[發明專利]一種無鉛易切削黃銅合金及其制備方法

有效

• 申請號: 201210366783.6
• 申請日: 2012-09-28
• 公開（公告）號: CN102828064A
• 公開（公告）日: 2012-12-19
• 發明（設計）人: 黃新民;吳玉程;秦永強;舒霞;鄭玉春;韓和兵
• 申請（專利權）人: 合肥工業大學
• 主分類號: C22C9/04
• 分類號: C22C9/04;C22C1/03;C22F1/08
• 代理公司: 合肥金安專利事務所 34114
• 代理人: 金惠貞

技術領域

本發明屬于有色金屬加工技術領域，具體涉及一種無鉛易切削黃銅合金及其制備方法，包括無鉛易切削黃銅合金的配方設計以及熔煉、連鑄連軋（或連鑄連擠）等制備技術工藝。

背景技術

鉛黃銅合金擁有極其優良的易切削性能，以及良好的耐蝕性能和加工性能，更為重要的一點是，其價格要比一般的銅合金便宜不少，成本較低，且制作工序簡單。因此鉛黃銅合金長期以來都是作為最經濟實用的合金而被廣泛應用在電子電器、家電、飲用水器件、航天航空、機械、汽車、儀表、五金等領域。鉛幾乎不固溶于黃銅合金中，主要以獨立相存在于銅-鋅固溶體的晶界處。大量游離的鉛質點彌散分布在黃銅合金基體中，且鉛質軟，在加工過程中產生融化現象，起到了潤滑作用，使切屑易碎，工件制品表面光潔。因此鉛黃銅合金具有易切削、易加工等優良特性。但是，鉛對人體有害。不但廢棄的鉛黃銅合金元件對土壤和水資源的污染引起人們的廣泛關注，其在熔煉、加工過程中，鉛蒸汽和粉塵對環境和人體的危害也越來越引起人們的注意。為了避免鉛的危害，減少鉛的應用，一些無鉛易切削黃銅合金已經被開發，并逐步投入商業應用中。但是這些無鉛黃銅合金由于局限于一些稀缺資源、生產工藝復雜、成本較高等因素，而未能大規模生產。

發明內容

本發明的技術方案在于克服現有技術之不足，提供一種生產成本低、工藝方法簡單、可實現工業化規模生產的無鉛易切削黃銅合金及其制備方法。

本發明以回收的鍍鎳錫銅板邊角料（比如：錫青銅合金QSn4-3、QSn6.5-0.1、QSn7-0.2、QSn6.5-0.4，錫黃銅合金HSn62-1、HSn70-1，鎳銅合金NCu40-2-1、NCu28-2.5-1.5等）作為原材料，以有效降低成本，同時綜合添加鋅、鉍、錳、稀土元素熔煉澆鑄成黃銅合金，并進行熱加工，使合金具有優良的機械性能、耐腐蝕性能及切削性能，以取代傳統鉛黃銅合金。

實現上述目的的技術解決方案如下：

一種無鉛易切削黃銅合金由下列重量百分比的原料制成：鋅Zn26.0～38.0%、鉍Bi0.2～3.5%、錳Mn1.0～2.1%、錫Sn0.5～2.0%、鎳Ni0.3～2.0%、稀土鑭La0.1～0.4%、雜質﹤0.1%、銅Cu52.0～71.6%。

一種無鉛易切削黃銅合金的制備方法，按權利要求1所述配方稱取原料放入中頻熔煉爐，升溫除氣、除渣靜置，熔煉、澆鑄，對所獲得銅合金進行形變熱加工處理，其主要步驟如下：

第一步：原料選擇與稱取

在添加鋅Zn、鉍Bi、錳Mn、稀土鑭La時，采用定制的銅-鋅中間合金、銅-鉍中間合金、銅-錳中間合金和銅-鑭中間合金，其中銅-鋅中間合金中鋅含量56.01%、銅-鉍中間合金中鉍含量19.91%、銅-錳中間合金中錳含量25.32%、銅-鑭中間合金中鑭含量24.95%；錫Sn、鎳Ni通過回收的鍍鎳錫銅板邊角料作為原材料添加，所述鍍鎳錫銅板邊角料中錫含量為14.10%、鎳含量為9.20%；按權利要求1所述配方稱取原料；

第二步：熔煉澆鑄黃銅合金

熔鑄采用高頻感應加熱爐，首先把銅-錳中間合金、純銅放入爐內加熱至1200℃使其熔化，然后放入鱗片石墨作為覆蓋劑用以防止氧化，鱗片石墨的覆蓋厚度在1-2厘米，再依次添加銅-鑭中間合金、銅-鉍中間合金、鍍鎳錫銅板、銅-鋅中間合金（加入時鋅會沸騰，有著除氣的作用，但需要多加覆蓋劑以保證鋅不會燒損過多），逐步降低溫度至950℃，待全部熔化，保溫10分鐘，保溫溫度為900～950℃，保溫期間進行攪拌、扒渣，最后澆鑄成型；

第三步：形變熱處理加工

首先固溶處理，將鑄件放入箱式電阻爐中加熱至750℃，保溫時間0.5-1.5小時；然后熱擠壓，在63噸液壓機上擠成各種規格的棒線材或者簡單形狀的型材，擠壓變形率為30～40%；退火處理：而后，在箱式電阻爐中進行退火處理，以消除合金在熔鑄時引起的成分偏析、晶粒粗大等缺陷，溫度600℃，保溫時間1-2小時，空氣冷卻。

本發明主要采用多元微合金化的方法提高黃銅合金各種性能，如機械性能、切削性能、耐腐蝕性能等，以達到替代鉛黃銅合金的目的。具體為：通過鉍元素提高切削性能，錫能夠與鉍形成化合物彌散分布于晶界處，也能提高切削性能；錳、鎳的加入可以提高機械性能及耐腐蝕性能；稀土元素的作用較多，可以起到除氣、除雜、細化晶粒、凈化晶界等作用。若單獨上述各種元素進行強化時，其強化能力較弱，不能得到綜合性能優異的黃銅合金，而一起添加時，能起到1+1＞2的性能提升作用。

本發明的有益技術效果是：