CN102796917B

CN102796917B - 一种高强度黄铜合金及其制造方法

Info

Publication number: CN102796917B
Application number: CN201210210102.7A
Authority: CN
Inventors: 张生; 赵有军
Original assignee: XINXING CAST TUBE (ZHEJIANG) COPPER CO Ltd
Current assignee: XINXING CAST TUBE (ZHEJIANG) COPPER CO Ltd
Priority date: 2012-06-25
Filing date: 2012-06-25
Publication date: 2014-07-23
Anticipated expiration: 2032-06-25
Also published as: CN102796917A

Abstract

本发明涉及一种高强度黄铜及其制造方法，黄铜合金的各组分按重量百分比计分别为：铜57-62%、铅2.5-3.0%、铁0.35-0.5%、铝0.2-0.3%、锰0.035-0.05%、锡0.45-0.65%，余量为锌和不可避免的杂质。将原材料熔化后保温连铸，最后拉伸、除皮、退火。本发明在保证黄铜合金切削性的基础上，提高黄铜合金强度、硬度及伸长率，同时利用紫杂铜、铁块、锌块、铝线、含锰30%的铜锌锰合金作为原料，节约成本。

Description

一种高强度黄铜合金及其制造方法

技术领域

本发明涉及铜合金领域，尤其涉及一种高强度黄铜合金及其制造方法。

背景技术

传统的黄铜是由铜和锌所组成的合金，黄铜具有较好的机械性能、良好的耐腐蚀及低廉的成本。当含锌量小于39%时，此类黄铜的塑性好，适于冷热加压加工；当含锌量大于39%时，此类黄铜只适于热压力加工；若继续增加锌的质量分数，则抗拉强度下降，无使用价值。于是人们开始在普通黄铜中增加一些其它元素，以提高黄铜合金的不同性能，如力学性能，耐腐蚀性能等。黄铜的最大优点是价格相对较便宜，而不足的是力学性能低，影响元件的可靠性和寿命。

中国专利公开号CN 101157998 A，公开日2008年4月9日，名称为含稀土锡黄铜合金，该申请案公开了一种含稀土锡黄铜合金，包括铜、锌、锡、铝、镍、锰、锑、硼，以镧、铈等轻质稀土元素为主的混合稀土金属，各组分的组成按重量百分比计分别为：铜69-71%，锡0.5-1%，铝0.1-0.5%，镍0.1-0.5%，锰0.1-0.6%，锑0.01-0.05%，硼0.002-0.02%，以镧、铈等轻质稀土元素为主的混合稀土金属0.02-0.2%，其余为锌及总量不大于0.05%的杂质，各组份的重量百分比总和为100%。其不足之处在于，所制得的黄铜合金力学性能较差。

发明内容

本发明的目的在于为了解决现有黄铜合金力学性能较差的缺陷而提供一种保证一定切削性能的基础上提高强度的高强度黄铜合金。

本发明的另一个目的在于为了提供一种高强度黄铜合金的制造方法。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种高强度黄铜合金，所述高强度黄铜合金的各组分按重量百分比计分别为：铜57-62%、铅2.5-3.0%、铁0.35-0.5%、铝0.2-0.3%、锰0.035-0.05%、锡0.45-0.65%，余量为锌和不可避免的杂质。

作为优选，所述高强度黄铜合金的各组分组成按重量百分比计分别为：铜57-62%、铅2.7-3.0%、铁0.40-0.45%、铝0.2-0.3%、锰0.035-0.05%、锡0.45-0.65%，余量为锌和不可避免的杂质。

铅在合金中以独立相存在。游离的铅质点既有润滑作用，又使切屑呈崩碎状，可高速切削，获得光洁表面，改善黄铜切削性能，但当黄铜棒的含铅量超过3.0%左右时，不再显著改善黄铜的切削性，而且将降低黄铜的强度、硬度和伸长率，经过反复实践得出：切削用黄铜棒的含铅量在2.7%-3.0%在保证切削性能的基础上保证黄铜棒的强度、硬度和伸长率。

