鑄造高壓閥件時(shí)，所產(chǎn)生的泄漏問(wèn)題。

本發(fā)明無(wú)鉛快削黃銅合金經(jīng)過(guò)添加硼、鎳元素，其合金的凝固區(qū)間仍維持在35℃，對(duì)兩相區(qū)并無(wú)造成擴(kuò)大的影響。

關(guān)于本發(fā)明無(wú)鉛快削黃銅合金的另一態(tài)樣，其進(jìn)一步包括0.01至0.8重量％，優(yōu)選0.01至0.55重量％的鎳，本發(fā)明鎳的添加可使得凝固型態(tài)產(chǎn)生變化，本發(fā)明無(wú)鉛快削黃銅合金在903℃先晶出α-cu，β相則在888℃晶出，溫度降到869℃為合金的固相線溫度，表示β相與液相的包晶反應(yīng)已結(jié)束。從dsc曲線可明顯區(qū)分出有兩個(gè)放熱峰，分別對(duì)應(yīng)到α相與β相依序晶出，由于鎳為α相穩(wěn)定化元素且熔點(diǎn)高，造成α相晶出溫度提高。

關(guān)于本發(fā)明無(wú)鉛快削黃銅合金的一優(yōu)選態(tài)樣，其中銅含量系為65重量％與75重量％之間，且銅與鋅含量的總和為97.5與98.5之間，如前述硅元素發(fā)揮良好固溶強(qiáng)化效用， 而使所述的合金有優(yōu)選機(jī)械強(qiáng)度和延伸性，故所述的添加元素硅的含量為1.0至1.5重量％；鋁的含量為0.1至0.6重量％；并包含選自由下列元素所組成的群中至少一者：0.01至0.2重量％的錫、0.15至0.45重量％的銻和0.01至0.25的錳重量％。

關(guān)于本發(fā)明無(wú)鉛快削黃銅合金的一優(yōu)選態(tài)樣，其中銅含量為65重量％與75重量％之間，硅含量為1.0重量％與1.5重量％之間，另添加含量為0.01至0.55重量％的銻，獲得兼具易削性與機(jī)械強(qiáng)度的無(wú)鉛快削黃銅合金。本發(fā)明藉由均勻析出于α-cu固溶體相間的銅-硅-銻化合物，從而使本發(fā)明無(wú)鉛快削黃銅合金于車削加工過(guò)程，產(chǎn)生近似鉛、鉍元素添加于黃銅合金的易切效果，再者，本發(fā)明無(wú)鉛快削黃銅合金，具有相組織單純的優(yōu)點(diǎn)，兩相區(qū)間溫度僅30至35℃。

添加高含量的固溶強(qiáng)化錳元素使其形成金屬間化合物的原理亦被應(yīng)用于本發(fā)明無(wú)鉛快削黃銅合金之中，關(guān)于本發(fā)明無(wú)鉛快削黃銅合金一優(yōu)選態(tài)樣，于其中銅含量為65至75重量％之間，鋅含量為22.5至32.5重量％，硅含量為0.5至2.0重量％，錳含量為0.1至0.55重量％之間，其中所述的合金中銅和鋅含量的總和系97.5重量％或更多。令人驚訝地發(fā)現(xiàn)，本發(fā)明無(wú)鉛快削黃銅合金所進(jìn)一步包含0.1至0.55重量％之間的錳，可形成組織為α相基地和少量β相并散布著mn5si3高硬度的金屬間化合物，從而提供良好耐磨特性，并同時(shí)具備較窄的兩相區(qū)間，其約為30至35℃。

附圖說(shuō)明

圖1：回爐料經(jīng)重熔澆鑄成鑄錠的截面比較，(a)astmc87800先前技術(shù)硅黃銅比較例；(b)本發(fā)明無(wú)鉛快削黃銅合金s73m5，顯示組織致密收縮狀況優(yōu)良。

圖2：本發(fā)明無(wú)鉛快削黃銅合金t73m其鑄態(tài)顯微組織光學(xué)顯微鏡影像：(a)t73m5、(b)t73m5b、(c)t73m5n。

圖3：本發(fā)明無(wú)鉛快削黃銅合金呈現(xiàn)短c型和不連續(xù)狀型態(tài)的加工車屑：(a)t73m5、(b)t73m5b、(c)t73m5n。

