專(zhuān)利名稱(chēng)：環(huán)保易切削無(wú)鉛銅合金材料及加工工藝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于銅合金材料技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及到一種環(huán)保易切削銅合金材料及 加工工藝。
背景技術(shù)：
鉛黃銅具有優(yōu)良的易切削、力學(xué)、物理等性能，是廣泛使用的一種銅合金，
發(fā)達(dá)國(guó)家僅黃銅水管的使用率就高達(dá)90%以上。
易切削鉛黃銅為兩相黃銅，鉛以細(xì)小顆粒彌散分布于晶內(nèi)和晶界，鉛黃銅 廢棄物中的鉛極易進(jìn)入土壤，如被焚燒還會(huì)進(jìn)入大氣，特別是當(dāng)鉛黃銅用作水 龍頭、管接頭等飲用水管道配件時(shí)，鉛會(huì)在水中物質(zhì)的作用下浸出而進(jìn)入水中， 因?yàn)殂U是一種有害元素，可對(duì)環(huán)境及人體造成嚴(yán)重危害，因而其應(yīng)用日益受到 嚴(yán)格限制。
為了降低鉛的有害作用，科研人員對(duì)黃銅的腐蝕性能進(jìn)行了系統(tǒng)研究，并 采取了多種措施，如添加錫、鎳等合金元素來(lái)提高鉛黃銅的耐蝕性能，或?qū)⒖?溶性的鉛去除等，但這些方法無(wú)法從根本上消除鉛的有害作用。
隨著人們對(duì)環(huán)境保護(hù)的意識(shí)越來(lái)越高，對(duì)外環(huán)保材料需要越來(lái)越迫切。美 曰歐等已立法，將逐歩禁止在飲用水管道配件、玩具和家用電器等產(chǎn)品中使用 含鉛銅合金。
鉛黃銅被無(wú)鉛黃銅取代是一個(gè)必然趨勢(shì)，易切削無(wú)鉛環(huán)保銅合金的需求市 場(chǎng)將非常大。近年來(lái)合金中采用加入鉍、銻替代鉛組成易切削銅合金來(lái)達(dá)到環(huán) 保無(wú)鉛化目的，但鉍資源有限且價(jià)格昂貴，美國(guó)NSF61對(duì)銻的控制也較為嚴(yán)格， 銻溶出值標(biāo)準(zhǔn)為0.6Pg/L，僅次于對(duì)鎘的控制，同時(shí)銻對(duì)人體健康有不利影響，
可見(jiàn)銻的應(yīng)用有局限性，所以開(kāi)發(fā)替代的環(huán)保易切削無(wú)鉛銅合金意義十分重大。

發(fā)明內(nèi)容
為解決上述不足之處，本發(fā)明提供了一種環(huán)保易切削銅合金材料及加工工 藝，該銅合金材料的構(gòu)成具備有鉛黃銅的切削性能，其加工工藝簡(jiǎn)化，省去了 中間退火工序，降低了加工成本。
為了實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明采用了如下技術(shù)方案
所述的環(huán)保易切削銅合金材料，其銅合金材料按重量百分比分兩組分構(gòu)成 如下
I 、定組分
Zn: 30 45; Al: 0.05 2.0; Fe《1.0; B《0.5; Ti《0. 5;稀土元素RE
系中的一種或種以上的元素《0.3; Pb《0.01; Sb《0. 1;不可避免的雜質(zhì)《 0.3;余量為CU;
II 、不定替換組分
P: 0.05 1.6，或是Si: 0. 05 3.0，或是Mg: 0. 1 3. 0，或是Si+Sn: 0. 05 3. 0+0. 05 0. 5，或是Si+Sn+Mn: 0. 05 3. 0+0. 05 0. 5+0. 05 0. 5;
上述定組分和不定替換組分中各合金總和為百分之百。
所述的環(huán)保易切削銅合金加工工藝包含了配料、熔鑄、加熱、擠壓、精整、 拉伸、切定尺、退火、檢查、包裝等常見(jiàn)工序，而其中的配料、拉伸、退火工 序中加工工藝分述如下
一、配料