铁元素极少固溶于黄铜。超过其溶解度即以富铁相的微粒析出，作为“人工晶核”，细化黄铜棒组织，并阻止黄铜棒再结晶晶粒的长大，从而大大提高黄铜的机械性能和工艺性能，铁与锰、锡、铝、镍元素配合使用，可使黄铜具有高的强度和在大气、海水中的耐蚀性。但含铁量高时，富铁相增加，甚至产生富铁相的偏析，会降低合金的耐腐蚀性，并影响电镀层表面质量。因此本发明合金的含铁量控制在0.35%-0.50%，优选为0.40%-0.45%。

锰起固溶强化作用，可提高黄铜棒的强度和硬度。但是锰含量过高会导致铜棒硬度超过要求范围，在生产过程中会严重影响刀具磨损和生产效率。铝可以提高合金硬度，但剧烈降低黄铜合金的塑性。锡元素可以提高黄铜合金的强度、硬度，抑制脱锌；但含锡过多，会降低黄铜合金塑性。因此本发明的含锰量控制在0.035%-0.05%，铝含量控制在0.2%-0.3%，锡含量控制在0.45%-0.65%。

一种高强度黄铜合金的制造方法，首先将紫杂铜加入到工频电炉中加热至熔化，搅拌均匀后加入含锰25-35wt%的铜锌锰合金、铁块、锌块和铝线，待物料全部熔化后充分搅拌15min，然后将熔液转入保温炉水平连铸；然后进行拉伸、除皮、退火。

作为优选，所述熔化的温度为1100-1200℃，保温炉的温度为650-750℃。

作为优选，水平连铸速度70-100mm/min。

作为优选，高强度黄铜合金的各组分按重量百分比计分别为：铜57-62%、铅2.5-3.0%、铁0.35-0.5%、铝0.2-0.3%、锰0.035-0.05%、锡0.45-0.65%，余量为锌和不可避免的杂质。

作为优选，高强度黄铜合金的各组分按重量百分比计分别为：铜57-62%、铅2.7-3.0%、铁0.40-0.45%、铝0.2-0.3%、锰0.035-0.05%、锡0.45-0.65%，余量为锌和不可避免的杂质。

本发明的有益效果是，本发明在保证黄铜合金切削性的基础上，提高黄铜合金强度、硬度及伸长率，同时利用紫杂铜、锌块、铝线、含锰25-35wt%的铜锌锰合金作为原料，节约成本。

具体实施方式

以下结合具体实施例，对本发明做进一步的解释：

实施例1

一种高强度黄铜合金的制造方法，首先将紫杂铜加入到工频电炉中加热至熔化，熔化的温度为1100℃，搅拌均匀后加入含锰25wt%的铜锌锰合金、铁块、锌块和铝线，待物料全部熔化后充分搅拌15min，然后将熔液转入保温炉水平连铸，保温炉的温度为650℃，连铸速度70mm/min；然后进行拉伸、除皮、退火。黄铜合金各组分见表1。

实施例2

一种高强度黄铜合金的制造方法，首先将紫杂铜加入到工频电炉中加热至熔化，熔化的温度为1150℃，搅拌均匀后加入含锰30wt%的铜锌锰合金、铁块、锌块和铝线，待物料全部熔化后充分搅拌15min，然后将熔液转入保温炉水平连铸，保温炉的温度为700℃，连铸速度80mm/min；然后进行拉伸、除皮、退火。黄铜合金各组分见表1。

实施例3

一种高强度黄铜合金的制造方法，首先将紫杂铜加入到工频电炉中加热至熔化，熔化的温度为1200℃，搅拌均匀后加入含锰25wt%的铜锌锰合金、铁块、锌块和铝线，待物料全部熔化后充分搅拌15min，然后将熔液转入保温炉水平连铸，保温炉的温度为750℃，连铸速度100mm/min；然后进行拉伸、除皮、退火。黄铜合金各组分见表1。

对比例1，制造方法与实施例1相同，黄铜合金各组分见表1。

对比例2，制造方法与实施例2相同，黄铜合金各组分见表1。

对比例3，制造方法与实施例3相同，黄铜合金各组分见表1。

本发明制备的黄铜合金与对比例黄铜合金各组分如表1所示。

表1本发明制备的黄铜合金与对比例黄铜合金各组分

编号	铜（%）	铅（%）	铁（%）	铝（%）	锡（%）	锰（%）	锌与不可避免的杂质
								实施例1	57	2.7	0.4	0.2	0.45	0.035	余量
实施例2	60	3	0.45	0.23	0.55	0.046	余量
								实施例3	62	2.8	0.5	0.3	0.65	0.05	余量
对比例1	57	1.2	0	0	0	0	余量
								对比例2	60	3.6	0.67	0.02	0.03	0.001	余量
对比例3	62	3.8	0.72	0.75	0.98	0.15	余量

