CN101215654A - 高强度黄铜合金 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种高强度黄铜合金，其特征在于重量百分比组成为：15％～30％Zn，3.0％～5.0％Al，0.2％～2.0％Ni，0％～0.50％Cr，0％～0.50％Zr，余量为Cu和不可避免的杂质。它的性能高于或相当于锡磷青铜，价格较低，可取代锡磷青铜和部分铍青铜制作各种元件。保证了计算机、电脑、航空航天、家用电器元件的可靠性、稳定性和长寿命。

Description

高强度黄铜合金
技术领域
本发明涉及一种高强度黄铜合金。
背景技术
现代高技术的发展，对材料性能提出更高的要求，特别是信息时代的今天，要求电子元件高可靠、稳定性和长寿命。要做到这些要求，材料必须具有高强度、高导电、耐磨性、耐蚀性，同时为了市场竞争，就要求材料有较低的价格。目前大量使用黄铜和锡磷青铜，黄铜最大优点是价格相对较便宜，而不足的是力学性能低，影响元件的可靠性和寿命；锡磷青铜力学性能中等，能满足一般元件的要求，但是它们价格相对较贵；铍青铜综合性能最好，但价格昂贵，只能做高级元件。
发明内容
本发明的目的在于克服上述不足，提供一种高强度黄铜合金，它的性能高于或相当于锡磷青铜，价格较低，可取代锡磷青铜和部分铍青铜制作各种元件。保证了计算机、电脑、航空航天、家用电器元件的可靠性、稳定性和长寿命。
本发明的高强度黄铜合金，其重量百分比组成为：15％～30％Zn，3.0％～5.0％Al，0.2％～2.0％Ni，0％～0.50％Cr，0％～0.50％Zr，余量为Cu和不可避免的杂质。
作为优选，本发明的高强度黄铜合金，其重量百分比组成为：15％～30％Zn，3.0％～5.0％Al，0.2％～2.0％Ni，0.10％～0.50％Cr，0.10％～0.50％Zr，余量为Cu和不可避免的杂质。
作为进一步优选，本发明的高强度黄铜合金，其重量百分比组成为：23％Zn，3.5％Al，0.6％Ni，0.3％Cr，0.2％Zr，余量为Cu和不可避免的杂质。
本发明的高强度黄铜合金，其合金熔炼和加工工艺可采用两种方案，即铁模铸造和水平连铸。
本发明的高强度黄铜合金，其合金强度高于普通黄铜和锡磷青铜，耐人造汗腐蚀和大气腐蚀优于锡磷青铜，价格较低，而且有黄金色彩，是所有黄铜和锡磷青铜的取代材料，冷热加工性能良好，一般工厂都能生产。
具体实施方式
下面通过实施例进一步说明本发明。
实施例1
采用铁模铸造工艺，合金在10kg中频感应炉中用粘土坩埚熔炼，木炭覆盖，铁模浇铸成Φ60mm×250mm的锭坯。每炉7kg，合金成分列入表1。
表1、铁模铸造合金成分(wt％)
实施例 Zn Al Ni Cr Zr   Cu及不可避免的杂质
    1     21.72     3.0     2.0     -     -   73.28
    2     20.95     3.5     0.85     0.1     -   74.6
    3     21.44     3.82     0.42     0.22     0.5   73.6
    4     29     3.51     0.6     0.15     0.1   66.64
熔炼工艺：把Cu、Ni、Al加入坩埚内，升温熔化，这三种元素熔化完了，根据配方要求选择是否加入Cr和Zr，最后加入Zn。熔炼温度为1300℃～1400℃，浇铸温度1200℃～1250℃，浇速为先快后慢。
加工艺：将Φ60rnn的锭坯机加工成Φ50mm×100mm的挤压坯。在810±10℃箱式电阻炉中加热1h，然后在3150KN挤压机上挤压成Φ8mm的棒材。
线材拉丝工艺：Φ8.0→Φ7.2→Φ6.5→退火700℃/90min→酸洗→Φ5.5→Φ4.8→退火700℃/90min→酸洗→Φ4.1→Φ3.6→Φ3.35→退火700℃/90min→酸洗→Φ2.8→Φ2.5→Φ2.2.冷加工道次加工率达30％，两次退火之间的总加工率达60％。
实施例2～4
工艺步骤同实施例1，合金成分见表1所示。
采用铁模铸锭加工艺生产出来的实施例1～4合金线材性能列入表2。
表2、铁模铸造生产出来线材性能
    材料规格(mm)   状态 抗拉强度σb(Mpa) 延伸率δ(％)
    Φ8.0   挤压态 517 33
    Φ6.5   冷加工32％ 767 3
    Φ4.8   冷加工45％ 878 3
    Φ4.8   750℃/90min 615 30
    Φ3.35   冷加工51％ 996 3
Φ3.35 750℃/90min 574 23
    Φ2.2   冷加工60％ 900 2
实施例5
采用水平连铸工艺，水平连铸是在300kg中频炉内熔炼，然后倒入600kg的保温炉进行拉铸，拉出Φ12mm的连铸坯。合金的成分列入表3。
表3、水平连铸合金成分(wt％)
实施例 Zn Al Ni Cr Zr   Cu及不可避免的杂质
    5     17     3.7     1.05     0.21     -   78.04