按重量百分比分別加入Zn30 45、 A10. 05 2. 0、 Fe《1.0、 B《0. 5、 Ti《 0.5;稀土元素RE系中的一種或一種以上的元素《0.3、 Pb《0.01、 Sb《0. 1、 不可避免的雜質(zhì)《0. 3、余量為Cu中再加入PO. 05 1.6，或加入SiO. 05 3.0， 或加入MgO. 1 3. 0，或加入Si+Sn: 0. 05 3. O十O. 05 0. 5 ，或加入 Si+Sn+Mn0. 05 3. 0+0. 05 0. 5+0. 05 0. 5進(jìn)行配料，配料后熔鑄成坯料；
二、拉伸
先對(duì)棒坯進(jìn)行精整，再在拉伸機(jī)上進(jìn)行拉伸，拉伸延伸系數(shù)控制在1.05
2.6;
二、退火
采用退火爐對(duì)切定尺后的棒材進(jìn)行消除應(yīng)力成品退火，退火溫度控制在
300 400°C。
由于采用了如上所述技術(shù)方案，本發(fā)明具有如下優(yōu)越性
1、 本發(fā)明的易切削無(wú)鉛環(huán)保銅合金材料具備有鉛黃銅的切削性能，實(shí)現(xiàn)了 無(wú)鉛化環(huán)保目的。
2、 本發(fā)明與現(xiàn)有加工技術(shù)相比省去了中間退火工序，降低了加工成本。
具體實(shí)施方式
實(shí)施例l
采用拉伸工藝制作產(chǎn)品規(guī)格-10mm的一種環(huán)保易切削無(wú)鉛銅合金棒，其中 配料按34。/。的Zn、 L6o/o的P、 0.8%的A1、 0.5%的Fe、 0. 5。/。的B、 0.3%的
Ti、 0. 3W的稀土元素RE系中的一種元素、0. 01%的Pb、 0. P/。的Sb、 0. 3%不可避
免的雜質(zhì)、其余為Cu進(jìn)行配料，配料后熔鑄成坯料。
拉伸采用拉伸機(jī)對(duì)精整后的棒坯進(jìn)行拉伸，其延伸系數(shù)為1.05。 退火采用退火爐對(duì)切定尺后的棒材進(jìn)行消除應(yīng)力成品退火，退火溫度為
300 。C。
實(shí)施例2
采用拉伸工藝制作產(chǎn)品規(guī)格-10皿的一種環(huán)保易切削無(wú)鉛銅合金棒，其中
配料按43W的Zn、 0. 6。/o的Si、 0. 1%的A1 、 0. 1%的Fe、 0. 3W的B、 0. 25%的 Ti、 0. 2。/。的稀土元素RE系中的二種元素、0.008%的Pb、 0. 08^的Sb、 0. 2%不可 避免的雜質(zhì)、其余為Cu進(jìn)行配料，配料后熔鑄成坯料。
拉伸采用拉伸機(jī)對(duì)精整后的棒坯進(jìn)行拉伸，延伸系數(shù)為1.83。
退火采用退火爐對(duì)切定尺后的棒材進(jìn)行消除應(yīng)力成品退火，退火溫度為
350 °C。 實(shí)施例3
采用拉伸工藝制作產(chǎn)品規(guī)格(aOmm的一種環(huán)保易切削無(wú)鉛銅合金棒，其中 配料按44》i的Zn、 2. (m的Mg、 0. 5%的A1 、 0. 2%的Fe、 0. 4。/。的B、 0. 2%的
Ti、 0. P/。的稀土元素RE系中的一種元素、0.01%的Pb、 0. P/。的Sb、 0. 1%不可避
免的雜質(zhì)、其余為Cu進(jìn)行配料，配料后熔鑄成坯料。
拉伸釆用拉伸機(jī)對(duì)精整后的棒坯進(jìn)行拉伸，延伸系數(shù)為2.6。 退火采用退火爐對(duì)切定尺后的棒材進(jìn)行消除應(yīng)力成品退火，退火溫度為督C。
實(shí)施例4
采用拉伸工藝制作產(chǎn)品規(guī)格MOmm的一種環(huán)保易切削無(wú)鉛銅合金棒，其中 配料按41。/。的Zn、 1.5。/o的Si、 0. 3Q/。的Sn、 0.7%的A1 、 0.2%的Fe、 0.5%
的B、 0. P/。的Ti、 0. 3。/。的稀土元素RE系中的三種元素、0. 01%的Pb、 0. P/。的Sb、
0.3%不可避免的雜質(zhì)、其余為Cu進(jìn)行配料，配料后熔鑄成坯料。 拉伸采用拉伸機(jī)對(duì)精整后的棒坯進(jìn)行拉伸，延伸系數(shù)為l.l。 退火采用退火爐對(duì)切定尺后的棒材進(jìn)行消除應(yīng)力成品退火，退火溫度為