圖4：利用本發(fā)明無(wú)鉛快削黃銅合金(t73m5b)所鑄造的閥件，其利用氬焊接合后，焊道周圍無(wú)龜裂痕的外觀。

具體實(shí)施方式

依本發(fā)明的前述技術(shù)內(nèi)容，詳述既有專利材料、商業(yè)用無(wú)鉛銅材料衍伸出待解決的技術(shù)問(wèn)題點(diǎn)，于以下配合參考本案圖式的優(yōu)選實(shí)施例的詳細(xì)說(shuō)明中，將清楚揭示本發(fā)明 無(wú)鉛快削黃銅合金的優(yōu)點(diǎn)與特性，較先前技術(shù)材料的優(yōu)異之處。

本發(fā)明具體實(shí)施方式藉由以下實(shí)例具體說(shuō)明：

實(shí)例1：無(wú)鉛快削黃銅合金的制造

本實(shí)例材料使用c1100純銅、c87800硅青銅母合金錠、七三黃銅作為熔煉材料，并在出爐前投入額外所需的純鋁(99.9％)、純錫(99.8％)、純銻(99.8％)、硼銅、99％純度的含30至70重量％錳的錳銅母合金、或c7541洋白銅(銅-鋅-15％鎳母合金)。由合金成份設(shè)計(jì)使用上述熔煉材料進(jìn)行秤重配料后，依照材料熔點(diǎn)由高至低，依序投入高周波熔解爐進(jìn)行熔解作業(yè)，坩堝材質(zhì)為石墨。為降低鋅熔解耗損，于930℃添加純鋅，升溫到1050℃±25℃出湯，將熔湯表面氧化渣撈除后，于950℃將熔湯澆鑄到預(yù)先準(zhǔn)備好的濕砂模內(nèi)，利用分光儀(廠牌：德國(guó)spectromaxx)進(jìn)行成份分析，檢測(cè)結(jié)果如表1所示。

本實(shí)施例所示范選用的熔煉材料，本領(lǐng)域技術(shù)人員當(dāng)可視需要調(diào)整和選用，除其中選用的銅、鋅和硅元素之外，例如鋁或錳，均非達(dá)成本發(fā)明的必要元素。

表1：本發(fā)明無(wú)鉛快削黃銅合金的化學(xué)成分(重量％)

實(shí)例2：含硅量的影響

比較例73m4的黃銅合金(si＞2.0％)主要是以α+β+γ相所組成。其γ相析出集中在β相晶界上以和內(nèi)部，由于γ相質(zhì)地硬脆，當(dāng)析出過(guò)量γ相會(huì)造成合金強(qiáng)度過(guò)高并大幅 降低延伸性。根據(jù)eds分析結(jié)果所示，γ相為富鋅、硅元素化合物相。由于大量粗化的γ相析出于β相晶界處，可能對(duì)機(jī)械性能造成負(fù)面影響。為了改善硅含量超過(guò)2.0重量％時(shí)，產(chǎn)生過(guò)量富硅γ相富集于晶界的現(xiàn)象，本發(fā)明無(wú)鉛快削黃銅合金s73m5、sa73m5令人驚訝地發(fā)現(xiàn)，將硅含量調(diào)整至2.0重量％或以下時(shí)(約1.24至1.25重量％)，從繞射分析顯示本發(fā)明無(wú)鉛快削黃銅合金s73m5、sa73m5主要為α+β雙相組織構(gòu)成；此外，從繞射圖可看出sa73m5位于43.4°的β相繞射峰訊號(hào)較高，與顯微組織觀察到β相分率較高有一致的趨勢(shì)。

另一方面，從s73m5、sa73m5的顯微組織觀察可確認(rèn)α相為針狀費(fèi)德曼組織，其余為β相與繞射分析結(jié)果相符。此外，繞射分析中并未比對(duì)到γ相的訊號(hào)，由其的sem圖可以發(fā)現(xiàn)，γ相主要系從α、β相界處產(chǎn)生，且析出量明顯減少，同時(shí)也大幅降低γ相沿著β相界析出的網(wǎng)狀析出物，γ相轉(zhuǎn)變成以顆粒狀均勻分布在相界處的型態(tài)，顯示本發(fā)明無(wú)鉛快削黃銅合金降低硅含量會(huì)使γ相數(shù)量減少。因此在本發(fā)明無(wú)鉛快削黃銅合金透過(guò)降低硅含量至2.0重量％或以下的設(shè)計(jì)策略，可提升合金強(qiáng)度與延展性使銅合金材料具備適當(dāng)機(jī)械性質(zhì)。