    6     22.75     3.3     0.6     0.5     0.15   72.7
连铸坯的拉丝工艺：Φ11.6→Φ10.1→Φ9→Φ8.2→Φ7.5→缩刨Φ7.05→退火650℃/150min→酸洗→Φ6.0→Φ5.4→Φ4.8→退火650℃/150min→酸洗→Φ4.1→Φ3.5→Φ3.0→光亮退火650℃/150min→酸洗→(多模拉丝)Φ2.75 Φ2.55 Φ2.35 Φ2.2 Φ2.1 Φ1.90Φ1.80→光亮退火640℃/150min→酸洗→(多模拉丝)Φ1.6 Φ1.4 Φ1.25 Φ1.15Φ0.95 Φ0.85 Φ0.8→光亮退火620℃/150min。
实施例6
工艺步骤同实施例5，合金成分见表3所示。
采用水平连铸加工艺生产出来实施例5～6合金线材性能列入表4。从表4和表5数据可以看到合金线材σb可超过900MPa，σ0.2超过650MPa，延伸率δ软态可高达50％，硬态δ≥2％。
表4、水平连铸线材性能
    规格(mm)     状态   σb(Mpa)   δ(％) σ0.2(Mpa)
    Φ11.6     连铸态     377     45     -
    Φ7.5     硬态Y     800     3     644
    Φ7.05     软态M     401     48     -
    Φ4.8     硬态Y     730     5     574
    Φ4.8     软态M     429     57     -
    Φ3.0     硬态Y     861     2     -
    Φ3.0     软态M     423     50     -
    Φ2.1     硬态Y     785     5     575
    Φ1.8     硬态Y     877     4     670
    Φ1.8     软态M     389     53     -
    Φ0.8     硬态Y     966     5     -
    Φ0.8     软态M     545     24     -
为进一步说明本发明合金的优良的性能，将本发明合金与锡磷青铜性能及常用的黄铜H62性能比较列入表5，从表5可以看出，本发明合金性能优于锡磷青铜合金中性能较好的QSn6.5-0.1合金，而力学性能大大优于QSn4-3合金。延伸率偏低一些，不影响使用。
表5、发明合金性能和锡磷青铜合金性能比较
  规格(mm)   状态   合金   抗拉强度σb(MPa)   延伸率δ(％)   导电率％IACS   弹性模量E/(MPa)   人造汗腐蚀mm/年
  Φ4.8   650℃/2h   发明合金   615   31   -   -   0.0003
  QSn6.5-0.1   394   42   -   -   0.00125
  QSn4-3   364   54   -   -   -
  Φ3.34   冷加工率52％   发明合金   996   4   16.14   120540   -
  QSn6.5-0.1   815   9   13.52   108780   -
  QSn4-3   670   6   22.35   -   -
  Φ2.2   冷加工率57％   发明合金   905   2   -   -   -
  QSn6.5-0.1   825   4   -   -   -
  QSn4-3   668   5   -   -   -
  Φ1.1   硬态   H62   784   -   27   10000   -
另外，本发明合金还具有优异的耐腐蚀性能，耐腐蚀性能是发明合金和QSn6.5-0.1在人造汗溶液中同时进行试验。通过计算，发明合金耐人造汗腐蚀是QSn6.5-0.1合金的4倍，克服了QSn6.5-0.1合金制作的元件极易产生腐蚀的缺陷。发明合金在大气中能长久保存特有的金黄色，不但美观，而且接触性能好，保持元件的可靠性。
以上实施例是对专利的说明和进一步解释，而不是对本发明的限制，在本发明的精神和权利保护范围，所做的任何修改，都落入本发明的保护范围。

Claims (3)

1.一种高强度黄铜合金，其特征在于重量百分比组成为：15％～30％Zn，3.0％～5.0％Al，0.2％～2.0％Ni，0％～0.50％Cr，0％～0.50％Zr，余量为Cu和不可避免的杂质。
2.根据权利要求1所述的高强度黄铜合金，其特征在于重量百分比组成为：15％～30％Zn，3.0％～5.0％Al，0.2％～2.0％Ni，0.10％～0.50％Cr，0.10％～0.50％Zr，余量为Cu和不可避免的杂质。
3.根据权利要求2所述的高强度黄铜合金，其特征在于重量百分比组成为：23％Zn，3.5％Al，0.6％Ni，0.3％Cr，0.2％Zr，余量为Cu和不可避免的杂质。
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