[發(fā)明專利]一種無鉛高強易切削鈦增強石墨黃銅及其制備方法

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• 申請日: 2019-08-22
• 公開（公告）號: CN110499436A
• 公開（公告）日: 2019-11-26
• 發(fā)明（設計）人: 李樹豐;張鑫;馬晨;潘登;鄭飛洋
• 申請（專利權(quán)）人: 西安理工大學
• 主分類號: C22C9/04
• 分類號: C22C9/04;C22C1/05;B22F3/10
• 代理公司: 61214 西安弘理專利事務所
• 代理人: 王蕊轉(zhuǎn)<國際申請>=<國際公布>=<進入

本發(fā)明公開了一種無鉛高強易切削鈦增強石墨黃銅，按照質(zhì)量百分比由以下組分組成：石墨0.5?3.0wt.％，鈦0.3?3.0wt.％，其余為Cu40Zn黃銅，以上組分的質(zhì)量百分比總和為100％。本發(fā)明還公開了該無鉛高強易切削鈦增強石墨黃銅的制備方法，采用該方法制備的無鉛高強易切削鈦增強石墨黃銅具有較高的強度和硬度，通過調(diào)控石墨與鈦粉的配比以及在黃銅中的含量，使得黃銅的切削性能與力學性能同時得到提升并達到平衡。

技術(shù)領域

本發(fā)明屬于高強易切削合金技術(shù)領域，涉及一種無鉛高強易切削鈦增強石墨黃銅，還涉及該無鉛高強易切削鈦增強石墨黃銅的制備方法。

背景技術(shù)

Cu40Zn合金具有良好的力學性能，優(yōu)良的導電導熱性以及耐蝕性而在航空航天、船舶運輸、汽車機械、電力電子及輸水管道等各個領域具有重要的應用價值和廣闊的應用前景。Cu40Zn合金中通常需要添加0.5～3.2％的鉛(Pb)，以提高切削性能從而降低其加工成本。然而，Pb會造成嚴重的環(huán)境污染，危害人體健康。世界衛(wèi)生組織在1992年提出，在飲用水中鉛的含量不能高于1.1×10^-5。美國、歐盟近年來相繼推出了RoHS、WEEE等一系列法規(guī)嚴厲限制和禁止鉛的適用。我國于2001年在《生活用水衛(wèi)生規(guī)范》中規(guī)定了鉛所允許的析出量。另一方面，隨著產(chǎn)業(yè)技術(shù)革命和我國裝備制造業(yè)轉(zhuǎn)型升級、重大工程項目和戰(zhàn)略新興產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，高比強度和加工性能優(yōu)良的黃銅合金的需求在迅速增加，這些因素極大地促進了高性能無鉛易切削黃銅的研究開發(fā)。

石墨(Graphite,Gr)是一種優(yōu)良的固體潤滑劑，其在銅中的溶解度很小，彌散分布于銅基體中的石墨顆粒在切削過程中能夠起到類似于鉛顆粒的斷屑作用和潤滑作用，減小刀具磨損從而延長刀具使用壽命。另外由于石墨價格低廉，資源豐富，石墨黃銅已經(jīng)成為易切削黃銅研究的熱點之一。石墨黃銅的制備方法主要分為鑄造法和粉末冶金法。對于鑄造法而言，石墨與黃銅基體的潤濕性差并且比重差大，石墨在鑄造過程中易上浮，難以均勻地分布在黃銅基體中，弱化材料的性能。對于粉末冶金法而言，由于石墨與黃銅之間不發(fā)生反應，只是單純的機械咬合，界面結(jié)合強度較差，受力時石墨/黃銅界面會成為裂紋源優(yōu)先發(fā)生斷裂，劣化石墨黃銅的力學性能。石墨黃銅的切削性能與力學性能此消彼長的矛盾成為制約其發(fā)展的主要瓶頸。

為開發(fā)性能優(yōu)異的無鉛黃銅，國內(nèi)外研究人員開展了大量的研究工作。但是界面問題是影響石墨黃銅材料性能的主要因素，界面的結(jié)構(gòu)與性質(zhì)決定著材料的最終性能，而成分之間潤濕性的好壞則是影響材料界面結(jié)構(gòu)與性能的關鍵因素。銅與石墨既不潤濕也不發(fā)生反應，雖然采用粉末冶金法可以改善石墨在黃銅基體中的分散問題，但是兩種粉末也只是機械互鎖結(jié)合，界面結(jié)合不牢固；另一方面，銅與石墨較大的的熱膨脹系數(shù)差(α_石墨＝(4～6)×10^-6/K，α_銅＝(16～18)×10^-6/K)容易產(chǎn)生大的熱應力，這些都是嚴重影響石墨/黃銅材料性能的主要因素。石墨黃銅存在切削性能與力學性能此消彼長的矛盾，主要是由于石墨與黃銅界面既不潤濕也不發(fā)生反應。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的一個目的是提供一種無鉛高強易切削鈦增強石墨黃銅，解決了現(xiàn)有無鉛石墨黃銅的切削性能與抗拉強度不能兼顧的問題。

本發(fā)明的另一個目的是提供一種無鉛高強易切削鈦增強石墨黃銅的制備方法。

本發(fā)明所采用的第一技術(shù)方案是，一種無鉛高強易切削鈦增強石墨黃銅，按照質(zhì)量百分比由以下組分組成：石墨0.5-3.0wt.％，鈦0.3-3.0wt.％，其余為黃銅，以上組分的質(zhì)量百分比總和為100％。

本發(fā)明的技術(shù)特征還在于，

其中，黃銅為Cu40Zn黃銅。

鈦增強石墨黃銅中鈦與石墨的質(zhì)量比為0.3～5:1。

本發(fā)明所采用的第二技術(shù)方案是，一種無鉛高強易切削鈦增強石墨黃銅的制備方法，包括以下步驟：