CN101942582A - 低铅黄铜合金及其物品的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种低铅黄铜合金及其物品的制备方法，该低铅黄铜合金包含：0.05至0.3重量％的铅；0.3至0.8重量％的铝；0.01至0.4重量％的铋；0.1至0.15重量％的微量元素；以及97.5重量％以上的铜和锌，其中，所述铜在所述低铅黄铜合金中的含量为58至70重量％。

Description

低铅黄铜合金及其物品的制备方法

技术领域

本发明涉及一种环保铸造的黄铜合金及其物品的制备方法，尤其是，本发明涉及一种低铅黄铜合金及其物品的制备方法。

现有技术

黄铜的主要成份为铜和锌，两者之比通常为约7∶3或6∶4，此外通常包含少量杂质。为了改善黄铜性质，熟知黄铜是含铅(多为1-3重量％)以达到产业所需的机械特性，并因此成为工业上的重要材料，广泛应用于管线、水龙头、供水/排水系统的金属装置或金属阀等制品。

然而，随着环保意识抬头，重金属对于人体健康的影响及对环境污染的问题逐渐受到重视，因此，限制含铅合金的使用成为目前的趋势，日本、美国等国陆续修订相关法规，极力推动降低环境中的含铅率，包括用于家电、汽车、水外围产品的含铅合金材料，特别要求不能从该产品溶出铅至饮用水，并且在加工过程中必须避免铅污染。因此，业界亟需开发无铅黄铜材料，寻找可替代含铅黄铜，但仍需兼顾铸造性能、切削性、耐腐蚀性、与机械性质的合金配方。

目前已有许多无铅铜合金配方被报导，例如以硅(Si)为主要成分取代铅添加在黄铜合金中，例如TW421674、US7354489、US20070062615、US20060078458、US2004023441等所揭披露的无铅铜合金配方，但这些公知技术的缺点是切削性不良。另外，无铅铜合金配方例如CN10144045揭示以铝、硅、磷为主要合金元素，虽然可用于铸造，但切削性较差，加工效率远低于铅黄铜，不适于大批量产；CN101285138、CN101285137揭示以磷为主要合金元素，但其用于铸造则容易产生裂纹、夹渣等缺陷。

另外，还有文献以铋(Bi)为主要成分而取代铅添加在黄铜合金中，例如US7297215、US6974509、US6955378、US6149739、US5942056、US5653827、US5487867、US5330712、US20060005901、US20040094243、US5637160、US20070039667等，上述合金配方的铋含量约在0.5重量％至7重量％的范围，且除了铋之外，各自包含不同的元素成分及特定比例。例如，US6413330披露同时包含铋、硅及其它成分的无铅铜合金配方，CN101440444也披露高锌硅无铅黄铜合金，然而，因其含硅量高但含铜量较低，合金的熔液流动性差，在金属模中比较难充慢型腔，易产生浇不足等铸造缺陷。而CN101403056披露以铋及锰代替铅的无铅黄铜合金，然而，高铋含量易产生裂纹、夹渣等缺陷，而铋低锰高则硬度高，不易断屑，切削性差。

由于铋的资源稀少、价格昂贵，以较高量的铋代替铅会造成无铅黄铜的制造成本过高，不利于商业化，且上述黄铜合金配方仍存在有铸造性能差、材料脆化未能有效改善。

另外，亦有文献揭示无铅铜合金的制备过程或洗铅制备过程的改良方法，例如US5904783披露以钠、钾金属在高温下处理黄铜合金以减少铅滤出到供给液的方法；TW491897披露含有1-2.6重量％的铋的黄铜合金的制备方法；然而，公知洗铅制备过程仅能在含铅产品在浸入水中时，减少与水接触表面的铅析出，无法将生产原料成分中铅含量降低至0.3重量％以下。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于开发低铅黄铜合金材料以及改良的制备过程。

为达到上述及其它目的，本发明提供一种低铅的环保黄铜合金，包括：0.05至0.3重量％(wt％)的铅(Pb)；0.3至0.8重量％的铝(A1)；0.01至0.4重量％的铋(Bi)；0.1至0.15重量％的微量元素；以及97.5重量％以上的铜(Cu)和锌(Zn)，其中，该铜在该低铅黄铜合金中的含量为58至70重量％。

