CN102888528A

CN102888528A - 一种含石墨的易切削锌白铜合金及其制备工艺

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Publication number: CN102888528A
Application number: CN2012103626183A
Authority: CN
Inventors: 梁贺; 黄文辉; 秦如德; 李祥; 卢晓军
Original assignee: XIAMEN TORCH SPECIALMETALS MATERIALS CO Ltd
Current assignee: XIAMEN TORCH SPECIALMETALS MATERIALS CO Ltd
Priority date: 2012-09-21
Filing date: 2012-09-21
Publication date: 2013-01-23
Anticipated expiration: 2032-09-21
Also published as: CN102888528B

Abstract

本发明公开了一种含石墨的易切削锌白铜合金及其制备工艺，该制备工艺包括：步骤1，球磨混合粉末，该混合粉末中成分重量百分比为：镍10%～40%，锌10%～35%，石墨0.5%～2.5%，铈0.1%～0.5%，余量为铜和不可避免的杂质；步骤2，烧结混合粉末以生成圆锭；步骤3，圆锭热挤压处理成棒坯；步骤4，棒坯冷加工和热处理成为成品。它能产生技术效果：1、切削性能优良；2、耐蚀性能优异；3、合金具有优良的综合机械性能和冷、热加工性能，使合金在生产过程中无冷裂、热裂现象，易加工成型，产品性能稳定，成品率高，使合金抗拉强度、断后延伸率和硬度与普通锌白铜基本相同，并高于含铅锌白铜合金的抗拉强度、断后延伸率和硬度。

Description

一种含石墨的易切削锌白铜合金及其制备工艺

技术领域

本发明涉及材料技术领域，尤其是指一种具有优良的切削性能、综合力学性能和耐蚀性能的环保的无铅的含石墨的易切削锌白铜合金及其制备工艺。

背景技术

由于含铅锌白铜(在锌白铜中加入0.5％～2.0％的铅，以改善其切削性能，也称为易切削锌白铜)具有优良的切削性能、综合力学性能和耐腐蚀性能，同时具有弹性好，易于冷热压力加工，易于焊接的特点，因此被广泛用于制造仪器仪表零件，耐蚀的结构件、插接件，特别在眼镜配件、仪器仪表、钟表工业和医疗器械等行业，含铅锌白铜更是占有重要地位。

由于铅在锌白铜中主要以游离态存在，从而导致含铅锌白铜零件在使用过程中或废弃后，因重金属铅的不断溶出对人体健康造成危害并对环境产生污染。因此，世界各国相继出台了对含铅零件的政府禁令，使得开发无铅的环保合金代替含铅合金成为当今金属材料制造业刻不容缓的课题。

发明内容

本发明提出的一种含石墨的易切削锌白铜合金及其制备工艺，其克服了背景技术中的含铅锌白铜所存在的缺点。

本发明解决其技术问题的所采用的技术方案之一是：

一种含石墨的易切削锌白铜合金，该锌白铜合金的重量百分比组成为：镍10%～40%，锌10%～35%，石墨0.5%～2.5%，铈0.1%～0.5%，余量为铜和不可避免的杂质。

一较佳实施例之中：该杂质中铅含量小于0.01%。

一较佳实施例之中：该锌白铜合金的重量百分比组成为：镍15%～25%，锌15%～25%，石墨0.8%～2.0%，铈0.15%～0.4%，余量为铜和不可避免的杂质。

本发明解决其技术问题的所采用的技术方案之二是：

一种含石墨的易切削锌白铜合金制备工艺，包括：

步骤1，球磨混合粉末，该混合粉末中成分重量百分比为：镍10%～40%，锌10%～35%，石墨0.5%～2.5%，铈0.1%～0.5%，余量为铜和不可避免的杂质；

步骤2，烧结混合粉末以生成圆锭，该烧结工艺：压力15～35MPa，温度750℃～950℃；接着圆锭保温1～2.5小时，然后冷却至温度低于100℃后出炉；

步骤3，圆锭热挤压处理成棒坯，该热挤压工艺：温度750℃～900℃；

步骤4，棒坯冷加工和热处理成为成品，该热处理工艺：温度600℃～850℃，保温时间1.5～4小时。

一较佳实施例之中：该步骤1中的混合粉末选用的材料包括铜粉、镍粉、锌粉、铈粉和铜包石墨粉，该铜包石墨粉中石墨质量百分比为30～70%。

一较佳实施例之中：该步骤1中的混合粉末中成分重量百分比为：镍15%～25%，锌15%～25%，石墨0.8%～2.0%，铈0.15%～0.4%，余量为铜和不可避免的杂质。

一较佳实施例之中：该步骤1的球磨工艺：球磨时间7～20小时，球料比5:1～10:1。

一较佳实施例之中：该步骤2中的烧结工艺：压力25～30MPa，温度800℃～850℃；圆锭保温1.5～2小时，然后冷却至温度低于100℃后出炉。

一较佳实施例之中：该步骤3中热挤压工艺：温度800℃～850℃.

