CN104032176A - 低铅黄铜合金 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种低铅黄铜合金，包括：占黄铜合金总重量62.5-63wt％的铜、0.16-0.24wt％的铅、0-0.02wt％的锑、0-0.01wt％的镁、0-0.2wt％的锡、0.0005-0.0009wt％的硼、0.55-0.7wt％的铝、0.05-0.15wt％的铁、0-0.15wt％的镍、0.09-0.12wt％的砷、0-0.005wt％的锆及0-0.01wt％的杂质，剩余部分为锌。
Description
技术领域
本发明涉及一种低铅黄铜合金。
背景技术
铜具有优良的导电性和环境友善性，对人类有害的病菌在其表面不能存活，为改善铜材料的性能，在铜中加入其它元素，如在铜锌黄铜中加入铅，极大地改善了黄铜的切削性能，但是铅对人体健康和生态平衡具有破坏作用，世界范围内的趋势也是对含铅合金的使用进行越来越多的限制。
另外，随着环境问题的日益突出，使用环境更加恶劣，使黄铜制品的表层强度降低，甚或导致黄铜管穿孔，大幅缩短黄铜制品的使用寿命，并造成应用上的问题。
因此，便有需要提供一种可替代含高量铅黄铜，并可达到抗脱锌腐蚀，但仍须兼顾铸造性能、锻造性、切削性、耐腐蚀性与机械性质的合金配方，以解决前述的问题。
发明内容
本发明目的在于提供一种抗拉强度、延伸率、抗脱锌性佳、切削性等性能优异的黄铜合金，适合作为需要高强度、耐磨损、耐渍蚀的切削加工品。可安全地取代含有大量铅的合金铜，且完全符合人类社会发展对含铅产品限制的诉求。
为了达成上述目的而提案以下低铅黄铜合金。
一种低铅黄铜合金(以下简称发明物1)，包括：占黄铜合金总重量62.5-63wt％的铜、0.16-0.24wt％的铅、0.55-0.7wt％的铝，剩余部分为锌。本发明物1在把铅的含量降至0.24wt％以下，控制铜的含量在62.5-63wt％，添加微量的铝以此增加黄铜合金切削性。与此同时，由于铝在合金中表面上的离子化倾向比锌大，能够优先与腐蚀性气体或溶液中的氧结合，从而在合金表面形成致密的氧化铝保护膜，以此提高黄铜合金在恶劣环境下的耐腐蚀性和耐脱锌性。而且铝能够提高合金铸造流动性、使合金强度和硬度均显著提高，为了较好地发挥上述作用，铝的含量控制在黄铜合金总重的0.55-0.7wt％；
优先的是，发明物1中，进一步包括：一种以上选自占黄铜合金总重量0-0.02wt％的锑、0-0.2wt％的锡、0-0.01wt％的镁和0.09-0.12wt％的砷的元素，所选元素均能在一定程度上增加黄铜合金的切削性能，且锑和锡的加入能够明显地提高合金的强度，并使其塑性得到改善，抗腐蚀性增强；微量的砷能够提高合金的耐脱锌性，但是不宜过高，过高的砷会使得合金的热锻造性和挤压性降低；
更优先的是，上述发明物中进一步包括一种以上选自占黄铜合金总重量0.0005-0.0009wt％的硼、0.05-0.15wt％的铁、0-0.15wt％的镍和0-0.005wt％的锆的元素，其中硼能够提高黄铜合金的耐蚀性能并抑制脱锌；铁能够加强黄铜合金的坚韧性；镍不仅能抑制黄铜合金生锈，同时还能够形成合金金属间的化合物，均匀地析出于基地中，提高合金的耐磨损性和强度；锆能够细化晶粒，从而提高黄铜合金的铸造性。
一种低铅黄铜合金(以下简称发明物2)，包括：占黄铜合金总重量62.5-63wt％的铜、0.16-0.24wt％的铅，及两种以上选自占黄铜合金总重量0.55-0.7wt％的铝、0-0.02wt％的锑、0-0.2wt％的锡和0-0.01wt％的镁的元素，剩余部分为锌。其中添加铝、锑、锡和镁的理由同发明物1中所述，具体添加时根据实际需要而定；
优选的是，发明物2中进一步包括两种以上选自占黄铜合金总重量0.09-0.12wt％的砷、0.0005-0.0009wt％的硼、0.05-0.15wt％的铁、0-0.15wt％的镍和0-0.005wt％的锆的元素。其中添加砷、硼、铁、镍和锆的理由同发明物1中所述，具体添加时根据实际需要而定。
一种低铅黄铜合金(以下简称发明物3)，包括：占黄铜合金总重量62.5-63wt％的铜、0.16-0.24wt％的铅、0-0.02wt％的锑、0-0.01wt％的镁、0-0.2wt％的锡、0.0005-0.0009wt％的硼、0.55-0.7wt％的铝、0.05-0.15wt％的铁、0-0.15wt％的镍、0.09-0.12wt％的砷、0-0.005wt％的锆及0-0.01wt％的杂质，剩余部分为锌。其中添加锑、镁、锡、硼、铝、铁、镍、砷和锆的理由同发明物1中所述，且在发明物3中同时添加上述元素，是为了能够较好地满足特定产品性能的需求。
具体实施方式
为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面将通过实施例的方式对本发明的技术进行描述。
本发明的范围不旨在限于所述示范性实施例。(相关领域以及获悉本公开内容的技术人员将联想到的)此处说明的本发明特征的变更和另外改动以及此处说明的本发明原理的其它应用被认为是在本发明范围之内。
