CN102162047B - 一种易切削的锌铜基变形锌合金及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及到一种易切削的锌铜基变形锌合金及其制备方法，其特征在于该锌合金的重量组成如下：

Description

一种易切削的锌铜基变形锌合金及其制备方法

技术领域

本发明涉及到锌合金领域，具体指一种易切削的锌铜基变形锌合金及其制备方法。

背景技术

切削加工性指金属材料被刀具切削加工后成为合格工件的难易程度，切削加工性的好坏常用加工后工件的表面粗糙度，允许的切削速度以及刀具的磨损程度来衡量，它与金属材料的化学成分、力学性能、导热性及加工硬化程度等因素有关，通常硬度和韧性作为切削加工性好坏的大致判断。一般的讲，金属材料的硬度越高越难以切削，硬度虽不高，但韧性很大，切削也很困难。不同的金相组织，不同的硬度对切削加工性能的影响是不同的。球状组织对车削加工很有利。深孔钻削和盲孔钻削是综合检验切削加工性的重要指标。  在现代工业生产中切削性能的好坏直接影响到产品的质量和生产效率，间接的带来生产成本的巨大变化。作为有色金属棒材、型材大部分产品用于机加工行业的基本原材料，需要进行进一步的加工。使用自动车床或仪表车床加工，产品广泛的应用于电子、制笔、制锁等众多五金行业。合金棒材切削性能的好坏对生产效率和生产成本起到非常重要的作用。铁合金，铜合金，铝合金等都有易切削合金棒材在广泛应用于不同的技术领域。由于锌合金具有环保性能好，无污染，熔点低，加工性能好，成本较低，节约能源，不会产生电磁波等优良特性在一些领域可广泛用于制造零部件。

由于锌合金的熔点低，流动性好，具有良好的铸造性能。长期以来大部分的锌合金的产品采用铸造和压铸工艺，由液态直接加工成型，制造各种形状复杂的器件。目前压铸和铸造锌合金的主要配方由锌-铝为主要元素组成，通过添加铜、镁等合金化元素来改善综合性能。虽然有良好的成型性，但普遍存在塑性较差、切削性能不好的问题，限制了在高速切削加工领域的使用。除此之外，变形锌合金主要指采用塑性加工方法生产的棒、线、型、管材以及板带。

中国专利申请96118021.8发明了一种热镀锌基合金及其制造方法，其特征是由Zn、Al、Sb三种元素组成。主要用于表面热浸镀和防护。中国专利申请97100011.5描述了一种稀土铝锌合金，主要成分为Zn、Al及稀土，用于电镀工业。专利CN200410089187.3(请确认该申请号是否正确)是一种锡锌铝合金丝，是在锡锌的合金上加入铝以改善喷涂材料的性能。中国专利ZL03821428.8涉及一种纯锌或锌铝合金的平衡装置，主要保护制作方法和锌铝合金配方的保护。以上的专利都没有涉及锌合金及其棒材的切削性。中国专利ZL200710035063.0涉及一种高强度易切削锌基合金及其制备工艺，该合金的主要组成为铜2.5-2.65％、镁0.45-0.60％、铝0.20-0.35％、镧0.01-0.06％、铈0.15-0.20％。中国专利申请201010157397.7涉及了一种变形含锑的易切削锌铝合金，保护的主要合金化元素是铝0.5-15％、锑0.5-8％。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的现状提供一种切削效率和加工性得到很大改善的易切削的锌铜基变形锌合金。

本发明所要解决的另一个技术问题是提供一种切削效率和加工性得到很大改善的易切削的锌铜基变形锌合金的制备方法。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：该易切削的锌铜基变形锌合金，其特征在于该锌合金的重量组成如下：

该锌合金的优选重量组成为：

上述易切削的锌铜基变形锌合金的制备方法为：

合金配料时钛元素以铜钛中间合金的形式加入，铜钛中间合金中钛的重量含量为10-31％，余量为铜；所述锌合金中剩余的铜量用纯铜补齐；铋和锌根据合金元素的含量，采用纯金属的形式加入；

合金的熔铸工艺采用工频炉、中频炉、或反射炉熔炼，熔铸后采用连续铸造或硬模铸造的方法制成铸坯；热挤压的温度为180℃-400℃，最后经过冷拉加工制成各种规格的棒、线、型材产品。得到的产品可应用于自动车床、钻床和仪表车床等领域。