一较佳实施例之中：该步骤4中的热处理工艺：温度650℃～700℃，保温时间为2～3小时。

本发明的易切削锌白铜合金及其制备工艺具有如下优点：

1、锌白铜合金包括镍10%～40%，锌10%～35%，石墨，铈0.1%～0.5%，则能产生技术效果：

a、合金中添加0.5%～2.5%的石墨，石墨颗粒细小且分布均匀，石墨颗粒质地软，几乎不固溶于铜，当其弥散地分布于铜基体时，可以起到刀具润滑和切削断屑的作用，因此能明显改善锌白铜的切削性能，切削性能优良；

b、合金中添加0.5%～2.5%的石墨，石墨颗粒以球状均匀分布在金属基体中，具有优异的耐蚀性能，耐蚀性能与普通锌白铜的耐蚀性能基本相同；

c、合金中添加0.1%～0.5%铈，能细化合金的晶粒，使合金具有优良的综合机械性能和冷、热加工性能，使合金在生产过程中无冷裂、热裂现象，易加工成型，产品性能稳定，成品率高，使合金抗拉强度、断后延伸率和硬度与普通锌白铜基本相同，并高于含铅锌白铜合金的抗拉强度、断后延伸率和硬度；

d、环保，成本低，且能制成棒材、型材、线材、管材、带材和板材等制品，能广泛应用于眼镜配件、仪器仪表、钟表工业和医疗器械等行业。

2、镍15%～25%，锌15%～25%，石墨0.8%～2.0%，铈0.15%～0.4%，成本低，切削性能优良，耐蚀性能优异，综合机械性能和冷、热加工性能优良。

3、该烧结工艺：压力15～35MPa，温度为750℃～950℃；接着保温1～2.5小时，然后冷却至温度低于100℃后出炉，则：a、使石墨粉外层的铜与锌白铜基体结合为一体，使石墨颗粒均匀分布在锌白铜基体中；b、耐蚀性能优异，综合机械性能和冷、热加工性能优良。

4、热挤压工艺：温度750℃～900℃，提高合金综合机械性能和冷、热加工性能。

5、热处理工艺：温度为600℃～850℃，保温时间为1.5～4小时，提高合金综合机械性能和冷、热加工性能。

6、锌白铜合金中添加铜包石墨粉料，改善锌白铜的切削性能，保证锌白铜的热加工和冷加工性能。

具体实施方式

实施例一

一种含石墨的易切削锌白铜合金，该锌白铜合金的重量百分比组成为：镍10%～40%，锌10%～35%，石墨0.5%～2.5%，铈0.1%～0.5%，例如石墨选1.2、1.5、1.8%，铈选0.2、0.3、0.4%。本实施例之中，重量百分比组成为：镍16%，锌18%，石墨1.2%，铈0.2%，余量为铜和不可避免的杂质，该杂质中铅含量小于0.01%。

一种含石墨的易切削锌白铜合金制备工艺，包括：

步骤1，球磨混合粉末，该混合粉末选用的材料包括铜粉、镍粉16%、锌粉18%、铈粉0.2%和铜包石墨粉2.4%，该铜包石墨粉中石墨质量百分比为45～55%，使该混合粉末成分重量百分比为：镍16%，锌18%，石墨1.2%，铈0.2%，余量为铜和不可避免的杂质。该步骤1的球磨工艺：球磨时间11～13小时，例如12小时；球料比5:1～10:1。

步骤2，烧结混合粉末以生成Φ120mm圆锭，先压制成型，接着真空烧结，该烧结工艺：压力25MPa，温度800℃；接着圆锭保温1.5小时，然后冷却至温度低于100℃后出炉；以使铜包石墨粉外层的铜与白铜基体结合为一体，石墨颗粒均匀分布在白铜基体中。

步骤3，圆锭热挤压处理成直径12mm～18mm的棒坯，该热挤压工艺：温度800℃；

步骤4，拉拔棒坯和热处理成Φ2mm的线材成品，先拉拔棒坯成线材，冷加工率在0～60%之间，然后热处理线材，该热处理工艺：温度650℃，保温时间2小时。

本实施例制成的锌白铜合金的抗拉强度为475MPa，硬度为HV106。

本实施例制成的锌白铜合金具有优异的易切削性能、优良的综合机械性能（σb=470MPa～550MPa）和良好的耐蚀性能，可制成棒材、线材、管材和型材等制品，广泛应用于眼镜配件、仪器仪表、钟表工业和医疗器械等领域。它与切削性能最佳的铅黄铜C36000的相对可切削率（作为100%）相比，它的可切削率超过72%，明显高于普通锌白铜合金的可切削率20%，与含铅锌白铜合金的可切削率75%基本相当。