在一实施方式中，本发明的低铅黄铜合金中所包含的铜和锌的总含量为97.5-99.54重量％，优选为98重量％以上。在一实施方式中，该铜的含量为该低铅黄铜合金总重量的58-70重量％，此范围的含量的铜可提供合金良好的韧性和良好的加工性。在优选实施例中，该铜的含量优选为62-65重量％。

在本发明的低铅黄铜合金中，该铅的含量为0.05-0.3重量％。在优选实施例中，铅的含量为0.1-0.25重量％，更优选为0.15-0.25％。

在本发明的低铅黄铜合金中，该铝的含量为0.3-0.8重量％。在优选实施例中，铝的含量为0.4-0.7重量％，更优选为0.5-0.65重量％。添加适量的铝可增加铜水的流动性，并改善该合金材料的铸造性能。

在本发明的低铅黄铜合金中，该铋的含量为0.4重量％以下。在优选实施例中，铋的含量为0.01-0.4重量％，优选为0.05-0.3重量％，更优选为0.1-0.2重量％。

本发明的低铅黄铜合金中所包含的0.1-0.15重量％的微量元素可为稀土元素和/或不可避免的杂质，其中，该稀土元素包括铈、钪、钇、镧系元素等，该稀土元素可单独使用或组合使用。添加适量的稀土元素(例如铈(Ce))可强烈地细化合金材料的铸态组织，并可使重结晶退火后的α、β相的相对量及结晶形貌(morphology)发生变化，且可与铅等元素形成颗粒状杂质，因而改善合金材料中杂质的分布，并改善合金的物理性质及加工性质。在一实施方式中，该稀土元素为铈，其含量为0.1-0.15重量％。

本发明的低铅黄铜合金还包含0.8重量％以下的磷(P)。在优选实施例中，磷的含量为0.4-0.8重量％。添加适量的磷能提高熔体的流动性，改善铜及合金的焊接性能。磷在铜中固溶度大，CuP的表面能低，所以能降低铜的表面张力，促使铋以颗粒状析出。

在本发明中，以Bi代替Pb，是为了保持黄铜的易切削性能。Pb相为面心立方晶格，晶格常数为4.949×10^-10m，Pb在Cu的固溶度均极小，因此，Pb在Cu合金中常以单质相的方式存在。Bi相为菱方晶格，晶格常数为4.7457×10^-10m，晶轴间夹角a＝57°14.2’，Cu和Bi在固态基本上均不互溶，因此，少量Bi就会在组织中出现单独的Bi相。Bi常呈连续的脆性薄膜分布在黄铜晶界上，既产生热脆性，又产生冷脆性。Bi偏析于晶界的两种机制，如图8所示。

造成Bi偏析于晶界的机制由两种数学模型来解释，图8A是由麦克林模式(McLean Model)及霍氏模式(Hofmann-Ertewein Model)来解释其机制。图8A为体积扩散的模型，原理为Bi原子由从块材扩散至晶界，即为一般认知的菲克定律(Fick’s Law)；图8B可由位错管扩散模式(Dislocation-pipe diffusion Model)来解释其机制，原理为液态Bi先流入差排，而差排如同输送管将液态Bi送进晶界，为差排扩散机制。此两种扩散机制，后者扩散速度为前者的105倍。当Bi析出由差排扩散机制主导，此机制主导则会造成(Cu)固体溶液+L(液态Bi)双相区产生，造成所谓的薄膜状Bi产生，材料的脆裂性大幅提升。为改善此状况，当温度降至750℃以下时，采用加速冷却的方式，使双相区之差排扩散消失，则Bi不会呈薄膜偏析至晶界，将可避免材料脆裂的产生。

在本发明中，由进一步将磷元素加入到该黄铜合金配方以减少黄铜合金的表面张力。使黄铜合金的异相之间夹角的表面张力与同相之间夹角的表面张力的比值趋近于0.5，若双面角(dihedral angle)大于60度，则使该黄铜合金配方中的Bi形成颗粒状Bi析出。从而提高该合金材料的切削性，不致产生铸造缺陷。

在一实施方式中，本发明的低铅黄铜合金包含：0.05至0.3重量％的铅；0.3至0.8重量％的铝；0.01至0.4重量％的铋；0.1至0.15重量％的微量元素(即，稀土元素和/或不可避免的杂质)；0.8重量％以下的磷；以及98至99.54重量％的铜和锌，其中，该铜在该低铅黄铜合金中的含量为58至70重量％。