實(shí)例3：車削性測(cè)試

本實(shí)例利用傳統(tǒng)車床車削材料，測(cè)試不同成份銅合金材料在相同加工條件下，其斷屑能力。車削刀具材料系以市售舍棄式碳化鎢刀片，刀尖r角為0.4mm，配合車削條件為進(jìn)刀深度1mm，進(jìn)刀速度0.09mm/rev，車床轉(zhuǎn)速550r.p.m進(jìn)行車削測(cè)試，車削完畢后，隨機(jī)搜集20根車屑進(jìn)行稱重與量測(cè)車屑長(zhǎng)度并結(jié)合iso3685規(guī)范的車屑型態(tài)分類標(biāo)準(zhǔn)做為判別銅合金易削性的良窳。

典型的c36000含鉛快削黃銅組織乃是α+β雙相結(jié)構(gòu)以和散布于α、β晶界的純鉛所構(gòu)成，以符合對(duì)材料切削性、強(qiáng)度需求，同時(shí)也是易削程度100％的標(biāo)準(zhǔn)品，為呼應(yīng)環(huán)保法令的要求，本發(fā)明無(wú)鉛快削黃銅合金t73m5、t73m5b、t73m5n所例示的三種合金的顯微組織，具有提升斷屑效果的γ相析出物形成，圖3顯示t73m5、t73m5b、t73m5n合金的車屑呈c字型不連續(xù)狀。

本發(fā)明為了在機(jī)械性質(zhì)、車削性質(zhì)兩個(gè)互相矛盾的性質(zhì)上，選擇了對(duì)機(jī)械強(qiáng)度影響較低的合金設(shè)計(jì)策略，透過(guò)硅含量的調(diào)整，控制硬脆γ相以顆粒狀分布在相界上，降低硬脆析出物對(duì)合金強(qiáng)度的負(fù)面影響，，從而可獲得等同于c84400含鉛黃銅的易削性(易削程度90％)，貼近習(xí)知含鉛黃銅所需的加工時(shí)間，顯著地較其他兩種硅黃銅有著大量生產(chǎn)優(yōu)勢(shì)，如表2所示。本發(fā)明無(wú)鉛快削黃銅合金的車屑型態(tài)，如圖3呈現(xiàn)t73m5、 t73m5b、t73m5n合金的車屑呈c型不連續(xù)狀，表示車削過(guò)程斷屑能力優(yōu)良，不易與車刀發(fā)生車屑黏著現(xiàn)象，因此加工所需時(shí)間相較于組織中存在著耐磨的κ、γ能大幅縮短。

表2：等尺寸閥件加工時(shí)間

實(shí)例4：銅合金抗脫鋅腐蝕測(cè)試

本實(shí)例依據(jù)國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織所制定的銅合金抗脫鋅腐蝕測(cè)試方法(iso6509-1：2014)進(jìn)行試驗(yàn)，所述的測(cè)試方法適用于鋅含量高于15重量％的銅合金，其抗脫鋅腐蝕性的評(píng)估。進(jìn)行方式為12.7g含水氯化銅(cucl2·2h2o)稀釋于1000ml去離子水(＜20μs/cm)，以隔水加熱法將氯化銅水溶液加熱至75℃±5℃并維持恒溫，將試樣裁切為10×10×5mm大小(試樣與測(cè)試溶液接觸的暴露面積為100mm²)，鑲埋完成后以#1000砂紙研磨試片表面，放入測(cè)試溶液內(nèi)保持24h±30min后，取出并用去離子水洗凈試樣表面，以垂直燒杯底面方向?qū)⒃嚻们?，為防止測(cè)試表面的脫鋅層脫落，使用#2500砂紙輕輕研磨、并拋光，使脫鋅層能與試樣未腐蝕基材清楚分辨，并量測(cè)脫鋅層厚度和均勻腐蝕深度。

比較例七三黃銅的局部脫鋅層總厚度系332μm；比較例c87800氯化銅酸蝕液主要產(chǎn)生均勻腐蝕深度為174μm，但沒(méi)有局部脫鋅現(xiàn)象發(fā)生；比較例c87850氯化銅酸蝕液均勻腐蝕深度為133μm，加上局部脫鋅層72μm，總滲入試片內(nèi)部的深度為205μm。

本發(fā)明無(wú)鉛快削黃銅合金t73m5b的局部脫鋅層厚度系181μm；bs73m，均勻腐蝕深度為45μm，再加上局部脫鋅層9μm，則，總腐蝕深度，只有54μm。t73m5b相較于比較例七三黃銅對(duì)氯化銅酸蝕液的局部脫鋅層厚度332μm大幅降低；而bs73m相較于比較例c87800對(duì)氯化銅酸蝕液的腐蝕深度為174μm為更低。本發(fā)明bs73m合金，其抗均勻腐蝕性能遠(yuǎn)較比較例c87800為佳，但是，局部脫鋅性能比c87800略差，總腐蝕厚度則較比較例c87800為佳。而，相較于比較例c87850，本發(fā)明bs73m合金的均勻腐蝕與局部脫鋅腐蝕性能，兩者均較比較例c87850佳。

