CN101161836A - 一种无铅易切削镁黄铜合金及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
一种无铅易切削镁黄铜合金及其制备方法，它由铜、锌、镁合金元素和不可避免的杂质组成。合金组成为：铜：55～63wt％、镁：0.5～3.0wt％，铝、铋或钛：0.2～1.5wt％，其余为锌Zn，杂质总含量小于0.1wt％。其制造方法是：采用覆盖保护法熔炼镁黄铜，使镁在黄铜溶液中迅速固溶为金属间化合物，并均匀分布，在1000～1000－1050℃下铸造成黄铜铸锭，在500～760℃挤压，在200～400℃下进行消除应力退火。本发明在现有的普通铅黄铜的基础上，采用镁代替对环境污染和对人体危害较重的铅。并具备优良的切削性能、热加工性能和力学性能，可以代替现有的铅黄铜合金，应用于水暖卫浴和其他各种生产领域。
Description
技术领域
本发明属金属合金材料的制造技术领域。尤其涉及到一种具有优异的切削性能、机械性能和耐腐蚀性能的绿色环保无铅易切削镁黄铜合金。
背景技术
铅黄铜具有优良的易切削、力学、物理等性能，是广泛应用的一种铜合金，发达国家仅黄铜水管的使用率就高达90％以上。随着人类活动及工业发展，铅对环境的污染日趋严重，因此在工业生产中必须严格控制各种产品的铅含量。目前无铅黄铜的替代研究主要有铋黄铜和锑黄铜，但国内对铋黄铜的研究尚未形成自主知识产权。根据铋黄铜和锑黄铜的研究思路，结合我国国情选用资源丰富价格低廉的镁，从切屑形成的角度，对镁黄铜的可切削性等性能和微观组织进行了研究，获得了具有市场推广价值的又一新型无铅易切削镁黄铜，将获得巨大的社会效益和经济效益。
发明内容
本发明的目的是提供一系列不含铅的具有优异切削性能、冷热成型性、优良的机械性能，同时又具有优异的耐腐蚀性能，可以替代铅铜合金并且不会造成环境污染和有利于降低成本的绿色环保无铅易切削镁黄铜合金。
本发明的另一目的旨在提供上述合金的制备方法。
本发明的目的是通过下述方式实现的：
一种无铅易切削镁黄铜合金，它由铜、锌、镁合金元素和不可避免的杂质成分组成，所述合金的组成为：铜：55～63wt％、镁：0.5～3.0wt％，其余为锌，杂质的总含量不大于0.1wt％。
以上合金的制备方法为：在覆盖剂的作用下熔炼镁黄铜，使镁、铝在黄铜溶液中迅速固溶为金属间化合物，并且均匀分布，并且在1000～1050℃下铸造成黄铜铸锭，在500～760℃挤压，并在200～400℃下进行消除应力退火。
本发明还提供无铅易切削镁黄铜合金由铜、锌、镁、不可避免的杂质以及铝或铋或钛合金元素组成，所述合金的组成为：铜55～63wt％、镁0.5～3.0wt％，铝或铋或钛：0.2～1.5wt％，其余为锌，杂质的总含量不大于0.1wt％。
所述的铝或铋或钛含量优选为0.2～1.0wt％。
在覆盖剂的作用下熔炼镁黄铜，使镁及铝或铋或钛在黄铜溶液中迅速固溶为金属间化合物，并且均匀分布，并且在1000～1050℃下铸造成黄铜铸锭，在500～760℃挤压，并在200～400℃下进行消除应力退火。
因而，本发明具体提供了四种形式的绿色环保无铅易切削镁黄铜合金。
本发明为绿色环保无铅易切削镁黄铜合金之一，它由铜、锌、镁等合金元素和不可避免的杂质成分组成，所述合金的组成为：铜Cu：55～63wt％、镁Mg：0.5～3.0wt％，其余为锌Zn，杂质成分(即其他元素)总含量小于0.1wt％。
本发明为绿色环保无铅易切削镁黄铜合金之二，它由铜、锌、镁、铝合金元素和不可避免的杂质成分组成，含有：铜Cu：55～63wt％、镁Mg：0.5～3.0wt％、铝Al：0.2～1.5wt％，其余为锌Zn，杂质成分(即其他元素)总含量小于0.1wt％。
本发明为绿色环保无铅易切削镁黄铜合金之三，它由铜、锌、镁、铋合金元素和不可避免的杂质成分组成，它含有：铜Cu：55～63wt％、镁Mg：0.5～3.0wt％、铋Bi：0.2～1.0wt％，其余为锌Zn，杂质成分(即其他元素)总含量小于0.1wt％。