在一实施方式中，本发明的低铅黄铜合金包含62-65重量％的铜、0.05-0.25重量％的铅、0.5-0.75重量％的铝、0.2-0.3重量％的铋、0.8重量％以下的磷(且铝与磷的总含量为1.4重量％以下)、0.1-0.15重量％的铈和余量锌，且不可避免的杂质含量为0.1重量％以下。

依据本发明的目的，本发明提供一种低铅黄铜合金的物品的制造方法，包括下列步骤：

(a)将该低铅黄铜合金及回炉料预热至400℃至500℃；

(b)将该低铅黄铜合金及该回炉料熔解至沸腾以形成熔解铜液；

(c)将模具预热至200℃后，将砂芯置于该模具中；

(d)将该熔解铜液浇铸至该模具中，其中，该浇铸的温度介于1010至1060℃之间；以及

(e)将所得到的铸件脱模。

本发明的方法可还包括制备该砂芯的步骤，将选自由粒径为40至70目、50至100目及70至140目的圆型砂所组成的组中的一种或多种圆型砂、树脂以及固化剂混合而制备砂芯，其中，该树脂为尿醛树脂和/或呋喃树脂。用于本发明方法的砂芯必须充分干燥，以降低气孔缺陷。

在一实施方式中，该回炉料在预热前经洗砂处理，以移除砂和铁线。

在一实施方式中，本发明的步骤(b)的无铅铜锭和回炉料的重量比为6∶1至9∶1，优选的无铅铜锭和回炉料的重量比为6∶1至8∶1，更优选为7∶1。

本发明的步骤(b)可还包括添加精炼清渣剂，其中，该精炼清渣剂在添加前先预热至400℃以上。在一实施例中，该精炼清渣剂的添加量为无铅铜锭及回炉料的总重的0.1-0.5重量％，优选为0.15-0.3重量％，更优选为0.2重量％。在该步骤(b)中，该精炼清渣剂可一次添加或分次添加。

在本发明的步骤(d)中，熔解铜液的浇铸可为重力浇铸。对于步骤(d)的浇铸温度需维持在1010-1060℃。针对该浇铸步骤，其中，该浇铸以批次的方式进行，且该浇铸的浇铸量每次约1至2千克，以及浇铸的时间为3至8秒。

在本发明的方法中，该脱模在完成该浇铸后10至15秒时、或该铸件不呈现红热状态下进行。在优选实施例中，完成脱模的铸件以自然降温冷却。

本发明的方法可还包括在步骤(e)后，冷却该模具，使该模具的温度维持在180至220℃之间；以及清理模具(例如以压缩空气吹净模具表面)，将少许石墨水喷涂在模具表面(例如以喷雾器喷洒)，以供下一次浇铸使用。

在一实施方式中，以石墨水冷却该模具，进行方式是将该模具浸入该石墨水中3至8秒。该石墨水的温度优选为维持在25-40℃之间，而石墨水的比重为1.02-1.10。

附图说明

图1为本发明低铅黄铜自熔解的液态凝固的示意图；

图2为本发明低铅黄铜试片在扫描式电子显微镜(SEM)下的微观形貌(morphology)和用X-ray能谱仪(EDS)对微观区域元素成分进行定量分析。

图3A为本发明低铅黄铜试片的金相组织分布；

图3B为铋无铅黄铜试片的金相组织分布；

图3C为H59铅黄铜试片的金相组织分布；

图4A为铋无铅黄铜试片的材料开裂情况；

图4B为铋无铅黄铜试片的裂纹放大图；

图5A为铋无铅黄铜试片的抗脱锌腐蚀测试的金相组织分布；

图5B为本发明低铅黄铜试片的抗脱锌腐蚀测试的金相组织分布；

图6A为铋无铅黄铜的切屑；

图6B为H59铅黄铜的切屑；

图6C为本发明低铅黄铜的切屑；

图7为制造本发明的低铅黄铜的产品的制备过程示意图；以及

图8A和8B说明合金中的铋偏析于晶界的机制。

具体实施方式

以下是根据特定的具体实施例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可根据本说明书所揭示的内容了解本发明的其它优点与功效。

