CN103184365A - 一种新型无铅铜基合金棒及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种新型无铅铜基合金棒及其制备方法，该合金棒由以下组份组成：占合金棒总重量82-84%的铜，占合金棒总重量1-1.5%的铋，占合金棒总重量0.5-1.5%的铝，占合金棒总重量1-2%的锡，占合金棒总重量0.05-1.0%的磷，余量为锌。本发明采用铋﹑铝﹑锡﹑磷等多种元素添加到铜与锌中，利用在熔炼过程中的金属元素之间的相互作用使新的合金能够取代含铅的黄铜棒。在不提高成本的基础上，既满足了无铅环保性能的要求，又能保证材料在应用中符合对切削性能及机械物理性能的要求。
Description
技术领域
本发明涉及合金棒材领域，具体涉及一种新型无铅铜基合金棒及其制备方法。
背景技术
铅黄铜具有优良的冷加工性能和切削性，加之良好的机械物理性能，价格又低廉，而被广泛地应用于仪器仪表、电子、电器、日用五金、供应水系统等行业。
然而铅及其化合物是严重危害人类寿命与自然环境的化学物质之一，合金中的铅在使用过程中极易从基体中侵出或脱出，工业废品中的铅则渗入地下水系统，以及各种形式的铅通过各种途径进入动物或人的食物链，危害人类健康，影响环境。
美国、日本、欧盟及各国都提出了相应的限制和禁止规定，自2006年7月1日起，出口这些国家和地区的电子电器产品和水暖、五金器材均应达到所要求铅含量。故开发无铅并易切削黄铜成为了当今金属材料行业所面临的重大课题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种新型无铅铜基合金棒及其制备方法，在不提高成本的基础上既满足无铅环保性能的要求，又能保证材料在应用中符合对切削性能及机械物理性能的要求。
为了实现上述发明目的，本发明采用的技术方案如下：
一种新型无铅铜基合金棒，其特征在于，由以下组份组成：占合金棒总重量82-84%的铜，占合金棒总重量1-1.5%的铋，占合金棒总重量0.5-1.5%的铝，占合金棒总重量1-2%的锡，占合金棒总重量0.05-1.0%的磷，余量为锌。
作为上述技术方案的优选，提供一种新型无铅铜基合金棒，由以下组份组成：占合金棒总重量82%的铜，占合金棒总重量1%的铋，占合金棒总重量0.5%的铝，占合金棒总重量1%的锡，占合金棒总重量0.05%的磷，余量为锌。
作为上述技术方案的另一优选，提供一种新型无铅铜基合金棒，由以下组份组成：占合金棒总重量84%的铜，占合金棒总重量1.5%的铋，占合金棒总重量1.5%的铝，占合金棒总重量2%的锡，占合金棒总重量1%的磷，余量为锌。
作为上述技术方案的另一优选，提供一种新型无铅铜基合金棒，由以下组份组成：占合金棒总重量83%的铜，占合金棒总重量1.3%的铋，占合金棒总重量1%的铝，占合金棒总重量1.5%的锡，占合金棒总重量0.6%的磷，余量为锌。
进一步地，在上述新型无铅铜基合金棒中，所述铜优选为电解铜。
本发明还提供的一种新型无铅铜基合金棒制备方法，包括如下步骤：
1）按照配比将铜、铋、铝、锡、磷和锌置于工频电炉内，加热至1200-1250℃，待完全熔化后保温至1150℃；
2）用石墨棒将完全熔化的合金液体充分搅拌后，在其上面覆盖高纯度鳞片状石墨粉以防止其氧化，厚度为10-15cm，并进行保温；
3）保温1-1.5小时后，用光谱仪对从炉内取出的样品进行成分检验，确定其合金成分在规定的范围之内；
4）重新升温至1300℃，开启工频电炉的振动装置，并采用水平连铸方法铸造成直径为110mm，长度为500mm的实心毛坯合金棒；
5）用光锭机对毛坯合金棒进行表面加工，加工为直径为105mm，长度为500mm的合金棒；
6）退火，用箱式退火炉对合金棒进行退火处理，且退火温度为120-160℃，退火时间为1-1.5小时；
7）挤压，采用单动挤压机挤压，且合金锭的加热温度为200-250℃，挤压温度为300℃，挤压速度为6mm/s，挤压后合金棒直径为70mm，长度为980mm；
8）车削，将挤压后的合金棒用车床进行表面车削处理，使其直径为65mm，长度为950mm；
9）包装入库。
进一步地，所述步骤3）中的成分检验次数优选为三次。
进一步地，所述步骤3）中的光谱仪优选使用斯派克直读光谱仪。
