CN101440442A - 一种无铅易切削铋黄铜合金 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种无铅易切削铋黄铜合金，属于金属材料制造技术领域。该合金其组成(重量百分比)为：58.0～62.0％Cu、0.6～2.0％Bi、0.01～1.7％的Sn和/或Se、0.05～0.6％Al、0.01～0.1％P，0.03～0.08％RE，余量为Zn和不可避免的杂质，杂质中铅的含量小于0.1％。该合金具有优良的切削性能、力学性能、耐蚀性能和塑性加工性能，可广泛用于汽车、钟表、电器、制锁、玩具、卫浴等行业。
Description
技术领域
本发明涉及一种无铅易切削铋黄铜合金，属于金属材料制造技术领域。
背景技术
铅黄铜(含Pb量1～3.7％)具有良好的切削性能、耐蚀性和冷热成型性能，广泛用于汽车、钟表、电器、制锁、玩具、卫浴等行业。但由于铅在黄铜中的固溶度小，大都以游离态形式分布，从而导致铅黄铜在使用过程中、或者在铅黄铜器件废弃之后，发生因铅的溶出而污染水源、土壤，或者在垃圾被焚烧、废料重熔时污染大气。铅是对人体危害极大的重金属之一，而且铅排入环境以后不易去除，并在环境中积累起来，极易对生物和人体产生毒性作用。因此，世界各国均很重视铅造成的污染和引起的危害，推广无铅应用已成为必然趋势。
发明内容
本发明的目的是提供一种具有良好的切削性能、耐蚀性能、力学性能和冷热成型性能的无铅易切削铋黄铜合金。
本发明提出的一种无铅易切削铋黄铜合金，合金组成(重量百分比)为：58.0～62.0％Cu、0.6～2.0％Bi、0.01～1.7％的Sn和/或Se、0.05～0.6％Al、0.01～0.1％P，0.03～0.08％RE，余量为Zn和不可避免的杂质，杂质中铅的含量小于0.1％。
所述Sn的重量百分比为0.15～1.5％。
所述Se的重量百分比为0.01～0.2％
所述合金中同时加入Sn和Se，其Sn的重量百分比为0.15～1.5％，Se的重量百分比为0.01～0.2％。
所述黄铜合金重量百分比组成分别为：60.0％Cu、1.0％Bi、0.8％Sn、0.3％Al、0.05％P，0.05％RE，余量为Zn和不可避免的杂质，杂质中铅的含量小于0.1％。
所述黄铜合金重量百分比组成分别为：58.0％Cu、2.0％Bi、0.2％Se、0.6％Al、0.1％P，0.08％RE，余量为Zn和不可避免的杂质，杂质中铅的含量小于0.1％。
所述黄铜合金重量百分比组成分别为：62.0％Cu、0.6％Bi、0.15％Sn、0.01％Se、0.05％Al、0.01％P，0.03％RE，余量为Zn和不可避免的杂质，杂质中铅的含量小于0.1％。
对于上述的无铅易切削铋黄铜合金，铋、硒、混合稀土、磷分别以铜-铋、铜-硒、铜-混合稀土、磷-铜中间合金加入，采用铸造(铁模铸造、半连续水平铸造、水平连铸等)、挤压、拉拔等塑性加工方法及机械加工制备各种产品。
在本发明的无铅易切削铋黄铜中，除了组成金属基体的铜和锌，还添加了铋、锡、硒、铝、磷、混合稀土等合金元素。铋与铅在元素周期表上相邻，具有相似的特点：即熔点低、质地软，几乎不固溶于铜，当其弥散分布于黄铜基体时，可起到切削断屑和刀具润滑的作用，改善黄铜的切削性能。铋是一种对环境友好的材料，不会和铅一样对环境造成的污染。但由于铋的熔点比铅更低，一般容易以网状或膜状分布于晶界，加入铋将增加材料脆性，降低材料的热加工性能，在本发明合金中铋含量小于0.6％(重量百分比)时，不能显著改善黄铜的切削性能；铋含量大于2.0％(重量百分比)时，将降低合金的冷、热成型性能，并使合金的力学性能急剧下降。为充分利用铋改善黄铜的切削性能，并保证材料的热加工性能，向合金中添加少量的锡、硒和微量的混合稀土。添加少量的锡、硒可以改善铋的析出形态，使其大部分以块状或球状而不是以薄膜状存在于晶界，添加微量的混合稀土可使基体的晶粒细化，从而进一步改善铋的分布。
添加少量锡还可以提高黄铜的强度和硬度，特别是还有利于抑制脱锌腐蚀，锡的加入量小于0.15％(重量百分比)时，效果不明显，但加入量超过1.5％(重量百分比)后会使合金的加工性能下降。
添加铝可以强化基体并提高合金的热加工性能，改善力学性能及热锻性能。铝的加入量小于0.05％(重量百分比)，效果不明显，但铝添加量多的情况下使合金的切削性能降低，所以选择其上限为0.6％(重量百分比)。
添加的磷主要作为脱氧剂，并增加合金熔体的流动性，提高铸造性能，此外磷对铜合金的力学性能和焊接性能有良好影响。但磷加入量多的情况下在晶界产生偏析，降低延展性，考虑到这一点，选择磷的加入量为0.01～0.1％(重量百分比)。
本发明合金材料具有以下优点：