本发明数值描述中的以上、以下均表示包括本数。
本文中所指的抗脱锌腐蚀性能测试是以铸态的形式按照AS-2345-2006规范进行，以1000C.C去离子水加入12.8g氯化铜，并将实测物放置其中，时间为24h，以测得脱锌深度。
◎代表脱锌深度小于300μm；○代表脱锌深度介于300μm及400μm之间；以及代表脱锌深度大于400μm。
本文中所指的切削性能测试是以铸态的形式进行，采用相同的刀具，相同切削速度和相同进刀量，切削速度为25m/min(米/分钟)，进刀量为0.2mm/r(毫米/每刀刃数)，切削深度0.5mm，试棒直径为20mm，并以C36000合金材料为基准，经由量测切削阻力求得相对切削率。
相对切削率＝C36000合金材料的切削阻力/试样切削阻力。
◎代表相对切削率大于85％；○代表相对切削率大于70％。
本文中所指的抗拉强度及延伸率的测试，均以铸态的形式在室温下进行拉伸测试。延伸率即试样拉伸断裂后标距段的总变形ΔL与原标距长度L之比的百分数：6＝ΔL/L×100％。对比试样为同状态同规格的含铅黄黄铜，即C36000合金。
本文中所指合金元素水中溶出性能测试按照GB/T5750-2006《生活饮用水标准检验方法》进行测试并按照GB5749-2006《生活饮用水卫生标准》判定。
上述C36000合金材料成份配比实测如下，单位为重量百分比(wt％)：
实施例
表1中为15种低铅黄铜合金配比，各组分单位为重量百分比(wt％)。
表1
| 编号 | 铜(Cu) | 锌(Zn) | 铅(Pb) | 镁(Mg) | 铝(A1) | 锑(Sb) | 锡(Sn) | 硼(B) | 铁(Fe) | 镍(Ni) | 砷(As) | 锆(Zr) |
| 1 | 63.000 | 36.233 | 0.215 | -- | 0.550 | -- | -- | -- | -- | -- | -- | -- |
| 2 | 62.542 | 36.578 | 0.240 | -- | 0.638 | -- | -- | -- | -- | -- | -- | -- |
| 3 | 62.500 | 36.638 | 0.160 | -- | 0.700 | -- | -- | -- | -- | -- | -- | -- |
| 4 | 62.511 | 36.648 | 0.168 | 0.010 | 0.551 | 0.020 | -- | -- | -- | -- | 0.090 | -- |
| 5 | 62.780 | 36.136 | 0.179 | 0.009 | 0.589 | -- | 0.200 | -- | -- | -- | 0.105 | -- |
| 6 | 62.993 | 35.967 | 0.200 | -- | 0.688 | -- | 0.150 | -- | -- | -- | -- | -- |
| 7 | 62.567 | 36.541 | 0.161 | -- | 0.560 | -- | -- | 0.0005 | 0.050 | -- | 0.120 | -- |
| 8 | 62.874 | 36.123 | 0.187 | 0.007 | 0.653 | -- | -- | -- | -- | 0.150 | -- | 0.004 |
| 9 | 63.000 | 36.116 | 0.192 | -- | 0.670 | 0.015 | -- | -- | -- | -- | -- | 0.005 |
| 10 | 62.510 | 36.416 | 0.167 | -- | 0.689 | 0.018 | 0.198 | -- | -- | -- | -- | -- |
| 11 | 62.913 | 36.860 | 0.198 | 0.008 | -- | 0.019 | -- | -- | -- | -- | -- | -- |
| 12 | 62.780 | 36.250 | 0.201 | 0.009 | 0.580 | -- | 0.178 | -- | -- | -- | -- | -- |
| 13 | 62.500 | 36.541 | 0.200 | -- | 0.663 | 0.017 | -- | 0.0007 | 0.076 | -- | -- | -- |
| 14 | 62.831 | 35.987 | 0.212 | 0.010 | 0.578 | -- | 0.132 | -- | -- | 0.132 | 0.112 | 0.004 |
| 15 | 62.670 | 35.845 | 0.198 | 0.008 | 0.674 | 0.017 | 0.188 | 0.0009 | 0.150 | 0.143 | 0.101 | 0.003 |
对上述组分的合金以铸态的形式在室温下进行切削性能、抗脱锌腐蚀性能、抗拉强度及延伸率的测试，对比试样为C36000合金。
