CN101851713B

CN101851713B - 一种易切削高强度锌合金

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Publication number: CN101851713B
Application number: CN2010102054239A
Authority: CN
Inventors: 戴国水; 钱国统
Original assignee: SHAOXING TIANLONG TIN MATERIALS CO Ltd
Current assignee: SHAOXING TIANLONG TIN MATERIALS CO Ltd
Priority date: 2010-06-22
Filing date: 2010-06-22
Publication date: 2012-03-07
Anticipated expiration: 2030-06-22
Also published as: CN101851713A

Abstract

本发明公开了一种易切削高强度锌合金。目前的Zn-Al系合金大多数存在切削性能较差、晶间腐蚀倾向、尺寸稳定性低、工作温度低、抗蠕变能力差、耐蚀性差等缺点。本发明的特征在于各组分组成按重量百分比计分别为：铝1％～25％，铜0.5％～3.5％，镁0.005％～0.3％，锰0.01％～0.1％，以及铋0.005％～0.15％或/和锑0.01％～0.1％，以及总量不大于0.05％的杂质，余量为锌，各组份的重量百分比总和为100％。本发明可有效的提高锌合金的强度，并使其具有良好的切削性能，同时还具有一定的塑性加工性能，原材料价格低廉易得，绿色环保，是替代目前国内含铅黄铜以及部分不锈钢零部件的理想材料。

Description

一种易切削高强度锌合金

技术领域

本发明涉及合金新材料领域，具体地说是一种易切削高强度锌合金，用于替代铅黄铜制作电子电器接插件、仪表零件、水暖卫浴件及汽车摩托车零配件等。

背景技术

20世纪二十年代以来，随着铜资源的大量开采与消耗，在全世界出现了铜资源紧张的局势，面对日益高涨的铜价，铜资源先天匮乏的我国，寻找铜合金替代材料的研究迫在眉睫。铅黄铜具有优异的切削性能和耐磨性能，被广泛应用于电子电器接插件、仪表零件、水暖卫浴件及汽车摩托车零配件等。但是，由于其中含有铅，铅易溶出，造成环境污染，危害人们的身体健康，已经引起世界各国的重视，各大国也出台相关标准及法令，严格控制制品铅含量。我国缺铜但富锌，为此，研究开发绿色环保新型锌合金，以廉价的锌替代昂贵的铜，具有显著的经济效益和社会效益，也是缓解国内铜资源紧张的最有前途的解决方法。

目前研究最多、应用最广泛的锌基合金是Zn-Al系合金，锌铝合金具有高的强度和硬度、良好的耐磨减摩性能、原材料与制造成本低廉等优点，以及其他一些独特的性能(如碰撞时不产生火花，无磁性等)，用其替代铝合金甚至铜合金具有明显的经济性，同时，该合金熔点低，耗能少，成本低廉，成型方便，适用于多种铸造方法，因此具有很强的市场竞争力。目前，锌铝合金在美、加、德、英、日、俄等工业发达国家均得到广泛应用，我国的开发应用也在迅速推广。

但Zn-Al系合金存在切削性能较差、晶间腐蚀倾向、尺寸稳定性低、工作温度低、抗蠕变能力差、耐蚀性差等缺点。多年来，人们为克服这些缺点以便提高锌铝合金的综合性能，扩大其应用范围进行不懈努力。专利号200710035063.0的中国专利公开了一种高强度易切削的锌基合金及其制备工艺，其关键技术是采用挤压法制备铝含量很低(0.20-0.35％)的锌铝镁铜系锌基合金，并添加适量的稀土元素，提高合金的切削性能。该发明本质是在锌合金中添加微量的铜、铝、镁及稀土镧、铈，其中铜、镁及稀土含量较高，因此成本较高。锌铝合金中铝能大幅度提高锌合金的强度，且铝密度小，材料用料少，若能保证合金在高铝含量依然有良好的切削性能，将大幅降低锌合金成本。

发明内容

本发明的目的是提供一种切削性能好、强度高、性价比优、不含铅的易切削高强度锌基合金，用于替代较昂贵的铅黄铜和部分不锈钢零部件。

为此，本发明采用的技术方案为：一种易切削高强度锌合金，其特征在于各组分组成按重量百分比计分别为：铝1％～25％，铜0.5％～3.5％，镁0.005％～0.3％，锰0.01％～0.1％，以及铋0.005％～0.15％或/和锑0.01％～0.1％，以及总量不大于0.05％的杂质，余量为锌，各组份的重量百分比总和为100％。

