CN101812615A

CN101812615A - 一种含铋无铅易切削变形锌合金及其制备工艺

Info

Publication number: CN101812615A
Application number: CN 201010147727
Authority: CN
Inventors: 林高用; 孙利平; 曾菊花; 邹艳明; 刘键; 周玉雄
Original assignee: Central South University
Current assignee: Central South University
Priority date: 2010-04-15
Filing date: 2010-04-15
Publication date: 2010-08-25
Anticipated expiration: 2030-04-15
Also published as: CN101812615B

Abstract

本发明涉及一种含铋无铅易切削变形锌合金及其制备工艺。由下述组份按重量百分组成：铝(Al)8～12％；铜(Cu)0.6～1.5％；镁(Mg)0.03～0.1％；铋(Bi)0.1～0.8％；其余为锌(Zn)和不可避免的杂质；杂质含量≤0.05％。该合金切削性能优异且具有良好的力学性能和加工成形性能，易实现挤压成形，原材料价廉易得，且不含铅，绿色环保，耐蚀性能良好，无明显的晶间腐蚀倾向且合金尺寸稳定性高，可替代昂贵的铜合金，应用于卫浴用品及其他工业产品，具有良好的应用前景，是一种可替代铅黄铜的含铋无铅易切削变形锌合金。本发明还提供了上述含铋无铅易切削变形锌合金的制备工艺，该工艺简单可行，节约能源。

Description

一种含铋无铅易切削变形锌合金及其制备工艺

技术领域

本发明涉及一种易切削变形锌合金及其制备工艺，特别是涉及一种含铋无铅易切削变形锌合金及其制备工艺，属于金属材料制造技术领域。

背景技术

我国是一个贫铜富锌的国家，随着我国有色金属工业的快速发展，原材料资源短缺的矛盾日益严重，尤其是铜、镍、铝等大宗支柱性原料严重短缺，已严重影响了我国有色金属工业和国民经济的持续健康发展。锌合金是以锌为基体加入其他元素生产的有色合金材料，锌合金原料价格低，生产工艺简单，节省能源，绿色环保，是铜合金的理想替代品，成为目前国内外研究的热点，被誉为二十一世纪的新材料。

锌合金分为铸造锌合金金和变形锌合金，我国目前锌合金生产技术主要以铸造和压铸为主，对于变形锌合金生产技术研究才刚起步，而国外许多国家，如欧盟、美国、日本等国在变形锌合金技术方面研究已经有相当成熟的技术，其变形合金材料已普遍在电子通讯、家电、建筑、文具、水暖、汽车等领域应用。

变形锌合金，尤其是接近共晶成分的Zn-Al合金，由于导热性能较差，易粘结刀具，在切削加工时通常会遇到较大困难，这是限制锌铝合金应用的重要原因之一。因此，研究开发出一种既具有优良切削性能，又具有良好力学性能的变形锌合金，实现对已有易切削铅黄铜的替换具有重要意义。

据资料报道(孙连超，田荣璋.锌及锌合金物理冶金学[M].长沙：中南工业大学出版社，1994)，德国在易切削变形锌合金的研究领域取得了一定成果，他们曾经研制出两种合金Giesche ZL3(Zn-4Al-0.5Cu-0.03Mg)和GieshZL10(Zn-10Al-2Cu-0.03Mg)，作为切削加工黄铜的替代品。Giesh ZL10合金容易挤压成形，且具有良好的热加工性能及适当的强度，在国外被广泛采用。德国还开发了另一种锌基合金，其成分为Zn-(3.7-4.0)％Cu-(0.2-0.3)％Mg-(0.05-0.2)％Al-(0.25-0.4)％Bi，它应用于对高速切削质量要求极为严格的加工过程，并且在该合金中加入Pb(0.6-0.8)％和Ti(0.02-0.5)％，同时将Bi含量降低一半，可进一步改善它的高速切削性能，但该合金存在力学性能及尺寸稳定性差、不易实现挤压成形等缺点，应用受到限制。而目前国内对于易切削锌合金的研究成果还很少，除本发明人已有的一个授权专利(申请号200710035063.0)外，还未见到其他关于易切削锌合金研究成果的公开报道。

