CN101906556B - 一种无铅易切削变形锡铋锌铝合金 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种无铅易切削变形锡铋锌铝合金，该合金由下述组分按重量百分比组成：铝(Al)8～12％；铜(Cu)0.8～1.5％；铋(Bi)0.05～0.2％；锡(Sn)0.05～0.15％；其余为锌(Zn)和不可避免的杂质；杂质含量≤0.05％。本发明合金具有优异的切削性能，且具有良好的力学性能和加工成形性能，易实现挤压成形，可制成棒材、线材，特别适用于对切削加工成型要求较高的加工和生产领域；原材料价廉易得，且不含铅，绿色环保，是一种可替代铅黄铜的无铅易切削变形锡铋锌铝合金，具有良好的应用前景。

Description

一种无铅易切削变形锡铋锌铝合金

技术领域

本发明涉及一种易切削变形锌铝合金，特别是涉及一种无铅易切削变形锡铋锌铝合金，属于金属材料制造技术领域。

背景技术

随着我国有色金属工业的快速发展，我国铜资源短缺与铜消费量增长的矛盾日益加剧，加速开发铜及铜合金替代材料，以满足现代工业的需求，成为材料工作者的共识。我国锌资源不但储量多，居世界前列，品味也高。以锌为基体加入其他元素生产的锌合金具有熔点低，铸造性能好，机械性能优异，生产工艺流程短，能耗小等优点，是部分铜合金的理想替代材料。

经过几十年的发展，锌合金已形成铸造锌合金和变形锌合金两大系列。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，其变形锌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。

变形锌合金的典型代表为Zn-Al和Zn-Cu-Ti合金。Zn-Cu-Ti合金是目前使用较多的变形锌合金，可用来制作拉链、千层锁、日用五金等，但由于其综合性能较低，应用范围有很大局限；而Zn-Al合金具有许多优异的性能，如熔点低、熔炼耗能少，生产效率高，力学性能良好等，目前已相继发展了几个成分的Zn-Al合金(ZnAl15、ZnAl10-1、ZnAl10-5、ZnAl0.2-4、ZnAl14-1)作为黄铜的代用品。

但变形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，这成为限制变形Zn-Al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铝合金，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(专利号：ZL200710035063.0)和一项申请专利(申请号：201010147727.4)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无铅易切削变形锡铋锌铝合金。

本发明的目的是通过以下方式实现的：

一种无铅易切削变形锡铋锌铝合金，由下述组分按质量百分比组成：

铝8～12％；

铜0.8～1.5％；

铋0.05～0.2％；

锡0.05～0.15％；

其余为锌和不可避免的杂质；杂质含量≤0.05％。

作为优选，各组分的质量百分数为：

铝8～12％；

铜0.9～1.2％；

铋0.08～0.15％；

锡0.05～0.1％；

其余为锌和不可避免的杂质；杂质含量≤0.05％。

作为进一步的优选，各组分的质量百分数为：

铝9～11％；

铜0.9～1.2％；

铋0.08～0.1％；

锡0.05～0.1％；

其余为锌和不可避免的杂质；杂质含量≤0.05％。

本发明一种无铅易切削变形锡铋锌铝合金是通过在Zn-Al合金中添加Bi和Sn，形成弥散分布的低熔点Bi相和SnBi相，起到切削断屑作用，从而提高合金的切削性能。但过量的Bi和Sn对合金的加工成形性能有不利影响，因此本发明合金中Bi的加入量以0.05～0.2％为宜，Sn的加入量以0.05～0.15％为宜。

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，本发明合金中Cu的加入量以0.8～1.5％为宜。

与现有技术相比，本发明合金材料的优点在于：

1、切削性能更优异。由于同时添加了Bi和Sn，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的低熔点的Bi相和SnBi相，本发明合金比授权专利(专利号：ZL200710035063.0)和申请专利(申请号：201010147727.4)的锌基合金具有更优异的切削性能，特别适用于对切削加工成型要求较高的加工和生产领域。

2、力学性能和加工成形性能良好。本发明为锌铝基易切削合金材料，具有良好的力学性能，尤其塑性指标比授权专利(专利号：ZL200710035063.0)的锌铜基合金高1-2倍；易于实现挤压成形，热加工成形性能良好，可制成棒材、线材。

3、原材料价廉易得，且不含铅，绿色环保，可作为铅黄铜的替代材料，具有良好的应用前景。

附图说明

图1为实施例2所制备的无铅易切削变形锡铋锌铝合金棒材的车屑形貌图，车削加工背吃刀量为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、工业纯铋、工业纯锡为原料，按Al 8％；Cu 0.8％；Bi 0.05％；Sn 0.05％；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720～800℃；熔炼时先加入铝，熔化后加入铜，再加入锌，最后加入铋和锡；静置、扒渣后在钢模中浇注为φ55mm的铸锭；将铸锭车皮定尺后在240～260℃进行挤压和小变形量冷拉拔加工，制成φ12mm的棒材。本实施例制成的无铅易切削变形锡铋锌铝合金切削性能良好，抗拉强度为362MPa，伸长率为15％。

实施例2

以工业纯锌、工业纯铝、工业纯铜、工业纯铋、工业纯锡为原料，按Al 10％；Cu 1.2％；Bi 0.1％；Sn 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720～800℃；熔炼时先加入铝，熔化后加入铜，再加入锌，最后加入铋和锡；静置、扒渣后在钢模中浇注为φ55mm的铸锭；将铸锭车皮定尺后在240～260℃进行挤压和小变形量冷拉拔加工，制成φ12mm的棒材。本实施例制成的无铅易切削变形锡铋锌铝合金切削性能良好，抗拉强度为345MPa，伸长率为11％。

实施例3

以工业纯锌、工业纯铝、工业纯铜、工业纯铋、工业纯锡为原料，按Al 12％；Cu 1.5％；Bi 0.2％；Sn 0.15％；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720～800℃；熔炼时先加入铝，熔化后加入铜，再加入锌，最后加入铋和锡；静置、扒渣后在钢模中浇注为φ55mm的铸锭；将铸锭车皮定尺后在240～260℃进行挤压和小变形量冷拉拔加工，制成φ12mm的棒材。本实施例制成的无铅易切削变形锡铋锌铝合金切削性能良好，抗拉强度为358MPa，伸长率为10％。

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)

1.一种无铅易切削变形锡铋锌铝合金，由下述组分按重量百分比组成：

铝8～12％；

铜0.8～1.5％；

铋0.05～0.2％；

锡0.05～0.15％；其余为锌和不可避免的杂质；杂质含量≤0.05％。

2.根据权利要求1所述的一种无铅易切削变形锡铋锌铝合金，其特征在于，该合金由下述组分按重量百分数组成：

铝8～12％；

铜0.9～1.2％；

铋0.08～0.15％；

锡0.05～0.1％；其余为锌和不可避免的杂质；杂质含量≤0.05％。

3.根据权利要求1所述的一种无铅易切削变形锡铋锌铝合金，其特征在于，该合金由下述组分按重量百分数组成：

铝9～11％；

铜0.9～1.2％；

铋0.08～0.1％；

锡0.05～0.1％；其余为锌和不可避免的杂质；杂质含量≤0.05％。

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