340 。C。
實(shí)施例5
采用拉伸工藝制作產(chǎn)品規(guī)格-lOnnn的一種環(huán)保易切削無(wú)鉛銅合金棒，其中 配料按36。/。的Zn、 2.。0/o的Si、 0. 5。/。的Sn、 0. 2。/。的Mn、 1. 0%的A1 、 0. 5%的 Fe、 0. 5Q/o的B、 0.1%的Ti、 0. 3。/。的稀土元素RE系中的一種元素、0. 01%的Pb、 0. 1。/。的Sb、 0.3%不可避免的雜質(zhì)、其余為Cu進(jìn)行配料，配料后熔鑄成坯料。 拉伸采用拉伸機(jī)對(duì)精整后的棒坯進(jìn)行拉伸，延伸系數(shù)為2.4。 退火釆用退火爐對(duì)切定尺后的棒材進(jìn)行消除應(yīng)力成品退火，退火溫度為 380 。C。 上述五個(gè)實(shí)施例中各合金元素的作用分述如下
1、 添加硅Si的作用是改善金屬間化合物和Y相的分布狀況，細(xì)化Y相， 改善合金的加工性能和切削性能，降低液相線溫度，使鑄件致密，改善抗腐蝕 性能，同時(shí)有一定的脫氧作用。硅的鋅當(dāng)量系數(shù)是IO，使Cu-Zn狀態(tài)圖的P相 區(qū)大大左移，因此加入少量的硅就能提高合金的強(qiáng)度和硬度，含量過(guò)低招致， 過(guò)高將會(huì)，故本發(fā)明中硅含量嚴(yán)格控制在0.05 3.0%之間，其中優(yōu)選為0.8 2. 3%。
2、 添加磷P的作用是脫氧和增加金屬流動(dòng)性、阻止脫鋅，同時(shí)有利于提高 合金的切削性能，故本發(fā)明中磷含量嚴(yán)格控制在0.05 1.6%之間，其中優(yōu)選為 0. 2 1. 5%。
3、 添加鎂Mg主要是脫氧、凈化的作用，鎂固溶于ct相及e相中，其溶解 度不髙，且鎂的固溶強(qiáng)化作用不大，脆、不硬的含鎂化合物在晶內(nèi)和晶界均有 分布.可以有效地提高銅合金的切削性能。Mg含量嚴(yán)格控制在O. 1 3.0%之間， 其中優(yōu)選為0. 5 3. 0%。
4、 合金中錫Sn的主要作用是提高鑄件的耐蝕性能和表面光潔度，減少Zn 的蒸發(fā)，提高合金的流動(dòng)性。本發(fā)明中Sn含量嚴(yán)格控制在0.05 0.5y。之間。
5、 合金中錳Mn主要是提高和經(jīng)機(jī)械性能和抗腐蝕件能。Mn是重要的強(qiáng)化
元素，加入少量的Mn，便能顯著提卨黃銅的機(jī)械性能和對(duì)海水氯化物及過(guò)熱蒸 氣的耐蝕性能，同時(shí)提高耐熱性能，同時(shí)可以有效地改善黃銅的切削性能。本 發(fā)明中Mn含量嚴(yán)格控制在0. 05 0. 5%之間。
6、 鋁Al的主要作用是改善合金的熱鍛性能，提高鑄件的耐蝕性能和表面 光潔度，減少Zn的蒸發(fā)，提高合金的流動(dòng)性。鋁是黃銅的強(qiáng)化元素，如能適當(dāng) 的選擇銅與鋁的配比，并控制合金的冷卻速度，使之處于圖中接近P' + Y區(qū) 邊界的P，相區(qū)時(shí)，合金具有最大的強(qiáng)度；在熔煉過(guò)程中還可以減少Zn的蒸 發(fā)，并且A1還可以提高合金的流動(dòng)性。故本發(fā)明中Al含量嚴(yán)格控制在0.05 2.0%之間。
7、 Fe與Zn生成化合物Fe粒，細(xì)化合金組織；推遲黃銅的再結(jié)晶過(guò)程， 阻礙晶粒長(zhǎng)大，F(xiàn)e和Si或Al同時(shí)加入效果更好。但含F(xiàn)e量多時(shí)，富鐵相過(guò) 多，降低耐蝕性能。Fe含量嚴(yán)格控制在《lX。
8、 添加稀土元素(RE) —方面可以細(xì)化晶粒，從而增大晶界面，為鋅的擴(kuò) 散增加阻力；另一方面由于稀土元素的凈化變質(zhì)作用，使銅合金中雜質(zhì)、氣孔、 疏松減少，從而提高合金的機(jī)械性能；同時(shí)還可以改善合金的高溫塑性，減少 熱加工開(kāi)裂傾向。稀土元素(RE)含量嚴(yán)格控制在0.3%以下。
