CN100441713C - 易切削高锰铜合金 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种易切削高锰铜合金，其组分及重量百分比含量为：Cu：45.0%～60.0%，Mn：30.1%～36.0%，Al：0.5%～2.3%，Ni：0.5%～2.0%，Pb：0.3%～2.8%，P：0.01%～0.10%，Zn余量。本发明合金具有优良的切削加工性能及综合机械性能，耐腐蚀，可冷热加工成型且成本低廉，是一种可替代铅黄铜的易切削高锰铜合金；其可制成棒、线等产品，用于机械制造、仪器仪表、医疗器械、日用品和通讯等领域的精密零件制造。

Description

易切削高锰铜合金

技术领域

本发明属于一种易切削高锰铜合金，具体地说是一种含铅的Cu-Mn-Zn系易切削高锰铜合金。

背景技术

进入二十一世纪，在中国经济高速发展的带动下，世界经济步入了新一轮的快速增长期。但资源的大量消耗，使得金属价格也飞速上涨，为世界经济的发展带来了负面影响。因而寻求廉价的替代材料就成了现代社会的迫切需求。

牌号为HPb59-1的易切削铅黄铜合金，是现有铜合金中最廉价的材料，属Cu-Zn-Pb系三元合金，市场占有份额极大。在现代金属市场上，锰是一种比较廉价的金属，其价格较铜和锌为低。如果在铅黄铜的组分中以金属锰替代铅黄铜中的铜、锌组分，就能使合金的原材料成本大为降低，这正是人们所希望的，也是社会的需求。现有技术的一些易切削合金，虽也有添加锰元素，但其添加量太少，起不到替代的作用。因此合金价格也就居高不下。因此，开发一种可替代铅黄铜的易切削高锰铜合金具有显著的现实意义。

发明内容

本发明的目的是提供一种具有优良的切削加工性能及综合机械性能，耐腐蚀，可冷热加工成型且成本低廉的可替代铅黄铜的易切削高锰铜合金。

本发明的技术方案是：该易切削高锰铜合金，其组分及重量百分比含量为：Cu 45.0％～60.0％，Mn 30.1％～36.0％，Al 0％～2.3％，Ni 0％～2.0％，Pb 0.3％～2.8％，P0.01％～0.10％，Zn余量。

本发明的易切削高锰铜合金，其组分及重量百分比含量优选为Cu 50.0％～55.0％，Mn32.0％～34.0％，Al 0.5％～2.0％，Ni 0.5～2.0％，Pb 1.0％～2.8％，P 0.05％～0.10％，Zn余量。

本发明的易切削高锰铜合金，其组分及重量百分比含量最优选为：其组分及重量百分比含量为：Cu 53.0％，Mn 32.0％，Al 1.5％，Ni 1.0％，Pb 1.5％，P 0.06％，Zn余量。

本发明所述的合金组分的选择原则是：锰和锌都能大量固溶于铜，起固溶强化作用，在一定的组分范围内，能形成Cu-Mn-Zn三元固溶体，使合金具有良好的冷、热加工性能和较高的屈服点温度。铅以质点形式均匀分布于Cu-Mn-Zn三元固溶体合金的基体中，形成断点，改善合金的切削性能，使合金易于切削。适量的铝和镍起到固溶强化作用，能提高合金的强度、硬度及耐腐蚀性；可以细化晶粒，改善合金的加工性能，尤其是改善合金水冷铸造时的铸锭应力开裂现象；同时，适量的铝和镍还能改善合金材料的色泽，使其变得更加美观。磷在黄铜中则起到改善脱锌腐蚀和切削性的作用。

与现有技术相比，本发明高锰易切削铜锌合金以经济性和适用性为目的，是一种可代替铅黄铜HPb59-1合金的新型铜合金，具有类似铅黄铜的易切削性能；合金含有较高组分的锰，部分地替代锌铜的作用，同时使合金的原料成本下降。本发明合金具有优良的综合机械性能，耐腐蚀，易切削，能冷、热加工成形，可制成棒、线等产品，用于机械制造、仪器仪表、医疗器械、日用品和通讯等领域的精密零件制造。

具体实施方式

本发明以工业纯铜、工业纯锰、工业纯锌、工业纯铝、工业纯铅、工业纯镍和磷铜中间合金为基本原料，按材料成分配料将工业纯铜、工业纯锰、工业纯锌、工业纯铝、工业纯铅、工业纯镍和磷铜中间合金加入中频炉中熔化，以铁模浇铸的方法，或以半连续铸造的方式制成挤压锭坯；在700～740℃温度范围内热挤压加工成棒坯或线坯；然后可用拉伸的冷加工变形方法制成所需的棒、线材成品。拉伸冷加工变形后的软化退火温度为720～740℃。当然，本发明的合金也可使用低频感应电炉熔化生产。由于本发明合金的熔化温度较低，而工业纯镍的熔点温度较高，在熔化生产时，镍组分最好能以镍铜合金的形式加入为宜，这将有利于充分的合金化。