本实施例提出的环保无铅易切削锌白铜合金是在普通锌白铜合金基础上添加石墨颗粒和微量的金属铈。石墨是环境友好材料，不会对人体和环境造成任何的污染；同时，石墨颗粒质地软，几乎不固溶于铜，当其弥散地分布于铜基体时，可以起到刀具润滑和切削断屑的作用，明显改善锌白铜的切削性能。为使各种金属颗粒能够牢固地烧结在一起，向合金中加入了微量的金属铈，同时，铈具有晶粒细化作用，提高了合金的机械性能和冷、热加工性能。

实施例二

一种含石墨的易切削锌白铜合金，该锌白铜合金的重量百分比组成为：镍18%，锌20%，石墨1.8%，铈0.3%，余量为铜和不可避免的杂质，该杂质中铅含量小于0.01%。

一种含石墨的易切削锌白铜合金制备工艺，包括：

步骤1，球磨混合粉末，该混合粉末选用的材料包括铜粉、镍粉18%、锌粉20%、铈粉0.3%和铜包石墨粉3.6%，该铜包石墨粉中石墨质量百分比为45～55%，使该混合粉末成分重量百分比为：镍18%，锌20%，石墨1.8%，铈0.3%，余量为铜和不可避免的杂质。该步骤1的球磨工艺：球磨时间7～9小时，例如8小时；球料比5:1～10:1。

步骤2，烧结混合粉末以生成Φ120mm圆锭，该烧结工艺：压力30MPa，温度850℃；接着圆锭保温2小时，然后冷却至温度低于100℃后出炉；使铜包石墨粉外层的铜与白铜基体结合为一体，石墨颗粒均匀分布在白铜基体中。

步骤3，圆锭热挤压处理成直径12mm的棒坯，该热挤压工艺：温度850℃；

步骤4，拉拔棒坯和热处理成Φ2mm的线材成品，先拉拔棒坯成线材，然后热处理线材，该热处理工艺：温度700℃，保温时间3小时。

本实施例制成的锌白铜合金的抗拉强度为497MPa，硬度为HV118。

以上所述，仅为本发明较佳实施例而已，故不能依此限定本发明实施的范围，即依本发明专利范围及说明书内容所作的等效变化与修饰，皆应仍属本发明涵盖的范围内。

Claims

1.一种含石墨的易切削锌白铜合金，其特征在于：该锌白铜合金的重量百分比组成为：镍10%～40%，锌10%～35%，石墨0.5%～2.5%，铈0.1%～0.5%，余量为铜和不可避免的杂质。

2.根据权利要求1所述的一种含石墨的易切削锌白铜合金，其特征在于：该杂质中铅含量小于0.01%。

3.根据权利要求1或2所述的一种含石墨的易切削锌白铜合金，其特征在于：该锌白铜合金的重量百分比组成为：镍15%～25%，锌15%～25%，石墨0.8%～2.0%，铈0.15%～0.4%，余量为铜和不可避免的杂质。

4.一种含石墨的易切削锌白铜合金制备工艺，其特征在于：包括：

5.根据权利要求4所述的一种含石墨的易切削锌白铜合金制备工艺，其特征在于：该步骤1中的混合粉末选用的材料包括铜粉、镍粉、锌粉、铈粉和铜包石墨粉，该铜包石墨粉中石墨质量百分比为30～70%。

6.根据权利要求5所述的一种含石墨的易切削锌白铜合金制备工艺，其特征在于：该步骤1中的混合粉末中成分重量百分比为：镍15%～25%，锌15%～25%，石墨0.8%～2.0%，铈0.15%～0.4%，余量为铜和不可避免的杂质。

7.根据权利要求4或5或6所述的一种含石墨的易切削锌白铜合金制备工艺，其特征在于：该步骤1的球磨工艺：球磨时间7～20小时，球料比5:1～10:1。

8.根据权利要求4或5或6所述的一种含石墨的易切削锌白铜合金制备工艺，其特征在于：该步骤2中的烧结工艺：压力25～30MPa，温度800℃～850℃；圆锭保温1.5～2小时，然后冷却至温度低于100℃后出炉。

9.根据权利要求4或5或6所述的一种含石墨的易切削锌白铜合金制备工艺，其特征在于：该步骤3中热挤压工艺：温度800℃～850℃。

10.根据权利要求4或5或6所述的一种含石墨的易切削锌白铜合金制备工艺，其特征在于：该步骤4中的热处理工艺：温度650℃～700℃，保温时间为2～3小时。