与现有技术相比，本发明所提供的合金配方通过铜元素的添加，使其与锌形成金属间化合物，提高可合金强度，合理的成分设计，采用塑性加工的方法细化了锌基合金的组织与结构，改善了锌基合金的脆性。通过铋元素的添加使其分布于晶界，在高速切削时起到断屑的作用。本发明所提供的合金配方，具有无铅，无镉，环保特性好，无磁、无火花放电、防电磁干预等特性，其切削性能和效率与铅黄铜棒材接近，可以实现无冷却或润滑条件下的干式切削加工，可作为一些铅黄铜合金棒材的替代品，实现了变形锌合金无冷却液的干式钻孔、车削等机械加工，变形锌合金的切削效率和加工性得到很大的改善，适合采用仪表车床、自动车床和数控车床加工。

而本发明中锌合金的制备方法中合金的熔炼采用传统的感应加热的方法，用硬模或连续铸造的方法制成胚料。然后采用热挤压的方法制成所需的棒材、管材或型材坯料，最后使用冷加工的方法制成各种规格的棒材、管材或型材成品，具有切削性能好，易于加工，容易电镀，机械性能适中等特点。

具体实施方式

以下结合实施例对本发明作进一步详细描述。

实施例1

该锌合金的重量组成如下：

合金配料时钛元素以铜钛中间合金的形式加入，铜钛中间合金中钛的重量含量为30％，余量为铜；所述锌合金中剩余的铜量用纯铜补齐；铋和锌根据合金元素的含量，采用纯金属的形式加入。

合金的熔铸工艺采用工频炉，采用半连铸的方法制成直径170毫米的母合金胚料，在380℃的温度下热挤压成棒材胚料，用联合拉拔的方法制成所需直径的棒材。

棒材成品的抗拉强度为385MPa，延伸率为12％，硬度为Hv＝110。

采用凸轮式自动车床钻孔将棒材成品加工成零件，切屑易碎，效率能达到C3604铅黄铜棒的90％。零件表面可进行镀镍、镀铬、镀锡等表面处理。

实施例2

该锌合金的重量组成如下：

合金配料时钛元素以铜钛中间合金的形式加入，铜钛中间合金中钛的重量含量为25％，余量为铜；所述锌合金中剩余的铜量用纯铜补齐；铋和锌根据合金元素的含量，采用纯金属的形式加入。

采用感应加热的方法熔炼合金，用硬模铸造的方法制成合金铸锭。在240℃的温度下挤压成棒材坯料，用履带式拉床制成锌合金棒材，经过抛光矫直后，在数控机床上加工电子产品。

棒材产品的抗拉强度285Mpa，延伸率15％。硬度Hv＝93。

同样规格的零件，数控机床加工效率能达到C3604铅黄铜棒材的85％。零件表面可以进行镀镍、镀铬、镀锡等表面处理。

实施例3

该锌合金的重量组成如下：

合金配料时钛元素以铜钛中间合金的形式加入，铜钛中间合金中钛的重量含量为31％，余量为铜；所述锌合金中剩余的铜量用纯铜补齐；铋和锌根据合金元素的含量，采用纯金属的形式加入。

使用感应加热的方法熔炼，用硬模铸造的方法得到母合金铸锭，在180℃的条件下挤压成合金棒材的胚料，经过多模拉丝机至成品前尺寸，再经过联合拉拔的减径、较直、抛光到成品。在凸轮机型自动车床干式加工，加工效率可达同样规格C3604铅黄铜的85％。

其与C3604铅黄铜和ZAMAK3#(Zn-4Al-1Cu)的切削性能比较见表1。

实施例4

该锌合金的重量组成如下：

合金配料时钛元素以铜钛中间合金的形式加入，铜钛中间合金中钛的重量含量为25％，余量为铜；所述锌合金中剩余的铜量用纯铜补齐；铋和锌根据合金元素的含量，采用纯金属的形式加入。

合金的熔铸工艺采用中频炉熔炼，使用连续铸造的冶金方法制成母合金铸锭坯料，经过240℃的挤压制成42mmX15mm异型材。型材的抗拉强度为340MPa，延伸率为15％。硬度Hv＝97。

下料后使用专用钻床加工，ф3mm的孔深度达20mm，可以连续钻孔20个以上而不需要冷却，制成挂锁锁体零件成品，生产效率可达到C3604铅黄铜棒材的90％。

锁体零件表面可以进行镀镍、镀铬、镀锡等表面处理。

实施例5

该锌合金的重量组成如下：

合金配料时钛元素以铜钛中间合金的形式加入，铜钛中间合金中钛的重量含量为30％，余量为铜；所述锌合金中剩余的铜量用纯铜补齐；铋和锌根据合金元素的含量，采用纯金属的形式加入。