1、切削加工性能优良。由于添加了Bi、和Sn、Se、RE等合金元素，在合金基体中形成细小并以块状或球状均匀分布的、可起到切削断屑和刀具润滑作用的铋相，本发明合金具有较好的切削加工性能。与切削加工性能最佳的铅黄铜C36000的相对可切削率(作为100％)相比，本发明无铅易切削黄铜合金的相对可切削率为70％以上，与铅黄铜HPb59-1合金的可切削率相当。
2、力学性能和加工成型性良好。由于发明合金材料中通过添加适当的RE、Sn、Se等元素使晶粒细化并改善铋相的分布，抑制了合金的热脆倾向，添加适量的铝可强化基体并提高合金的热加工性能，合金易冷热加工成型，产品性能稳定，成品率高；合金材料具有较好的力学性能，抗拉强度和硬度与铅黄铜HPb59-1基本相同。
3、耐蚀性能优异。合金中铋相在基体金属中分布均匀，并且合金中添加适量的锡，改善了耐脱锌腐蚀性能，其耐蚀性优于铅黄铜HPb59-1。
本发明无铅易切削铋黄铜合金可制成棒材、线材等，可广泛用于汽车、钟表、电器、制锁、玩具、卫浴等行业。
具体实施方式
实施例1
材料组成(重量百分比)为：60.0％Cu、1.0％Bi、0.8％Sn、0.3％Al、0.05％P，0.05％RE，余量为Zn和不可避免的杂质，杂质中铅的含量小于0.1％。
按材料成分配比和加料顺序将工业纯铜、工业纯锡、工业纯铝、工业纯锌和铜-铋、铜-混合稀土、磷-铜中间合金在中频炉中熔化，搅拌均匀后，浇铸成ф55×180mm棒坯，棒坯切定尺后经670℃挤压和小变形量冷拉拔加工，制成ф15mm棒材。本实施例制成的无铅易切削铋黄铜合金的抗拉强度为460MPa，硬度为HB126，相对可切削率约为80％。
实施例2
材料组成(重量百分比)为：58.0％Cu、2.0％Bi、0.2％Se、0.6％Al、0.1％P，0.08％RE，余量为Zn和不可避免的杂质，杂质中铅的含量小于0.1％。
按材料成分配比和加料顺序将工业纯铜、工业纯铝、工业纯锌和铜-铋、铜-硒、铜-混合稀土、磷-铜中间合金在中频炉中熔化，搅拌均匀后，浇铸成ф55×180mm棒坯，棒坯切定尺后经670℃挤压和小变形量冷拉拔加工，制成ф15mm棒材。本实施例制成的无铅易切削铋黄铜合金的抗拉强度为445MPa，硬度为HB121，相对可切削率约为88％。
实施例3
材料组成(重量百分比)为：62.0％Cu、0.6％Bi、0.15％Sn、0.01％Se、0.05％Al、0.01％P，0.03％RE，余量为Zn和不可避免的杂质，杂质中铅的含量小于0.1％。
按材料成分配比和加料顺序将工业纯铜、工业纯锡、工业纯铝、工业纯锌和铜-铋、铜-硒、铜-混合稀土、磷-铜中间合金在中频炉中熔化，搅拌均匀后，浇铸成ф55×180mm棒坯，棒坯切定尺后经670℃挤压和小变形量冷拉拔加工，制成ф15mm棒材。本实施例制成的无铅易切削铋黄铜合金的抗拉强度为475MPa，硬度为HB134，相对可切削率约为74％。
以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。
Claims (7)
1、一种无铅易切削铋黄铜合金，其特征在于，合金组成(重量百分比)为：58.0～62.0％Cu、0.6～2.0％Bi、0.01～1.7％的Sn和/或Se、0.05～0.6％Al、0.01～0.1％P，0.03～0.08％RE，余量为Zn和不可避免的杂质，杂质中铅的含量小于0.1％。
2、根据权利要求1所述的无铅易切削铋黄铜合金，其特征在于，所述Sn的重量百分比为0.15～1.5％。
3、根据权利要求1所述的无铅易切削铋黄铜合金，其特征在于，所述Se的重量百分比为0.01～0.2％。
4、根据权利要求1所述的无铅易切削铋黄铜合金，其特征在于，所述合金中同时加入Sn和Se，其Sn的重量百分比为0.15～1.5％，Se的重量百分比为0.01～0.2％。
5、根据权利要求1所述的无铅易切削铋黄铜合金，其特征在于，所述黄铜合金重量百分比组成分别为：60.0％Cu、1.0％Bi、0.8％Sn、0.3％Al、0.05％P，0.05％RE，余量为Zn和不可避免的杂质，杂质中铅的含量小于0.1％。
6、根据权利要求1所述的无铅易切削铋黄铜合金，其特征在于，所述黄铜合金重量百分比组成分别为：58.0％Cu、2.0％Bi、0.2％Se、0.6％Al、0.1％P，0.08％RE，余量为Zn和不可避免的杂质，杂质中铅的含量小于0.1％。
7、根据权利要求1所述的无铅易切削铋黄铜合金，其特征在于，所述黄铜合金重量百分比组成分别为：62.0％Cu、0.6％Bi、0.15％Sn、0.01％Se、0.05％Al、0.01％P，0.03％RE，余量为Zn和不可避免的杂质，杂质中铅的含量小于0.1％。
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