在本说明书中，除非另有说明，否则低铅黄铜合金所包含的成分均以该合金总重量为基准，并以重量百分比(wt％)表示。

发明人发现，当以公知高含量的铋(1重量％以上)添加入黄铜合金时，在微观上，易在黄铜合金的晶粒中形成铋的液态薄膜，最后在晶界偏析而产生连续片状的铋，遮蔽晶界，使得合金的机械强度溃散而使合金的热脆性及冷脆性提高，造成材料开裂。然而，根据本发明的低铅黄铜合金配方，仅需使用0.4重量％以下的铋，不但可解决材料开裂的缺陷且仍可达到铅黄铜(如公知的H59铅黄铜)所具备的材料特性(如切削性等)，且不易产生裂纹或夹杂等产品缺陷。因此，本发明的低铅黄铜合金可大幅降低铋用量，有效降低低铅黄铜合金的生产成本，对于商业量产及应用上极具优势。

另外，依据本发明的低铅黄铜合金配方，可以使合金的铅含量降低至0.05-0.3重量％，符合对于与水接触的管线材料的铅含量的国际规定。因此，依据本发明的低铅黄铜合金有利于制造水龙头及卫浴零部件、自来水管线、供水系统等应用。

在实施例中，本发明的低铅黄铜合金包含：0.05至0.3重量％的铅；0.3至0.8重量％的铝；0.01至0.4重量％的铋；0.1至0.15重量％的微量元素(即，稀土元素和/或不可避免的杂质)稀土元素和不可避免的杂质；以及97.5至99.54重量％的铜和锌，其中，该铜在该低铅黄铜合金中的含量为58至70重量％。

以下，将以例示性实施例详细阐述本发明。

实施例1：

在此优选实施例1中，本发明的低铅黄铜合金的成分(单位为重量百分比)如下：

Cu：62.51

Zn：35.72

Pb：0.177

Bi：0.154

Al：0.478

P：0.52

Sn：0.183

Ce：0.114

经过扫描式电子显微镜(Scanning electron microscopy，SEM)和X-ray能谱仪(Energy Dispersive Spectrdmeter，EDS)分析如此制得的环保铸造黄铜试片的形貌、成分以及形成机制，其结果如图1、图2及表1所示。在图2的电子显微镜照片中，A点为α相，铜含量较高，并在晶粒内部具有少量铋；B点为β相，锌含量较高，一般不含铋；以及C点为晶界，有较多的铋在此处析出，形成易断屑软质点，可提高材料切削性能。该低铋无铅黄铜试片的A、B、C点的成分分析如表1所示。

表1能谱分析结果(原子百分比)

	A(α)	B(β)	C
				Cu	63.03	51.91	61.09
Zn	24.31	42.87	35.1
				Bi	0.09	0	2.37
Pb	0.25	0.17	0.04
				Al	0.67	0.53	0.1
P	8.01	1.76	0.26

试验例1：

在相同制备过程和相同操作条件下，分别以本发明的低铅黄铜合金(实施例2-4)、铋无铅黄铜(比较例1-4)、H59铅黄铜(比较例5-6)、及高磷含量的铅黄铜(比较例7)为材料，进行相同的产品铸造，并比较各合金的加工特性及各阶段的制备过程的合格率，其中，制备过程的合格率的定义如下所示：

生产合格率＝合格品数/全部产品数x100％

制备过程的生产合格率反映生产制备过程的质量稳定性，质量稳定性越高，才能保证正常生产。

表2产品试验统计表

由表2可知，以无铅铋黄铜为材料进行产品铸造时，所得产品的铸造缺陷较多，故产品的生产总合格率低于70％，且铋含量越高则合格率越低。观察以完全无铅的铋黄铜为材料的铸件的主要缺陷为：气孔、夹渣、裂纹、浇不饱、缩松，具有这些缺陷的不合格品占全部不合格品的72％。具体而言，无铅铋黄铜的熔解铜液的流动性差，且对模具的填充性差，铸件易产生浇不饱的状况；铸件容易产生裂纹，一些微小裂纹到最后抛光阶段才能被发现；铸件易发生夹渣和气孔的现象；且完全无铅的铋黄铜切削性较差，容易产生振刀、粘刀等问题，造成后续机械加工的合格率偏低。