本发明为绿色环保无铅易切削镁黄铜合金之四，它由铜、锌、镁、钛合金元素和不可避免的杂质成分组成，它含有：铜Cu：55～63wt％、镁Mg：0.5～3.0wt％、钛Ti：0.2～1.0wt％，其余为锌Zn，杂质成分(即其他元素)总含量小于0.1wt％。
本发明在现有的普通铅黄铜合金的基础上，针对铅黄铜的主要使用性能和要求，并结合环境保护的要求，本着降低成本的原则，采用镁Mg元素代替环境污染和对人体危害较严重的铅Pb元素，从而达到无铅和价格低廉的目的。与铅黄铜和目前的无铅黄铜相比，具有以下突出优点和积极效果：
1、是一种无铅的黄铜材料，可以消除铅在生产和使用过程中对环境和人体造成的危害。
2、具有优良的切削性能、冷热成型性、优良的机械性能，同时又具有优异的耐腐蚀性能，可以代替现有的铅黄铜合金，应用于水暖卫裕和其他各种生产领域。
3、我国镁Mg和铝Al的资源丰富，价格低廉，可以很大程度的降低成本。
4、生产工艺简单，可控。
本发明的合金特别适用于水暖卫裕和其他各种生产领域。它是有利于人体健康和环境保护的新型金属材料，也是目前广泛应用的会引起对人体和环境有恶劣影响的铅黄铜的又一新型理想替代品。
具体实施方式
以下实施例旨在说明本发明而不是对本发明的进一步限定。
实施例对本发明绿色环保无铅易切削镁黄铜合金按下表一中的合金成分铸成铸锭、挤压成圆棒。
实施例1
其生产工艺流程方法如下：
原材料准备及配料-熔炼-浇铸-铸锭加热-挤压-消除应力退火-成品。
具体过程为：熔炼采用中频感应电炉，先加入铜锭和覆盖剂木炭，在铜熔体中，按表一的成分配比配料，按照顺序加入锌锭、镁锭。使镁在黄铜溶液中迅速固溶为金属间化合物，并且均匀分布，并且在1000-1050℃下在铁模中铸造成镁黄铜锭，在750℃下温挤压，并在380℃下进行消除应力退火。
实施例2
其生产工艺流程方法如下：
原材料准备及配料-熔炼-浇铸-铸锭加热-挤压-消除应力退火-成品。
具体过程为：熔炼采用中频感应电炉，先加入铜锭和覆盖剂木炭，在铜熔体中，按表一的成分配比配料，按照顺序加入锌锭、镁锭、铝锭。使镁在黄铜溶液中迅速固溶为金属间化合物，并且均匀分布，并且在1000～1050℃下在铁模中铸造成镁黄铜锭，在550℃下低温挤压，并在250℃下进行消除应力退火。
实施例3
其生产工艺流程方法如下：
原材料准备及配料-熔炼-浇铸-铸锭加热-挤压-消除应力退火-成品。
具体过程为：熔炼采用中频感应电炉，先加入铜锭和覆盖剂冰晶石，在铜熔体中，按表一的成分配比配料，按照顺序加入锌锭、镁锭、铋锭。使镁在黄铜溶液中迅速固溶为金属间化合物，并且均匀分布，并且在1000～1050℃下在铁模中铸造成镁黄铜锭，在750℃下高温挤压，并在低于250℃下进行消除应力退火。
实施例4
其生产工艺流程方法如下：
原材料准备及配料-熔炼-浇铸-铸锭加热-挤压-消除应力退火-成品。
具体过程为：熔炼采用中频感应电炉，先加入铜锭和覆盖剂冰晶石，在铜熔体中，按表一的成分配比配料，按照顺序加入锌锭、铜钛中间合金、镁锭。使镁在黄铜溶液中迅速固溶为金属间化合物，并且均匀分布，并且在1000～1050℃下在铁模中铸造成镁黄铜锭。铸锭车皮后在电阻炉中加热到550℃下进行低温挤压，挤压后的黄铜棒在250℃下进行消除应力退火。
实施例5～6其生产工艺流程同实施列2。
实施例7其生产工艺流程同实施列3。
实施例8其生产工艺流程同实施列4。
表1 本发明绿色环保无铅易切削镁黄铜的成分组成实例：(重量百分比)
| 实施例 | Cu | Mg | Al | Bi | Ti | Zn |
| 实施例1：Cu-Zn-Mg | 60.12 | 0.98 | 余量 | |||
| 实施例2：Cu-Zn-Mg-Al | 59.43 | 2.12 | 0.47 | 余量 | ||
| 实施例3：Cu-Zn-Mg-Bi | 62.78 | 0.54 | 0.81 | 余量 | ||
| 实施例4：Cu-Zn-Mg-Ti | 63.15 | 2.86 | 0.59 | 余量 | ||
| 实施例5：Cu-Zn-Mg-Al | 55.34 | 1.12 | 0.64 | 余量 | ||