抗拉强度、延伸率、切削性能及抗脱锌腐蚀性能实验结果如下：
对上述组分的合金进行水中溶出性能测试，实验结果如下(各数值单位均为mg/L)：
| 编号 | 铜(Cu) | 锌(Zn) | 铅(Pb) | 铝(A1) | 锑(Sb) | 硼(B) | 铁(Fe) | 镍(Ni) | 砷(As) |
| 1 | ＜1.0 | ＜1.0 | ＜0.01 | ＜0.2 | ＜0.005 | ＜0.5 | ＜0.3 | ＜0.02 | ＜0.01 |
| 2 | ＜1.0 | ＜1.0 | ＜0.01 | ＜0.2 | ＜0.005 | ＜0.5 | ＜0.3 | ＜0.02 | ＜0.01 |
| 3 | ＜1.0 | ＜1.0 | ＜0.01 | ＜0.2 | ＜0.005 | ＜0.5 | ＜0.3 | ＜0.02 | ＜0.01 |
| 4 | ＜1.0 | ＜1.0 | ＜0.01 | ＜0.2 | ＜0.005 | ＜0.5 | ＜0.3 | ＜0.02 | ＜0.01 |
| 5 | ＜1.0 | ＜1.0 | ＜0.01 | ＜0.2 | ＜0.005 | ＜0.5 | ＜0.3 | ＜0.02 | ＜0.01 |
| 6 | ＜1.0 | ＜1.0 | ＜0.01 | ＜0.2 | ＜0.005 | ＜0.5 | ＜0.3 | ＜0.02 | ＜0.01 |
| 7 | ＜1.0 | ＜1.0 | ＜0.01 | ＜0.2 | ＜0.005 | ＜0.5 | ＜0.3 | ＜0.02 | ＜0.01 |
| 8 | ＜1.0 | ＜1.0 | ＜0.01 | ＜0.2 | ＜0.005 | ＜0.5 | ＜0.3 | ＜0.02 | ＜0.01 |
| 9 | ＜1.0 | ＜1.0 | ＜0.01 | ＜0.2 | ＜0.005 | ＜0.5 | ＜0.3 | ＜0.02 | ＜0.01 |
| 10 | ＜1.0 | ＜1.0 | ＜0.01 | ＜0.2 | ＜0.005 | ＜0.5 | ＜0.3 | ＜0.02 | ＜0.01 |
| 11 | ＜1.0 | ＜1.0 | ＜0.01 | ＜0.2 | ＜0.005 | ＜0.5 | ＜0.3 | ＜0.02 | ＜0.01 |
| 12 | ＜1.0 | ＜1.0 | ＜0.01 | ＜0.2 | ＜0.005 | ＜0.5 | ＜0.3 | ＜0.02 | ＜0.01 |
| 13 | ＜1.0 | ＜1.0 | ＜0.01 | ＜0.2 | ＜0.005 | ＜0.5 | ＜0.3 | ＜0.02 | ＜0.01 |
| 14 | ＜1.0 | ＜1.0 | ＜0.01 | ＜0.2 | ＜0.005 | ＜0.5 | ＜0.3 | ＜0.02 | ＜0.01 |
| 15 | ＜1.0 | ＜1.0 | ＜0.01 | ＜0.2 | ＜0.005 | ＜0.5 | ＜0.3 | ＜0.02 | ＜0.01 |
虽然本发明以实施方式揭露如上，然其并非用以限定本发明，任何熟悉此项技术的人员，在不脱离本发明的精神和范围内，可作各种的改动与润饰，因此本发明的保护范围当以权利要求书所定为准。
Claims (6)
1.一种低铅黄铜合金，其特征在于，包括：占黄铜合金总重量62.5-63wt％的铜、0.16-0.24wt％的铅、0.55-0.7wt％的铝，剩余部分为锌。
2.如权利要求1所述的低铅黄铜合金，其特征在于，还包括一种以上选自占黄铜合金总重量0-0.02wt％的锑、0-0.2wt％的锡、0-0.01wt％的镁和0.09-0.12wt％的砷的元素。
3.如权利要求2所述的低铅黄铜合金，其特征在于，还包括一种以上选自占黄铜合金总重量0.0005-0.0009wt％的硼、0.05-0.15wt％的铁、0-0.15wt％的镍和0-0.005wt％的锆的元素。
4.一种低铅黄铜合金，其特征在于，包括占黄铜合金总重量62.5-63wt％的铜、0.16-0.24wt％的铅，及两种以上选自占黄铜合金总重量0.55-0.7wt％的铝、0-0.02wt％的锑、0-0.2wt％的锡和0-0.01wt％的镁的元素，剩余部分为锌。
5.如权利要求4所述的一种低铅黄铜合金，其特征在于，还包括两种以上选自占黄铜合金总重量0.09-0.12wt％的砷、0.0005-0.0009wt％的硼、0.05-0.15wt％的铁、0-0.15wt％的镍和0-0.005wt％的锆的元素。
6.一种低铅黄铜合金，其特征在于，包括：占黄铜合金总重量62.5-63wt％的铜、0.16-0.24wt％的铅、0-0.02wt％的锑、0-0.01wt％的镁、0-0.2wt％的锡、0.0005-0.0009wt％的硼、0.55-0.7wt％的铝、0.05-0.15wt％的铁、0-0.15wt％的镍、0.09-0.12wt％的砷、0-0.005wt％的锆及0-0.01wt％的杂质，剩余部分为锌。
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