本发明的有益效果是：本发明采用铋﹑铝﹑锡﹑磷等多种元素添加到铜与锌中，利用在熔炼过程中的金属元素之间的相互作用使新的合金能够取代含铅的黄铜棒。在不提高成本的基础上，既满足了无铅环保性能的要求，又能保证材料在应用中符合对切削性能及机械物理性能的要求。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，下面结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例1
一种新型无铅铜基合金棒，由以下组份组成：占合金棒总重量82%的铜，占合金棒总重量1%的铋，占合金棒总重量0.5%的铝，占合金棒总重量1%的锡，占合金棒总重量0.05%的磷，余量为锌。
按照上述配比将电解铜、铋、铝、锡、磷、锌置于工频电炉内，加热至1200-1250℃完全熔化后保温至1150℃；然后用石墨棒将完全熔化的合金液体充分搅拌后，并在其上面覆盖高纯度鳞片状石墨粉以防止其氧化，且该高纯度鳞片状石墨粉的厚度约为10-15cm，并进行保温；保温1-1.5小时后，用德国进口斯派克直读光谱仪对从炉内取出的样品进行三次成分检验，以确定其合金成分在规定范围之内；检测后，将合金液体重新升温至1300℃，并开启工频电炉的振动装置，采用水平连铸方法铸造成外径为110mm±1mm，长度为500mm±1mm的实心毛坯合金棒材；用光锭机对毛坯合金棒进行表面加工，加工为表面光洁直径为105mm±1mm、长度为500mm±1mm的合金棒；进行退火处理，用箱式退火炉对表面车加工后的铜棒进行退火处理，且退火温度为120-160℃，退火时间为1-1.5小时；之后采用2000吨单动挤压机挤压，且合金锭的加热温度为200-250℃，挤压温度为300℃，挤压速度V=6mm/s，挤压后铜棒的直径为70mm±1mm，长度为980mm±1mm；最后车削，即将挤压而成的合金棒材用高精度车床进行表面车削处理，使其成为直径是65mm±1mm，长度是950mm±1mm的成品并包装入库。
与现有的含铅铜合金棒相比，切削性能好，加工成材率高，耐磨性好，且制备工艺简单，成本低，不会对环境造成污染。
实施例2
一种新型无铅铜基合金棒，由以下组份组成：占合金棒总重量84%的铜，占合金棒总重量1.5%的铋，占合金棒总重量1.5%的铝，占合金棒总重量2%的锡，占合金棒总重量1%的磷，余量为锌。
按照上述配比将电解铜、铋、铝、锡、磷、锌置于工频电炉内，加热至1200-1250℃完全熔化后保温至1150℃；然后用石墨棒将完全熔化的合金液体充分搅拌后，并在其上面覆盖高纯度鳞片状石墨粉以防止其氧化，且该高纯度鳞片状石墨粉的厚度约为10-15cm，并进行保温；保温1-1.5小时后，用德国进口斯派克直读光谱仪对从炉内取出的样品进行三次成分检验，以确定其合金成分在规定范围之内；检测后，将合金液体重新升温至1300℃，并开启工频电炉的振动装置，采用水平连铸方法铸造成外径为110mm±1mm，长度为500mm±1mm的实心毛坯合金棒材；用光锭机对毛坯合金棒进行表面加工，加工为表面光洁直径为105mm±1mm、长度为500mm±1mm的合金棒；进行退火处理，用箱式退火炉对表面车加工后的铜棒进行退火处理，且退火温度为120-160℃，退火时间为1-1.5小时；之后采用2000吨单动挤压机挤压，且合金锭的加热温度为200-250℃，挤压温度为300℃，挤压速度V=6mm/s，挤压后铜棒的直径为70mm±1mm，长度为980mm±1mm；最后车削，即将挤压而成的合金棒材用高精度车床进行表面车削处理，使其成为直径是65mm±1mm，长度是950mm±1mm的成品并包装入库。
与现有的含铅铜合金棒相比，切削性能好，加工成材率高，耐磨性好，且制备工艺简单，成本低，不会对环境造成污染。
实施例3
一种新型无铅铜基合金棒，由以下组份组成：占合金棒总重量83%的铜，占合金棒总重量1.3%的铋，占合金棒总重量1%的铝，占合金棒总重量1.5%的锡，占合金棒总重量0.6%的磷，余量为锌。