而根据本发明的低铅黄铜为原料的试作组，合格率最好(可达90％以上)，其材料流动性接近公知的H59铅黄铜，对铸造工艺进行优化后，在铸件凝固时形成具有低脆裂敏感度成等轴树枝状晶相组织，在保障切削性的同时，又不易产生裂纹等缺陷，使材料完全可以满足生产的需求。其中，由于高含量的磷易使黄铜合金产生铸造缺陷，并降低合格率，因此，本发明的低铅黄铜的磷含量不宜超过0.8％。另外，本发明的低铅黄铜的耐蚀性也较比较例1及2的高铋无铅铜显著改善。

试验例2：

将黄铜材料的试片在光学金相显微镜下观察材料的组织分布，其放大100倍的结果如图3所示。

实施例1的低铅黄铜的成分实测值为Cu：63.35wt％、Al：0.515wt％、Pb：0.182wt％、Bi：0.117wt％、P：0.435wt％。其组织分布如图3A所示，会形成等轴树枝状晶相组织，因晶粒呈树枝状相，会使材料较易断屑而可提供良好切削性；又具有低脆裂敏感度，故不易产生裂纹等缺陷。

图3B为比较例1的组织分布，铋无铅黄铜主要成分的实测为：Cu：62.48wt％、Al：0.513wt％、Pb：0.0075wt％、Bi：0.762wt％、P：0.0024wt％。铋含量高时，会造成异质成核点多且成核速率快，而α相组成过冷越大，形成的晶粒多呈现枝蔓臂形状且极少呈块状。因此，铋会在晶界偏析而产生连续片状的铋，使得材料的机械强度溃散、热脆性及冷脆性提高，而易造成材料开裂。

图3C则为比较例6的组织分布，H59铅黄铜主要成分的实测值为：Cu：61.1wt％、Al：0.589wt％、Pb：1.54wt％、Bi：0.0089wt％、P：0.0002wt％。合金α相圆粒状形态，有良好的韧性，不易产生裂纹等缺陷。

其中，比较例1的高铋无铅黄铜试片在铸造后发生自然开裂，试片的开裂情况如图4A所示，在立体显微镜下的观察结果如图4B所示，铋含量较高者，易沿着晶界方向产生较大的裂隙，而降低机械强度。

试验例3：

以实施例3和比较例4的黄铜合金进行脱锌测试，以检测黄铜的耐蚀性。脱锌测试是按照澳大利亚AS2345-2006《铜合金抗脱锌》标准进行。腐蚀实验前用酚醛树腊镶样，使其暴露面积为100mm²，所有试片均经过600#金相砂纸研磨平整，并用蒸馏水洗净、烘干。试验溶液为现配的1％的CuCl₂溶液，试验温度为75±2℃。将试片与CuCl₂溶液置在恒温水浴槽中作用24±0.5小时，取出后沿纵向切开，将试片的剖面抛光后，测量其腐蚀深度并以数字金相电子显微镜观察，结果如图5所示。

比较例4的低铋无铅黄铜(Bi：0.147％)的平均脱锌深度为324.08mm，如图5A所示。本发明的低铅黄铜(Bi：0.149％)的平均脱锌深度为125.36mm，如图5B所示。上述结果证实本发明的低铅黄铜的抗脱锌腐蚀性较好。

试验例4：

依照ISO6998-1998《金属材料室温拉伸实验》标准进行黄铜合金的机械性能测试，结果如下表3所示：

表3

从表3可知，本发明的低铅黄铜合金的抗拉强度和伸长率与H59铅黄铜相当，表示本发明的低铅黄铜合金具备相当于H59铅黄铜的机械性能，确实可以取代H59铅黄铜而用于制造产品。

试验例5：

依照NSF 61-2007a SPAC单产品金属允许析出量标准进行测试，检验在与水接触的环境中的黄铜合金的金属析出量测试结果如下表4所示：

表4

如表4所示，本发明的低铅黄铜的各金属析出量均低于上限标准值，符合NSF 61-2007a SPAC的要求。且本发明的低铅黄铜在重金属铅的析出量更明显低于H59铅黄铜的析出量，也低于经过洗铅处理的H59铅黄铜，更符合环保要求，且有利于人体健康。

试验例6：

分别以实施例1的低铅黄铜、比较例1的铋无铅黄铜、和比较例5的H59铅黄铜在车床上进行切削性测试。切削性测试的条件设定为进刀量为2mm，转速为950rpm，进给量0.21mm/rev，结果如图6及表5所示。