合金的熔铸工艺采用反射炉熔炼，采用半连铸的方法制成直径135毫米的母合金胚料，在360℃的温度下热挤压成棒材胚料，用联合拉拔的方法制成所需直径的棒材。

棒材成品的抗拉强度为205MPa，延伸率为12％，硬度为Hv＝60。

采用凸轮式自动车床钻孔将棒材成品加工成电子接插件零件，切屑易碎，效率能达到C3604铅黄铜棒的80％。零件表面可进行镀镍、镀铬、镀锡等表面处理。

实施例6

该锌合金的重量组成如下：

合金配料时钛元素以铜钛中间合金的形式加入，铜钛中间合金中钛的重量含量为30％，余量为铜；所述锌合金中剩余的铜量用纯铜补齐；铋和锌根据合金元素的含量，采用纯金属的形式加入。

合金的熔铸工艺采用反射炉熔炼，采用水平连铸的方法制成直径175毫米的母合金胚料，在340℃的温度下热挤压成棒材胚料，用联合拉拔的方法制成所需直径的棒材。

棒材成品的抗拉强度为245MPa，延伸率为10％，硬度为Hv＝77。

采用凸轮式自动车床钻孔将棒材成品加工成音频信号连接零件，切屑易碎，效率能达到C3604铅黄铜棒的85％。零件表面可进行镀镍、镀铬、镀锡等表面处理。

实施例7

该锌合金的重量组成如下：

合金配料时钛元素以铜钛中间合金的形式加入，铜钛中间合金中钛的重量含量为10％，余量为铜；所述锌合金中剩余的铜量用纯铜补齐；铋和锌根据合金元素的含量，采用纯金属的形式加入。

合金采用中频炉熔炼，采用钢模铸造的方法制成直径170毫米的母合金胚料，在370℃的温度下热挤压成棒材胚料，用联合拉拔的方法制成所需直径的棒材。

棒材成品的抗拉强度为275MPa，延伸率为10％，硬度为Hv＝91。

采用凸轮式自动车床钻孔将棒材成品加工成视频信号连接零件，切屑易碎，效率能达到C3604铅黄铜棒的90％。零件表面可进行镀镍、镀铬、镀锡等表面处理。

实施例8

该锌合金的重量组成如下：

合金配料时钛元素以铜钛中间合金的形式加入，铜钛中间合金中钛的重量含量为15％，余量为铜；所述锌合金中剩余的铜量用纯铜补齐；铋和锌根据合金元素的含量，采用纯金属的形式加入。

合金的熔铸工艺采用反射炉熔炼，采用半连铸的方法制成直径200毫米的母合金胚料，在360℃的温度下热挤压成型材胚料，用直线拉拔的方法制成所需规格的棒材。

棒材成品的抗拉强度为275MPa，延伸率为6％，硬度为Hv＝90。

采用自动钻床将棒材成品加工成零件，切屑易碎，效率能达到C3604铅黄铜棒的90％。零件表面可进行镀镍、镀铬、镀锡等表面处理。

实施例9

该锌合金的重量组成如下：

合金配料时钛元素以铜钛中间合金的形式加入，铜钛中间合金中钛的重量含量为20％，余量为铜；所述锌合金中剩余的铜量用纯铜补齐；铋和锌根据合金元素的含量，采用纯金属的形式加入。

合金采用工频炉熔炼，采用半连铸的方法制成直径170毫米的母合金胚料，在365℃的温度下热挤压成棒材胚料，用联合拉拔的方法制成所需直径的棒材。

棒材成品的抗拉强度为265MPa，延伸率为10％，硬度为Hv＝72。

采用数控自动车床钻孔将棒材成品加工成零件，切屑易碎，效率能达到C3604铅黄铜棒的90％。零件表面可进行镀镍、镀铬、镀锡等表面处理。

实施例10

该锌合金的重量组成如下：

合金配料时钛元素以铜钛中间合金的形式加入，铜钛中间合金中钛的重量含量为18％，余量为铜；所述锌合金中剩余的铜量用纯铜补齐；铋和锌根据合金元素的含量，采用纯金属的形式加入。

合金采用工频炉熔炼，采用半连铸的方法制成直径170毫米的母合金胚料，在375℃的温度下热挤压成棒材胚料，用联合拉拔的方法制成所需直径的棒材。

棒材成品的抗拉强度为320MPa，延伸率为4％，硬度为Hv＝103。

采用凸轮式自动车床钻孔将棒材成品加工成金属笔用零件，切屑易碎，效率能达到C3604铅黄铜棒的85％。零件表面可进行镀镍、镀铬、镀锡等表面处理。

实施例11

该锌合金的重量组成如下：

合金配料时钛元素以铜钛中间合金的形式加入，铜钛中间合金中钛的重量含量为22％，余量为铜；所述锌合金中剩余的铜量用纯铜补齐；铋和锌根据合金元素的含量，采用纯金属的形式加入。