本发明制备的黄铜合金与对比例黄铜合金测试性能如下：

1.力学性能测试：

表2为本发明制备的黄铜合金与对比例黄铜合金的抗拉强度、延伸率、维氏硬度。

。

从表2可知，本发明所制备的黄铜合金的抗拉强度，延伸率明显优于对比例1与对比例2所制备的黄铜合金，但是对比例3中锰的含量过高，故硬度偏大，但是会超过要求范围，在生产过程中严重影响刀具磨损，从而影响生产效率。

2.抗脱锌腐蚀性能

耐脱锌腐蚀性能测试按照GB10119-1988《黄铜耐脱锌腐蚀性能的测定》进行测试。

表3为本发明制备的黄铜合金与对比例黄铜合金的抗脱锌腐蚀深度

编号	最大脱锌深度/μm
		实施例1	450
实施例2	440
		实施例3	450
对比例1	600
		对比例2	750
对比例3	790

从表3中可以看出，本发明所制备的黄铜合金的抗脱锌腐蚀性能明显优于对比例1-3所制备的黄铜合金，由于对比例2与对比例3中铁的含量过高，故抗脱锌腐蚀性能更差。

3.切削性能

通过车削评价切削性能的实验具体方法如下：

HPb62-3是世界公认的切削性能最好的铅黄铜，其切削性能认为是100%。在相同的机械加工条件下，采用切削力测试仪测得车削过程中车刀所受作用力。并由此计算出实施例合金与对比例合金相对于HPb62-3的切削指数。

试验设备为CA-6140卧式普通车床，刀具材料Ys8，车床参数为主轴转速500r/min，进给速度0.2mm/r，切深0.5mm。以HPb62-3合金切削性能为100%，测得本发明实施例合金与对比例合金的切削性能，如表4所示。

表4、本发明实施例合金与对比例合金的切削性能

编号	切削性指数/%
		实施例1	90
实施例2	91
		实施例3	93
对比例1	80
		对比例2	86
对比例3	70
		HPb62-3	100

从表4中可以看出，本发明所制备的黄铜合金的切削性能虽然比HPb62-3差，但是仍然比对比例1-3的切削性能要高。

从测试数据可以看出，本发明在保证黄铜合金的切削性能的基础上，大幅提高了黄铜合金的硬度与强度，同时耐腐蚀性能亦有不少的提升。

Claims

1.一种高强度黄铜合金，其特征在于，所述高强度黄铜合金的各组分按重量百分比计分别为：铜57-62%、铅2.7-3.0%、铁0.40-0.45%、铝0.2-0.3%、锰0.035-0.05%、锡0.45-0.65%，余量为锌和不可避免的杂质。

2.一种高强度黄铜合金的制造方法，其特征在于，首先将紫杂铜加入到工频电炉中加热至熔化，搅拌均匀后加入含锰25-35wt%的铜锌锰合金、铁块、锌块和铝线，待物料全部熔化后充分搅拌15min，然后将熔液转入保温炉水平连铸；然后进行拉伸、除皮、退火；熔化的温度为1100-1200℃，保温炉的温度为650-750℃；所述水平连铸速度70-100mm/min；其中，高强度黄铜合金的各组分按重量百分比计分别为：铜57-62%、铅2.5-3.0%、铁0.35-0.5%、铝0.2-0.3%、锰0.035-0.05%、锡0.45-0.65%，余量为锌和不可避免的杂质。

3.根据权利要求2所述的一种高强度黄铜合金的制造方法，其特征在于，高强度黄铜合金的各组分按重量百分比计分别为：铜57-62%、铅2.7-3.0%、铁0.40-0.45%、铝0.2-0.3%、锰0.035-0.05%、锡0.45-0.65%，余量为锌和不可避免的杂质。