发明内容

本发明的目的是提供一种切削性能优异且具有良好的力学性能，易实现挤压成形，绿色环保的可替代铅黄铜的含铋无铅易切削变形锌合金。

本发明的另一目的是提供上述含铋无铅易切削变形锌合金的制备工艺。

本发明的目的是通过以下方式实现的：

一种含铋无铅易切削变形锌合金，由锌、铝、铜、镁、铋和不可避免的杂质组成，各组分的质量百分数为：铝(Al)8～12％；铜(Cu)0.6～1.5％；镁(Mg)0.03～0.1％；铋(Bi)0.1～0.8％；其余为锌(Zn)和不可避免的杂质；杂质含量≤0.05％。

作为进一步的优化，各组分的质量百分数为：铝(Al)9～12％；铜(Cu)0.6～1.2％；镁(Mg)0.03～0.1％；铋(Bi)0.1～0.5％；其余为锌(Zn)和不可避免的杂质；杂质含量≤0.05％。

所述的含铋无铅易切削变形锌合金的制备工艺：本发明以工业纯锌、工业纯铝、工业纯铜、工业纯镁、工业纯铋为原料，按Al 8～12％；Cu 0.6～1.5％；Mg 0.03～0.1％；Bi 0.1～0.8％；其余为Zn和不可避免的杂质(杂质含量≤0.05％)的配比在工频感应炉中熔炼，熔炼温度700～860℃；熔炼时先加入铝，熔化后加入铜，再加入锌，最后加入镁和铋；静置、扒渣后在钢模中浇注；得到本发明一种含铋无铅易切削变形锌合金。

本发明含铋无铅易切削变形锌合金是以Bi的加入提高合金的切削性能，Bi熔点低、质地软，几乎不固溶于锌，当其弥散分布于锌基体时，可起到切削断屑和刀具润滑的作用，提高了合金的切削性能。Bi含量以0.1～0.8％为宜，因为Bi含量小于0.1％时，合金切削性能的提高不明显；Bi含量大于0.8％时，合金的电镀性能受到影响。

Al能较大程度地提高锌液的流动性，从而改善合金的铸造性能。适量的Al还能显著提高Zn的强度以及塑性，对于加铝锌合金的切削性能，当铝含量提高时，切削形貌可获得改善，粘着物也减少。

Cu对Zn合金不但具有强化作用，而且还能大大提高合金的抗晶间腐蚀能力，改善Zn合金的耐蚀性，效果显著。但是Cu对Zn合金的作用具有两面性，Cu的加入增加了合金的尺寸不稳定性，因此Cu的加入必须适量，在该合金中Cu的加入量以0.6～1.5％为宜。

微量的Mg可以改善合金的老化现象。Mg的加入起到固溶强化、提高耐磨性能和力学性能的作用。同时，Mg还能防止晶间腐蚀、降低合金的阻尼性能等。在该合金中Mg的加入量为0.03～0.1％。