本发明合金的组成包括铝元素，在纯锌中添加质量百分数为1～25％的铝，能明显提高锌合金的强度，但铝含量的增加会显著降低切削性能。为了保证较高的强度与较好的切削性能，铝的含量优选为5～15％。

铜能起固溶强化作用，提高合金抗拉强度。当铜含量超过1.25％时，其形成Cu-Zn-Al等多种金属间化合物，该化合物硬而脆，能提高材料强度，但降低材料塑性，因此铜的含量优选为1～2％。

在锌铝合金中添加镁，可起强化作用，并能防止晶间腐蚀，添加量过少，其作用不明显，添加量过多，会给塑性加工带来严重的负面影响，因此镁的含量优选为0.01～0.05％。

研究表明，Mn可以提高锌合金的强度，但损害金属的塑性。其强化机理是形成弥散分布的硬质点，对改善切削性能有利。锰的含量优选为0.03～0.07％。

在锌铝合金中添加铋，铋的熔点较低，不固溶于锌铝合金基体，可明显提高本发明的切削性能，添加量过少，其作用不明显，添加量过多，会给塑性加工带来严重的负面影响，也会使制品在电镀其他装饰性金属时，表面易产生微小气泡等缺陷，影响外观和使用性能，因此铋的含量优选为0.02～0.12％。

有人将锑作为锌铝合金的有害元素，认为其大幅降低合金的冲击韧性，本发明研究表明，Mg和Sb两种元素都部分固溶于基体，只要Mg和Sb比例控制得当并采取一定措施，能得到弥散分布于基体的颗粒状金属间化合物，其组合效果可改善切削性能，研究表明锑的含量优选为0.02～0.08％。

上述的易切削高强度锌合金，还包括硼0.005％～0.2％。研究表明，在本发明合金中添加硼元素，对切削性能也有一定的改善作用。经研究硼的优选含量为0.03％～0.1％。

本发明所述杂质中各组份的组成按重量百分比计分别为：铅≤0.01％、镉≤0.002％、硅≤0.03％、锡≤0.02％，其中铅和镉是为了符合欧盟“RoHS”要求，研究表明，在本发明合金中硅的存在，易使本发明合金在拉拔加工时产生微裂缝，影响加工性能，因此硅的含量需小于0.03％。研究也表明，在本发明合金中锡的存在，会对合金的塑性加工带来严重的影响，使本发明合金无法加工成较细线径的线材，也无法用本发明合金制作小型电子电器接插件，因此锡的含量需小于0.02％。

本发明的有益效果为：(1)制品抗拉强度高；(2)切削性能良好，接近H59-1铅黄铜；(3)原料廉价易得，综合成本低；(4)熔炼、热加工温度低，节约能耗；(5)具有一定的冷态塑性加工性能，如可以通过拉拔工艺拉制成较细的线径等，加工工艺简单，可实现工业化连续生产；(6)耐腐蚀性能好，晶间腐蚀倾向小，尺寸稳定性高；(7)绿色环保不含铅。因此本发明可替代普通铅黄铜广泛用于电子电器接插件、仪表零件、水暖卫浴件及汽车摩托车零配件等。

下面结合具体实施方式对本发明作进一步说明。

具体实施方式

实施例1：

锌合金的各组份组成按重量百分比计，分别为：铝22％，铜1％，镁0.01％，铋0.1％，锰0.1％，总量不大于0.05％的杂质，余量为锌，各组份的重量百分比总和为100％。

实施例2：

锌合金的各组份组成按重量百分比计，分别为：铝15％，铜1.25％，镁0.03％，铋0.005％，锑0.01％，锰0.07％，总量不大于0.05％的杂质，余量为锌，各组份的重量百分比总和为100％。

实施例3：

锌合金的各组份组成按重量百分比计，分别为：铝12％，铜1.5％，镁0.05％，锑0.04％，锰0.05％，总量不大于0.05％的杂质，余量为锌，各组份的重量百分比总和为100％。