9、 少量的鈦Ti可以起到除氣和細(xì)化晶粒的作用。因?yàn)殁伝衔锞哂忻嫘?立方晶格結(jié)構(gòu)，比較接近a相，因而可以作為(i相的結(jié)晶核心。Ti含量嚴(yán)格控 制在《0. 5%。
10、 少量的硼B(yǎng)可以可以細(xì)化合金組織，提高合金的力學(xué)性能，改善其耐 蝕、耐腐蝕磨損及耐沖蝕能力。B含量嚴(yán)格控制在《0.5L
11、 銻在銅合金中有一定的固溶度，在合金中形成金屬間化合物，且可以 在晶界產(chǎn)生聚集，達(dá)到脆而不硬的特點(diǎn)，使合金具備有鉛黃銅的切削性能，同 時(shí)銻可以抑制脫鋅腐蝕，但銻含量高會(huì)引起NSF檢測(cè)時(shí)Sb溶出量超標(biāo)，所以本 發(fā)明銻含量盡可能低含量嚴(yán)格控制《0. 1%。
12、合金中要達(dá)到絕對(duì)無(wú)鉛是不可能的，所以本合金不可避免的Pb含量盡 可能低含量嚴(yán)格控制《0. 01%。
權(quán)利要求
1、一種環(huán)保易切削銅合金材料，其特征在于該銅合金材料按重量百分比分兩組分構(gòu)成如下I、定組分Zn30～45；Al0.05～2.0；Fe≤1.0；B≤0.5；Ti≤0.5；稀土元素RE系中的一種或一種以上的元素≤0.3；Pb≤0.01；Sb≤0.1；不可避免的雜質(zhì)≤0.3；余量為Cu；II、不定替換組分P0. 05～1.6，或是Si0.05～3.0，或是Mg0.1～3.0，或是Si+Sn0.05～3.0+0.05～0.5，或是Si+Sn+Mn0.05～3.0+0.05～0.5+0.05～0.5；上述定組分和不定替換組分中各合金總和為百分之百。
2、 一種環(huán)保易切削銅合金加工工藝包含了配料、熔鑄、加熱、擠壓、精整、拉伸、切定尺、退火、檢査、包裝等常見(jiàn)工序，其特征在于其中的配料、拉 伸、退火工序中加工工藝分述如下 -、配料按重量百分比分別加入Zn30 45、 A10. 05 2. 0、 Fe《1.0、 B《0. 5、 Ti《 0.5;稀土元素RE系中的一種或一種以上的元素《0. 3、 Pb《0. 01、 Sb《0. 1、 不可避免的雜質(zhì)《0. 3、余量為Cu中再加入P0.05 1.6，或加入SiO. 05 3. 0， 或加入MgO. 1 3. 0，或加入Si+Sn: 0. 05 3. 0+0. 05 0. 5 ，或加入 Si+Sn+Mn0. 05 3. 0+0. 05 0. 5+0. 05 0. 5進(jìn)行配料，配料后熔鑄成坯料；二、拉伸先對(duì)棒坯進(jìn)行精整，再在拉伸機(jī)上進(jìn)行拉伸，拉伸延伸系數(shù)控制在1.05 2.6;三、退火采用退火爐對(duì)切定尺后的棒材進(jìn)行消除應(yīng)力成品退火，退火溫度控制在300 400°C。
全文摘要
一種環(huán)保易切削銅合金材料由Zn30～45、Al0.05～2.0、Fe≤1.0、B≤0.5、Ti≤0.5；稀土元素RE系中的一種或一種以上的元素≤0.3、Pb≤0.01、Sb≤0.1、不可避免的雜質(zhì)≤0.3、余量為Cu中再加入P0.05～1.6，或加入Si 0.05～3.0，或加入Mg 0.1～3.0，或加入Si+Sn0.05～3.0+0.05～0.5，或加入Si+Sn+Mn0.05～3.0+0.05～0.5+0.05～0.5進(jìn)行配料，配料后熔鑄成坯料。拉伸延伸系數(shù)控制在1.05～2.6。退火溫度控制在300～400℃。該銅合金具有鉛黃銅切削性能，加工工藝簡(jiǎn)化，省去了中間退火，降低了加工成本。
文檔編號(hào)C22F1/08GK101386931SQ200810230618
公開(kāi)日2009年3月18日 申請(qǐng)日期2008年10月21日 優(yōu)先權(quán)日2008年10月21日
發(fā)明者丁順德, 任玉波, 冷建偉, 婁花芬, 孫飛濤, 秦書(shū)平, 符學(xué)智, 趙萬(wàn)花 申請(qǐng)人:中鋁洛陽(yáng)銅業(yè)有限公司