与现有技术相比，本发明合金材料的优点在于：

1、切削性能更优良。由于添加了Bi，在合金基体中形成细小并以块状或球状弥散分布的、可起到切削断屑作用Bi相，本发明合金具有较好的切削性能。

2、力学性能和加工成形性能良好。合金材料具有良好的力学性能，且易于实现挤压成形，热加工成形性能良好。

3、耐蚀性能良好，无明显的晶间腐蚀倾向且合金尺寸稳定性高。

4、原材料价廉易得，且不含铅，绿色环保，制备工艺简单可行，节约能源，可替代昂贵的铜合金，应用于卫浴用品及其他工业产品，具有良好的应用前景。

附图说明

附图1为实施例1所制备的含铋无铅易切削变形锌合金挤制棒材。

附图2为实施例1所制备的含铋无铅易切削变形锌合金棒材的车屑形貌图，车削背吃刀量为1mm，主轴转速为1120r/min，进给量为0.08mm/r。

具体实施方式

以下通过实施例，对本发明的技术方案作进一步具体说明。

实施例1

以工业纯锌、工业纯铝、工业纯铜、工业纯镁、工业纯铋为原料，按Al8％；Cu 0.6％；Mg 0.03％；Bi 0.1％；其余为Zn和不可避免的杂质(杂质含量≤0.05％)的配比在工频感应炉中熔炼，熔炼温度700～860℃；熔炼时先加入铝，熔化后加入铜，再加入锌，最后加入镁和铋；静置、扒渣后在钢模中浇注为φ55mm的铸锭；本实施例制成的含铋无铅易切削变形锌合金切削性能良好。将得到的铸锭进行挤压成形，铸锭加热温度为220～280℃，挤压为φ12mm的棒材，抗拉强度为368MPa，伸长率为18％，尺寸稳定性高，无明显晶间腐蚀倾向。

实施例2

以工业纯锌、工业纯铝、工业纯铜、工业纯镁、工业纯铋为原料，按Al10％；Cu 1.2％；Mg 0.06％；Bi 0.5％；其余为Zn和不可避免的杂质(杂质含量≤0.05％)的配比在工频感应炉中熔炼，熔炼温度700～860℃；熔炼时先加入铝，熔化后加入铜，再加入锌，最后加入镁和铋；静置、扒渣后在钢模中浇注为φ55mm的铸锭；本实施例制成的含铋无铅易切削变形锌合金切削性能良好。将得到的铸锭进行挤压成形，铸锭加热温度为220～280℃，挤压为φ12mm的棒材，抗拉强度为387MPa，伸长率为13％，尺寸稳定性高，无明显晶间腐蚀倾向。

实施例3

以工业纯锌、工业纯铝、工业纯铜、工业纯镁、工业纯铋为原料，按Al12％；Cu 1.5％；Mg 0.1％；Bi 0.8％；其余为Zn和不可避免的杂质(杂质含量≤0.05％)的配比在工频感应炉中熔炼，熔炼温度700～860℃；熔炼时先加入铝，熔化后加入铜，再加入锌，最后加入镁和铋；静置、扒渣后在钢模中浇注为φ55mm的铸锭；本实施例制成的含铋无铅易切削变形锌合金切削性能良好。将得到的铸锭进行挤压成形，铸锭加热温度为220～280℃，挤压为φ12mm的棒材，抗拉强度为415MPa，伸长率为12％，尺寸稳定性高，无明显晶间腐蚀倾向。

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

1.一种含铋无铅易切削变形锌合金，由下述组份按重量百分组成：

铝 8～12％；

铜 0.6～1.5％；

镁 0.03～0.1％；

铋 0.1～0.8％；

其余为锌(Zn)和不可避免的杂质；杂质含量≤0.05％。

2.根据权利要求1所述的一种含铋无铅易切削变形锌合金，由下述组份按重量百分组成：

铝 9～12％；

铜 0.6～1.2％；

镁 0.03～0.1％；

铋 0.1～0.5％；

其余为锌(Zn)和不可避免的杂质；杂质含量≤0.05％。

3.根据权利要求1所述的一种含铋无铅易切削变形锌合金的制备工艺，其特征在于：以工业纯锌、工业纯铝、工业纯铜、工业纯镁、工业纯铋为原料，铝(Al)8～12％；铜(Cu)0.6～1.5％；镁(Mg)0.03～0.1％；铋(Bi)0.1～0.8％；其余为锌(Zn)和不可避免的杂质；杂质含量≤0.05％的配比熔炼，熔炼温度700～860℃；熔炼时先加入铝，熔化后加入铜，再加入锌，最后加入镁和铋；静置、扒渣后在钢模中浇注；得到本发明一种含铋无铅易切削变形锌合金。

4.根据权利要求3所述的一种含铋无铅易切削变形锌合金的制备工艺，其特征在于：所述熔炼是在工频感应炉中进行。