| 实施例6：Cu-Zn-Mg-Al | 57.58 | 0.89 | 0.95 | 余量 | ||
| 实施例7：Cu-Zn-Mg-Bi | 58.64 | 1.52 | 1.35 | 余量 | ||
| 实施例8：Cu-Zn-Mg-Ti | 60.37 | 2.57 | 1.46 | 余量 |
本发明所述的无铅易切削黄铜合金挤压退火后的平均力学性能如下表二，对比样为C3600含铅黄铜。
表二 镁黄铜的力学性能
| 实施例 | 抗拉强度MPa | 极限强度MPa | 延伸率％ |
| 实施例1：Cu-Zn-Mg | 575.1 | 421.8 | 18.4 |
| 实施例2：Cu-Zn-Mg-Al | 779.2 | 514.6 | 4.3 |
| 实施例3：Cu-Zn-Mg-Bi | 612.6 | 501.2 | 17.0 |
| 实施例4：Cu-Zn-Mg-Ti | 535.6 | 313.5 | 13.0 |
| 实施例5：Cu-Zn-Mg-Al | 509.7 | 312.3 | 12.5 |
| 实施例6：Cu-Zn-Mg-Al | 536.1 | 313.8 | 13.1 |
| 实施例7：Cu-Zn-Mg-Bi | 634.2 | 513.5 | 21.0 |
| 实施例8：Cu-Zn-Mg-Ti | 564.3 | 319.8 | 13.9 |
| C3600 | ≥450 | ≥350 | ≥7 |
其他性能指标如下：
1、热加工性能：和C3600相当
2、切削性能：无铅镁黄铜合金实施例挤压退火后的切削性能如下，对比样为C3600含铅黄铜。
实施例1：切削指数大于75％
实施例2：切削指数大于95％
实施例3：切削指数大于88％
实施例4：切削指数大于90％
实施例5：切削指数大于92％
实施例6：切削指数大于90％
实施例7：切削指数大于90％
实施例8：切削指数大于85％
C3600：切削指数为100％
2、耐腐蚀性能：无铅镁黄铜合金实施例挤压退火后按照GB10119-88脱锌实验方法进行脱锌实验，对比样为C3600含铅黄铜，所测得的脱锌层厚度如下，对比样为C3600含铅黄铜。
实施例1测得的平均脱锌层厚度为200μm
实施例2测得的平均脱锌层厚度为451μm
实施例3测得的平均脱锌层厚度为468μm
实施例4测得的平均脱锌层厚度为521μm
实施例5测得的平均脱锌层厚度为384μm
实施例6测得的平均脱锌层厚度为296μm
实施例7测得的平均脱锌层厚度为478μm
实施例8测得的平均脱锌层厚度为534μm
C3600测得的平均脱锌层厚度大于600μm
3、应力实验：实施例1到实施例8退火后样品的应力实验均达到国家标准。
Claims (5)
1.一种无铅易切削镁黄铜合金，其特征在于：它由铜、锌、镁合金元素和不可避免的杂质成分组成，所述合金的组成为：铜：55～63wt％、镁：0.5～3.0wt％，其余为锌，杂质的总含量不大于0.1wt％。
2.一种无铅易切削镁黄铜合金，其特征在于：它由铜、锌、镁、不可避免的杂质以及铝或铋或钛合金元素组成，所述合金的组成为：铜55～63wt％、镁0.5～3.0wt％，铝或铋或钛：0.2～1.5wt％，其余为锌，杂质的总含量不大于0.1wt％。
3.根据权利要求2所述的一种无铅易切削镁黄铜合金，其特征在于：所述的铝或铋或钛为0.2～1.0wt％。
4.权利要求1所述的一种无铅易切削镁黄铜合金的制备方法，其特征在于：在覆盖剂的作用下熔炼镁黄铜，使镁、铝在黄铜溶液中迅速固溶为金属间化合物，并且均匀分布，并且在1000～1050℃下铸造成黄铜铸锭，在500～760℃挤压，并在200～400℃下进行消除应力退火。
5.权利要求2所述的一种无铅易切削镁黄铜合金的制备方法，其特征在于：在覆盖剂的作用下熔炼镁黄铜，使镁及铝或铋或钛在黄铜溶液中迅速固溶为金属间化合物，并且均匀分布，并且在1000～1050℃下铸造成黄铜铸锭，在500～760℃挤压，并在200～400℃下进行消除应力退火。
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