將比較例70重量％銅-30重量％鋅的先前技術(shù)七三黃銅合金與本實(shí)例t73m5b和bs73m合金對(duì)照，局部脫鋅腐蝕深度可由332μm，進(jìn)一步降低至相當(dāng)程度，表明本發(fā)明無(wú)鉛快削黃銅合金具有抗脫鋅腐蝕的功用。綜上，本發(fā)明無(wú)鉛快削黃銅合金已可同時(shí) 符合as2345、iso6509對(duì)黃銅合金抗脫鋅能力所設(shè)定的標(biāo)準(zhǔn)。

實(shí)例5：合金重熔性質(zhì)測(cè)試

比較例c87800合金，在重熔前的巨觀組織主要為柱狀晶結(jié)構(gòu)，且在樹(shù)枝晶間，出現(xiàn)未獲得充分補(bǔ)充的疏松孔洞，這種現(xiàn)象在比較例c87800、比較例c87850、與本發(fā)明t73m5n合金均可觀察到。合金經(jīng)重熔后，則可觀察到比較例c87800鑄錠并沒(méi)有凝固收縮跡象，鑄錠上方反而鼓脹，同時(shí)可清楚看到內(nèi)部存在大量疏松缺陷產(chǎn)生，此原因推測(cè)系由于比較例c87800合金凝固區(qū)間較寬，同時(shí)沾附水份、切削油的回爐料和車屑回熔而造成合金液體含氣量提高，如此勢(shì)必會(huì)造成鑄件孔隙率提高，使易鑄造性降低而無(wú)法達(dá)到c87800合金原本所具有的機(jī)械性質(zhì)。令人驚訝地發(fā)現(xiàn)，本發(fā)明無(wú)鉛快削黃銅合金經(jīng)重熔后，其具有正常的凝固收縮現(xiàn)象。由實(shí)例t73m5、t73m5b的巨觀組織顯示，重熔前、后的巨觀組織，都是由相對(duì)較致密的等軸晶所構(gòu)成，并未觀察到孔洞的存在，代表t73m5、t73m5b合金具備優(yōu)選的鑄造重熔性質(zhì)，且機(jī)械強(qiáng)度尚佳。

本發(fā)明無(wú)鉛快削黃銅合金經(jīng)多次反復(fù)熔解鑄造的流道以和加工后沾有切削液的銅屑和加工件，可于回收熔煉時(shí)直接投料，且不需添加精煉劑或除氣劑于熔融湯水中還原反應(yīng)作化學(xué)除氣處理或降溫除氣作物理除氣處理。本發(fā)明無(wú)鉛快削黃銅合金經(jīng)回收熔煉完成，達(dá)到出爐溫度，直接出爐即可；并以1000℃至1050℃澆鑄溫度，優(yōu)選1000℃至1020℃澆鑄溫度進(jìn)行澆注作業(yè)，充滿于砂模完成后的湯水凝固收縮正常，鑄造性與鑄造便利性、成型率佳，顯示本發(fā)明無(wú)鉛快削黃銅合金鑄造回熔性佳、成型率佳。

實(shí)例6：拉伸性質(zhì)測(cè)試

本發(fā)明無(wú)鉛快削黃銅合金t73m5雖將硅調(diào)降至約1.3wt.％，但透過(guò)提升鋅含量補(bǔ)足了硅元素所帶來(lái)的固溶強(qiáng)化效果，使得t73m5已接近比較例c87800硅青銅的強(qiáng)度。

由于t73m合金設(shè)計(jì)具備較高鋅含量，α、β相所能固溶硅元素的量，將會(huì)愈來(lái)愈低，從組織與破斷面觀察可得知，添加的硅元素未能完全固溶進(jìn)入α、β相；因此，當(dāng)硅濃度高于基地相的最大固溶限，就會(huì)產(chǎn)生質(zhì)地硬脆且富含鋅、硅元素的γ相。由實(shí)例t73m5的破斷面可觀察到α相經(jīng)拉伸變形留下的韌窩組織，其中在更細(xì)微的韌窩組織內(nèi)部發(fā)現(xiàn)γ相顆粒，顯示γ相顆粒均勻分布在α、β相界上，有助于獲得優(yōu)選合金延性。令人驚訝地發(fā)現(xiàn)，本發(fā)明無(wú)鉛快削黃銅合金添加硼(t73m5b)、鎳元素后(t73m5n)，延伸率有明顯降低的趨勢(shì)，本發(fā)明無(wú)鉛快削黃銅合金的斷面系沿著α相與γ相界面產(chǎn)生破壞；此外由于添加鎳使破斷面沿著韌性較差的樹(shù)枝晶間處蔓延，因此可觀察到β、γ 相在樹(shù)枝狀晶表面的破裂痕跡，同時(shí)并無(wú)明顯α相滑移帶的產(chǎn)生。