表5

在切削性测试中，在轴向(Ff)、径向(Fp)、法向(Fc)三方向的切削阻力以铋无铅黄铜为最大，而本发明的低铅黄铜与公知H59铅黄铜比较接近。切削能也以铋无铅黄铜为最大，而本发明的低铅黄铜与公知H59铅黄铜比较接近。

另外，从图6可知，H59铅黄铜因为铅以软质点形式分散分布在黄铜基体上，故切屑呈崩碎粒状或针状，切削性好(图6B)；本发明的低铅黄铜切屑(图6C)与H59铅黄铜切屑类似；而铋无铅黄铜(图6A)切屑呈片状，切削性差。

由上述各试验例可证实，铋无铅黄铜材料切削性较公知H59铅黄铜差，且容易产生振刀、粘刀等问题，造成后续机械加工的合格率偏低，不适合作为取代铅黄铜的合金。且以铋无铅黄铜材料制作产品时，铸件容易产生夹渣、气孔及裂纹，且裂纹常需至抛光阶段才能被发现，生产成本较高，因此，不利于产业应用。

本发明的低铅黄铜合金具有与H59铅黄铜相当的机械性能(例如切削性)，甚至比公知H59铅黄铜更优异(例如抗拉强度和伸长性)；在铸造产品的制备过程合格率、机械加工合格率也为良好；且本发明的低铅黄铜合金大幅降低铅析出量，极适合作为取代公知铅黄铜的合金材料。

试验例7：

以本发明的环保铸造黄铜制备水龙头的制备过程如图7所示。

首先以40-70目、50-100目及70-140目的圆型砂、尿醛树脂、呋喃树脂及固化剂为原料以射芯机制备砂芯，并以发气性试验机测量树脂发气量。所得砂芯需在5小时内使用完毕，否则需以烘箱烘干。

将本发明的低铅黄铜合金及回炉料预热15分钟，使温度达400℃以上，再将两者以重量比为7∶1的比例以感应炉进行熔炼，待该黄铜合金达到一定的熔融状态(下称熔解铜液)，进行分析取样铜合金试块，并用直读式光谱仪器进行成分分析，确认铜合金化学成分符合要求后，以金属型重力铸造机配合砂芯及重铸模具进行浇铸，又以温度监测系统控制，使浇铸温度维持在1010-1060℃之间。

在浇铸过程中，为了避免温度变化过大，每次投料量以1-2kg为宜，浇铸时间控制在3-8秒内，如此可减少铸造缺陷。每次投料后清理熔解铜液表面和浇勺，目视检查熔解铜液表面以避免过多杂质漂浮，检查浇勺以避免过多氧化物附着。若铸件为钢模，在浇铸5-8模后进行一次清理炉渣作业，若为铜模铸件则以20模为一次。

每模铸件取出后，以空气枪清洁模具，确保芯头位置干净，在模具表面喷石墨后再行浸水冷却。用来冷却模具的石墨水的温度以维持在30-36℃为宜，并在每次浇铸前以比重计测量石墨水浓度，使其控制在比重1.05-1.06之间，并需清理水槽内的杂质，以减少铸件的外观缺陷。该石墨水以中央冷却系统集中冷却，再通过管道将冷却水分配至各重力浇铸机水槽中，再将模具浸入水槽而达到冷却效果。

待模具冷却凝固后开模卸料清理浇冒口，监测模具温度，使模具温度控制在200-220℃中并形成铸件，随后进行铸件脱模，脱模时需严格遵守轻拔轻放，避免铸件在红热状态下被损坏。

待感应炉中熔解铜液全部浇铸完毕后，将冷却的铸件进行自检并送入清砂机滚筒陶砂清理。接着，进行毛坯处理(铸造坯件的热处理(清除应力退火)，以消除铸造产生的内应力)。将坯件进行后续机械加工及抛光，使铸件内腔不附有砂、金属屑或其它杂质。再进行坯件全封闭，在水中试验壳体密封和隔板密封性检验。最后经过质量检验分析和检验分类入库。

通过本制备过程，将无铅铜重力铸造生产从6M(Man、Machine、Material、Method、Measurement、Mother Nature)角度进行全面考虑，将温度、时间等生产条件进行严格的规范，使得各项变动因素都得到有效的控制。将产品发生的不良状况减少到最低。