按照上述配比将电解铜、铋、铝、锡、磷、锌置于工频电炉内，加热至1200-1250℃完全熔化后保温至1150℃；然后用石墨棒将完全熔化的合金液体充分搅拌后，并在其上面覆盖高纯度鳞片状石墨粉以防止其氧化，且该高纯度鳞片状石墨粉的厚度约为10-15cm，并进行保温；保温1-1.5小时后，用德国进口斯派克直读光谱仪对从炉内取出的样品进行三次成分检验，以确定其合金成分在规定范围之内；检测后，将合金液体重新升温至1300℃，并开启工频电炉的振动装置，采用水平连铸方法铸造成外径为110mm±1mm，长度为500mm±1mm的实心毛坯合金棒材；用光锭机对毛坯合金棒进行表面加工，加工为表面光洁直径为105mm±1mm、长度为500mm±1mm的合金棒；进行退火处理，用箱式退火炉对表面车加工后的铜棒进行退火处理，且退火温度为120-160℃，退火时间为1-1.5小时；之后采用2000吨单动挤压机挤压，且合金锭的加热温度为200-250℃，挤压温度为300℃，挤压速度V=6mm/s，挤压后铜棒的直径为70mm±1mm，长度为980mm±1mm；最后车削，即将挤压而成的合金棒材用高精度车床进行表面车削处理，使其成为直径是65mm±1mm，长度是950mm±1mm的成品并包装入库。
与现有的含铅铜合金棒相比，切削性能好，加工成材率高，耐磨性好，且制备工艺简单，成本低，不会对环境造成污染。
上述实施例提供的新型无铅铜基合金棒及现有含铅铜合金棒的机械性能如表1所示。
表1
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并非用来限定本发明的实施范围；如果不脱离本发明的精神和范围，对本发明进行修改或者等同替换，均应涵盖在本发明权利要求的保护范围当中。
Claims (8)
1.一种新型无铅铜基合金棒，其特征在于，由以下组份组成：占合金棒总重量82-84%的铜，占合金棒总重量1-1.5%的铋，占合金棒总重量0.5-1.5%的铝，占合金棒总重量1-2%的锡，占合金棒总重量0.05-1.0%的磷，余量为锌。
2.根据权利要求1所述新型无铅铜基合金棒，其特征在于，由以下组份组成：占合金棒总重量82%的铜，占合金棒总重量1%的铋，占合金棒总重量0.5%的铝，占合金棒总重量1%的锡，占合金棒总重量0.05%的磷，余量为锌。
3.根据权利要求1所述的新型无铅铜基合金棒，其特征在于，由以下组份组成：占合金棒总重量84%的铜，占合金棒总重量1.5%的铋，占合金棒总重量1.5%的铝，占合金棒总重量2%的锡，占合金棒总重量1%的磷，余量为锌。
4.根据权利要求1所述的新型无铅铜基合金棒，其特征在于，由以下组份组成：占合金棒总重量83%的铜，占合金棒总重量1.3%的铋，占合金棒总重量1%的铝，占合金棒总重量1.5%的锡，占合金棒总重量0.6%的磷，余量为锌。
5.根据权利要求1-4中任一权利要求所述的新型无铅铜基合金棒，其特征在于，所述铜为电解铜。
6.一种如权利要求1-5中任一权利要求所述的新型无铅铜基合金棒的制备方法，其特征在于包括以下步骤：
1）按照配比将铜、铋、铝、锡、磷和锌置于工频电炉内，加热至1200-1250℃，待完全熔化后保温至1150℃；
2）用石墨棒将完全熔化的合金液体充分搅拌后，在其上面覆盖高纯度鳞片状石墨粉以防止其氧化，厚度为10-15cm，并进行保温；
3）保温1-1.5小时后，用光谱仪对从炉内取出的样品进行成分检验，确定其合金成分在规定的范围之内；
4）重新升温至1300℃，开启工频电炉的振动装置，并采用水平连铸方法铸造成直径为110mm，长度为500mm的实心毛坯合金棒；
5）用光锭机对毛坯合金棒进行表面加工，加工为直径为105mm，长度为500mm的合金棒；
6）退火，用箱式退火炉对合金棒进行退火处理，且退火温度为120-160℃，退火时间为1-1.5小时；
7）挤压，采用单动挤压机挤压，且合金锭的加热温度为200-250℃，挤压温度为300℃，挤压速度为6mm/s，挤压后合金棒直径为70mm，长度为980mm；
8）车削，将挤压后的合金棒用车床进行表面车削处理，使其直径为65mm，长度为950mm；
9）包装入库。
7.根据权利要求6所述的新型无铅铜基合金棒的制备方法，其特征在于：所述步骤3）中的成分检验次数为三次。
8.根据权利要求6所述的新型无铅铜基合金棒的制备方法，其特征在于：所述步骤3）中的光谱仪为斯派克直读光谱仪。
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