合金采用工频炉熔炼，采用硬模铸造的方法制成直径170毫米的母合金胚料，在380℃的温度下热挤压成棒材胚料，用联合拉拔的方法制成所需直径的棒材。

棒材成品的抗拉强度为330MPa，延伸率为3％，硬度为Hv＝106。

采用凸轮式自动车床钻孔将棒材成品加工成零件，切屑易碎，效率能达到C3604铅黄铜棒的90％。零件表面可进行镀镍、镀铬、镀锡等表面处理。

实施例12

该锌合金的重量组成如下：

合金配料时钛元素以铜钛中间合金的形式加入，铜钛中间合金中钛的重量含量为27％，余量为铜；所述锌合金中剩余的铜量用纯铜补齐；铋和锌根据合金元素的含量，采用纯金属的形式加入。

合金采用反应加热的方法熔炼，采用半连铸的方法制成直径215毫米的母合金胚料，在380℃的温度下热挤压成棒材胚料，用联合拉拔的方法制成所需直径的棒材。

棒材成品的抗拉强度为345MPa，延伸率为2％，硬度为Hv＝105。

采用凸轮式自动车床钻孔将棒材成品加工成零件，切屑易碎，效率能达到C3604铅黄铜棒的90％。零件表面可进行镀镍、镀铬、镀锡等表面处理。

实施例13

该锌合金的重量组成如下：

合金配料时钛元素以铜钛中间合金的形式加入，铜钛中间合金中钛的重量含量为30％，余量为铜；所述锌合金中剩余的铜量用纯铜补齐；铋和锌根据合金元素的含量，采用纯金属的形式加入。

合金采用反应加热的方法熔炼，采用连续铸造的方法制成直径200毫米的母合金胚料，在400℃的温度下热挤压成棒材胚料，用联合拉拔的方法制成所需直径的棒材。

棒材成品的抗拉强度为355MPa，延伸率为12％，硬度为Hv＝110。

采用凸轮式自动车床钻孔将棒材成品加工成零件，切屑易碎，效率能达到C3604铅黄铜棒的90％。零件表面可进行镀镍、镀铬、镀锡等表面处理。

实施例14

该锌合金的重量组成如下：

合金配料时钛元素以铜钛中间合金的形式加入，铜钛中间合金中钛的重量含量为30％，余量为铜；所述锌合金中剩余的铜量用纯铜补齐；铋和锌根据合金元素的含量，采用纯金属的形式加入。

合金采用工频炉熔炼，采用半连铸的方法制成直径150毫米的母合金胚料，在370℃的温度下热挤压成棒材胚料，用联合拉拔的方法制成所需直径的棒材。

棒材成品的抗拉强度为375MPa，延伸率为8％，硬度为Hv＝110。

采用凸轮式自动车床钻孔将棒材成品加工成零件，切屑易碎，效率能达到C3604铅黄铜棒的95％。零件表面可进行镀镍、镀铬、镀锡等表面处理。

比较例

《矿冶工程》Vol.26，No.5，2006报道了锌合金的切削性能的研究，主要涉及的合金成份为：

Zn-Cu-Mg-Al-La-Ce，其主要成本与本专利申请保护的成分种类和含量皆有所不同。

表1实施例3中的合金与C3604铅黄铜、ZAMAK3#锌铝合金的切削性能比较

合金种类	C3604	实施例3	ZAMAK3#(Zn-4Al-1Cu)
				切削效率*	100％	90％	75％

*所述切削效率是用直径3毫米的钻头，进行20毫米深的干式连续钻孔效率下测量的。

Claims (3)

1.一种易切削的锌铜基变形锌合金，其特征在于该锌合金的重量组成如下：

2.根据权利要求1所述的易切削的锌铜基变形锌合金，其特征在于该锌合金的重量组成为：

3.一种如权利要求1所述的易切削的锌铜基变形锌合金的制备方法，其特征在于包括下述步骤：

合金配料时钛元素以铜钛中间合金的形式加入，铜钛中间合金中钛的重量含量为10-31％，余量为铜；所述锌合金中剩余的铜量用纯铜补齐；铋和锌根据合金元素的含量，采用纯金属的形式加入；

合金的熔铸工艺采用工频炉、中频炉、或反射炉熔炼，熔铸后采用连续铸造或硬模铸造的方法制成铸坯；热挤压的温度为180℃-400℃，最后经过冷拉加工制成各种规格的棒、线、型材产品。