综上所述，本发明低铅黄铜合金可改善材料的铸造性能，具有良好韧性，切削性佳，不致于产生铸造缺陷，可达到公知铅黄铜所具备的材料特性，以利于合金材料应用于后续制备过程。且本发明低铅黄铜合金材料不易产生裂纹或夹杂等缺陷，并可大幅降低铋用量，有效降低低铅黄铜合金的生产成本，对于商业量产及应用上极具优势。

另外，利用本发明的制备过程可提高无铅黄铜产品的产率及合格率。

上述实施例仅例示性说明本发明的低铅黄铜合金与其物品制备方法，而非用于限制本发明。任何本领域技术人员均可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰与改变。因此，本发明的权利保护范围如后面权利要求书所记载。

Claims (24)

1.一种低铅黄铜合金，其包含：

0.05至0.3重量％的铅；

0.3至0.8重量％的铝；

0.01至0.4重量％的铋；

0.1至0.15重量％的微量元素；以及

97.5重量％以上的铜和锌，其中，所述铜在所述低铅黄铜合金中的含量为58至70重量％。

2.如权利要求1的低铅黄铜合金，其中，所述铅的含量为0.15至0.25重量％。

3.如权利要求1的低铅黄铜合金，其中，所述铝的含量为0.5至0.65重量％。

4.如权利要求1的低铅黄铜合金，其中，所述铋的含量为0.1至0.2重量％。

5.如权利要求1的低铅黄铜合金，其中，所述铜在所述低铅黄铜合金中的含量为62至65重量％。

6.如权利要求1的低铅黄铜合金，其还包含0.8重量％以下的磷。

7.如权利要求6的低铅黄铜合金，其中，所述磷的含量为0.4至0.8重量％。

8.如权利要求1的低铅黄铜合金，其中，所述微量元素为稀土元素和/或不可避免的杂质。

9.一种制造含有如权利要求1的低铅黄铜合金的物品的方法，包括下列步骤：

(a)将所述低铅黄铜合金和回炉料预热至400℃至500℃；

(b)将所述低铅黄铜合金和所述回炉料熔解至沸腾以形成熔解铜液；

(c)将模具预热至200℃后，将砂芯置于所述模具中；

(d)将所述熔解铜液浇铸至所述模具中，其中，浇铸温度在1010至1060℃之间；以及

(e)将所得到的铸件脱模。

10.如权利要求9的方法，其还包括制备所述砂芯的步骤，其中，该制备该砂芯步骤是将选自由40至70目、50至100目及70至140目的圆型砂所组成的组中的一种或多种圆型砂、树脂以及固化剂混合。

11.如权利要求9的方法，其中，所述回炉料在预热前经洗砂处理，以去除砂和铁线。

12.如权利要求9的方法，其中，所述低铅黄铜合金与所述回炉料的重量比在6∶1至9∶1之间。

13.如权利要求9的方法，其中，所述步骤(b)还包括添加精炼清渣剂。

14.如权利要求13的方法，其中，所述精炼清渣剂在添加前先预热至400℃以上。

15.如权利要求13的方法，其中，所述精炼清渣剂的添加量为所述低铅黄铜合金与所述回炉料的总重量的0.10至0.15％。

16.如权利要求9的方法，其中，所述浇铸步骤的时间为3至8秒。

17.如权利要求9的方法，其中，所述浇铸步骤以批次的方式进行，且所述浇铸的浇铸量每次约1至2千克。

18.如权利要求9的方法，其中，所述脱模步骤在完成所述浇铸后10至15秒时或所述铸件不呈现红热状态下进行。

19.如权利要求9的方法，其还包括在步骤(e)后，进行冷却步骤以冷却所述模具，使所述模具的温度维持在180至220℃之间。

20.如权利要求19的方法，其中，所述冷却步骤是以石墨水冷却所述模具。

21.如权利要求20的方法，其中，所述模具浸入所述石墨水中3至8秒。

22.如权利要求20的方法，其中，所述石墨水的比重在1.02至1.10之间。

23.如权利要求20的方法，其中，所述石墨水的温度介于25至45℃之间。

24.如权利要求9的方法，其还包括在步骤(e)后，进行清理所述模具并以石墨水喷涂在所述模具表面的步骤。

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