實(shí)例7：應(yīng)用例-無(wú)鉛黃銅合金閥件

本發(fā)明無(wú)鉛快削黃銅合金所應(yīng)用的目的之一，即材料抗泄漏密封性。前述本發(fā)明無(wú)鉛快削黃銅合金t73m5b、t73m5n、和bs73m經(jīng)上述條件鑄造、加工后，以形成為閥件，諸如：球閥、閘閥、逆止閥、非升桿閘閥、升桿閘閥、或蝶閥，管路零部件，y型過(guò)濾器，或閥蓋。本發(fā)明無(wú)鉛快削黃銅合金所形成的鑄件，除因鑄造因素所造成鑄件外觀上的渣孔和砂孔外，并未發(fā)現(xiàn)有任何材料氣孔或龜裂痕的瑕疵。由本發(fā)明無(wú)鉛快削黃銅合金t73m5b、t73m5n、和bs73m所形成的鑄件，均可全數(shù)符合88psi或更高的氣壓測(cè)試，和900psi或更高的高壓水壓測(cè)試(實(shí)際測(cè)試水壓壓力約在1150psi至1450psi)，(msssp-110ballvalves，threaded，socketwelding，solderjoint，groovedandflaredends標(biāo)準(zhǔn))。因此，本發(fā)明無(wú)鉛快削黃銅合金材料所具有的組織特性，可適用于壓力需求系900psi或更高的閥件產(chǎn)品。

本實(shí)例進(jìn)一步利用本發(fā)明無(wú)鉛快削黃銅合金t73m5b、t73m5n、和bs73m的回熔(其包含具有相同合金組成成分的40％車屑與60％回爐料)制作的砂模鑄件，所述的合金經(jīng)鑄造、加工與氬焊接合后形成閥件。圖4顯示利用本發(fā)明無(wú)鉛快削黃銅合金t73m5b所鑄造的閥件外觀，利用氬焊接合后，焊道周圍并無(wú)產(chǎn)生任何龜裂痕；本實(shí)例亦顯示本發(fā)明無(wú)鉛快削黃銅合金t73m5b、t73m5n、和bs73m回熔鑄件所制造的閥件，可通過(guò)高壓測(cè)漏標(biāo)準(zhǔn)、且結(jié)構(gòu)無(wú)龜裂痕產(chǎn)生，因此，本發(fā)明無(wú)鉛快削黃銅合金所制得的閥件已充分展現(xiàn)具有抗泄漏密封性的特點(diǎn)。本實(shí)例與其他習(xí)知合金各項(xiàng)特性的比較另匯整于下表3。

具體而言，本發(fā)明無(wú)鉛快削黃銅合金t73m5b、t73m5n、和bs73m經(jīng)回熔鑄造所形成的閥件，其等的抗拉強(qiáng)度分別為355mpa或更高、411mpa或更高、和450mpa或更高、破斷伸長(zhǎng)率分別為25％或更高、20％或更高、和16％或更高。前述機(jī)械性質(zhì)另充分顯示，本發(fā)明無(wú)鉛快削黃銅合金添可藉由添加適量的合金元素，從而展現(xiàn)兼具高抗拉強(qiáng)度與良好延伸性質(zhì)，同時(shí)藉由本發(fā)明無(wú)鉛快削黃銅合金所熔鑄的閥件，皆可通過(guò)900psi或更高，優(yōu)選1150psi或更高，更優(yōu)選1500psi或更高的壓力測(cè)試驗(yàn)證而無(wú)泄漏。

綜上所述，本發(fā)明無(wú)論就合金元素控制顯微組織、切削性、回熔鑄造性、機(jī)械性質(zhì)、抗脫鋅腐蝕性能、焊接性能、以和鑄件氣密性均回異于其他習(xí)知的銅合金技術(shù)特征，上述實(shí)施例雖僅揭示使用于流體運(yùn)輸?shù)拈y件組件但不限于其他延伸的應(yīng)用產(chǎn)品，本發(fā)明所主張的權(quán)利范圍自應(yīng)以申請(qǐng)專利范圍所述為準(zhǔn)，而非僅限于上述實(shí)施例。