以下结合实施例对本发明作进一步详细说明。

实例1：

用工业纯铜、工业纯锰、工业纯锌、工业纯铝、工业纯铅、工业纯镍和磷铜中间合金为基本原料，按照拟定的组元成分重量百分比配料，在10kg中频感应电炉中熔化，分别制备了如表1所示的几种化学元素组分(重量百分比)的合金。

表1本发明合金组分配方

合金熔化完成后，采用铁模浇铸的方法，制成φ50×100mm的挤压锭坯。其后，在电阻加热炉中加热，温度达到720～730℃后，用300T油压机热挤压变形加工成φ8.0mm的棒材。本实施例序号为3～5的样品φ8.0mm挤制棒再经由冷拉伸、扒皮加工，以消除挤制棒表面的缺陷，然后在700～730℃温度下软化退火和酸洗处理，然后进行冷拉伸变形加工，最终制备成φ2.65mm线材产品。本实施例序号为1～2的样品的挤制棒材抗拉强度为470MPa，伸长(延伸)率＞18％，硬度HB为140。添加有元素镍和铝的实施例序号为3～5的样品，其挤制线材的抗拉强度为480MPa，伸长率＞20％，硬度HB为140。

对比样品牌号为HPb59-1的铅黄铜合金挤制棒的抗拉强度为370Mpa，伸长率为18％，硬度HB为90。从测试结果来看，本发明的易切削高锰铜合金的抗拉强度和硬度指标均优于HPb59-1合金。

本实施例中的样品在“重庆迪佳科技有限公司”进行了切削力实验，其对比实验材料为C3604，实验条件为：工件直径：φ8.8mm，切削点数：4点，主轴转速：1120r/min，切削速度：30.9626m/min，进给量：0.1mm/r，背吃刀量：0.8mm。

测试结果表明样品合金的切削性能相当于C3604合金的74％～82％，而HPb59-1铅黄铜的切削性能只相当于C3604合金的75％，因此，本发明的易切削高锰铜合金其切削性能相当或略优于HPb59-1铅黄铜。

实例2：

用工业纯铜、工业纯锰、工业纯锌、工业纯铝、工业纯铅、工业纯镍和磷铜中间合金为基本原料，按照拟定的组元成分重量百分比配料，本实施例合金的化学元素组分重量百分比是：Cu 53.0％、Mn 32.0％、Al 1.5％、Ni 1.0％、Pb 1.5％、P 0.06％、Zn余量。

原料在800Kg中频感应电炉中熔化，采用半连续铸造的方式铸造φ170mm的铸锭，再锯切成φ170×500mm的锭坯。然后在中频感应加热炉中加热至700～740℃，用1200T挤压机热挤压变形加工成φ13mm和φ23mm的直条棒坯，再经过直条拉伸机，分别扒皮加工至φ12mm和φ22mm；再拉伸变形加工至φ10.6mm和φ20.5mm。本实施例中，成品的抗拉强度为500MPa，延伸率＞31％，硬度HB为140。

本实施例中的样品在“重庆迪佳科技有限公司”进行了切削力实验，其对比实验材料为C3604，实验条件为：工件直径：φ8.8mm，切削点数：4点，主轴转速：1120r/min，切削速度：30.9626m/min，进给量：0.1mm/r，背吃刀量：0.8mm。

测试结果表明样品合金的切削性能相当于C3604合金的76％～82％，而HPb59-1铅黄铜的切削性能只相当于C3604合金的75％，因此，本发明的易切削高锰铜合金其切削性能相当或略优于HPb59-1铅黄铜。

表2本发明易切削高锰钢合金切削力实验数据表(单位：N)

根据GB/T 10567.2-1997《铜及铜合金加工材残留应力检验方法氨熏试验法》标准，对本发明的棒材进行抗应力腐蚀性能评估，具体方法是，按标准要求取样，在PH值为9.47的氨水溶液产生的氨气氛中，保持48小时，然后观察是否产生表面开裂。可以看到，本发明合金不开裂，由此说明本发明合金对应力腐蚀不敏感。

综上，本发明合金的综合性能指标与铅黄铜HPb59-1合金相比，其抗拉强度和硬度指标均优于HPb59-1合金，其切削性能相当或略优于HPb59-1铅黄铜，耐腐蚀性能较好。

上述实施例用来解释本发明，而不是对本发明进行限制，在本发明的精神和权利要求保护范围内，对本发明作出的任何修改和改变，都落入本发明的保护范围。

Claims (3)

1、一种易切削高锰铜合金，其特征在于：其组分及重量百分比含量为：Cu 45.0％～60.0％，Mn 30.1％～36％，Al 0％～2.3％，Ni 0％～2％，Pb 0.3％～2.8％，P 0.01％～0.1％，Zn余量。

2、根据权利要求1所述的易切削高锰铜合金，其特征在于：其组分及重量百分比含量为：Cu 50.0％～55.0％，Mn 32.0％～34.0％，Al 0.5％～2.0％，Ni 0.5％～2％，Pb 1.0％～2.8％，P0.05％～0.10％，Zn余量。

3、根据权利要求2所述的易切削高锰铜合金，其特征在于：其组分及重量百分比含量为：Cu 53.0％，Mn 32.0％，Al 1.5％，Ni 1.0％，Pb 1.5％，P 0.06％，Zn余量。