实施例4：

锌合金的各组份组成按重量百分比计，分别为：铝10％，铜1.5％，镁0.06％，铋0.15％，锑0.1％，硼0.1％，锰0.1％，总量不大于0.05％的杂质，余量为锌，各组份的重量百分比总和为100％。

实施例5：

锌合金的各组份组成按重量百分比计，分别为：铝10％，铜1.75％，镁0.04％，锑0.03％，硼0.03％，锰0.03％，总量不大于0.05％的杂质，余量为锌，各组份的重量百分比总和为100％。

实施例6：

锌合金的各组份组成按重量百分比计，分别为：铝8％，铜1.25％，镁0.02％，铋0.12％，锰0.04％，总量不大于0.05％的杂质，余量为锌，各组份的重量百分比总和为100％。

实施例7：

锌合金的各组份组成按重量百分比计，分别为：铝8％，铜2％，镁0.08％，铋0.05％，锑0.08％，锰0.1％，总量不大于0.05％的杂质，余量为锌，各组份的重量百分比总和为100％。

实施例8：

锌合金的各组份组成按重量百分比计，分别为：铝8％，铜2.25％，镁0.04％，铋0.05％，硼0.005％，锰0.03％，总量不大于0.05％的杂质，余量为锌，各组份的重量百分比总和为100％。

实施例9：

锌合金的各组份组成按重量百分比计，分别为：铝5％，铜2.25％，镁0.06％，铋0.02％，锰0.01％，总量不大于0.05％的杂质，余量为锌，各组份的重量百分比总和为100％。

实施例10：

锌合金的各组份组成按重量百分比计，分别为：铝5％，铜2.5％，镁0.08％，铋0.08％，锑0.06％，硼0.2％，锰0.08％，总量不大于0.05％的杂质，余量为锌，各组份的重量百分比总和为100％。

实施例11：

锌合金的各组份组成按重量百分比计，分别为：铝1％，铜0.5％，镁0.3％，锑0.06％，硼0.15％，锰0.1％，总量不大于0.05％的杂质，余量为锌，各组份的重量百分比总和为100％。

实施例12：

锌合金的各组份组成按重量百分比计，分别为：铝25％，铜3.5％，镁0.2％，铋0.05％，锰0.03％，总量不大于0.05％的杂质，余量为锌，各组份的重量百分比总和为100％。

对比例1：

锌合金的各组份组成按重量百分比计，分别为：铝8％，铜1.25％，镁0.01％，总量不大于0.05％的杂质，余量为锌，各组份的重量百分比总和为100％。

对比例2：

锌合金的各组份组成按重量百分比计，分别为：铝5％，总量不大于0.05％的杂质，余量为锌，各组份的重量百分比总和为100％。

上述实施例和对比例的切削性能检测值列表如下：

由上述实施例表明，本发明所述的锌铝合金相对于对比例2来说，可以大幅提高锌铝合金的抗拉强度，相对于对比例1、2来说，合金的切削性能大幅度提高。

本发明不局限于上述实施例，可以根据不同的性能要求和使用场合优化组合成不同的配比来达到生产和使用厂商的要求，但不均以任何形式限制本发明的范围。

Claims

1.一种易切削高强度锌合金，其特征在于各组分组成按重量百分比计分别为：铝1％～25％，铜0.5％～3.5％，镁0.01～0.05％，锰0.01％～0.1％，以及锑0.02％～0.08％，以及总量不大于0.05％的杂质，余量为锌，各组份的重量百分比总和为100％。

2.按权利要求1所述的易切削高强度锌合金，其特征在于还包括铋0.005～0.15％。

3.按权利要求2所述的易切削高强度锌合金，其特征在于所述铋的重量百分比含量为0.02～0.12％。

4.按权利要求3所述的易切削高强度锌合金，其特征在于还包括硼0.005％～0.2％。

5.按权利要求4所述的易切削高强度锌合金，其特征在于所述硼的重量百分比含量为0.03～0.1％。

6.按权利要求1所述的易切削高强度锌合金，其特征在于所述锰的重量百分比含量为0.03～0.07％。

7.按权利要求1所述的易切削高强度锌合金，其特征在于所述铝的重量百分比含量为5～15％。

8.按权利要求1所述的易切削高强度锌合金，其特征在于所述铜的重量百分比含量为1～2％。