CN104651660B

CN104651660B - 一种易加工硅黄铜合金及其制备方法

Info

Publication number: CN104651660B
Application number: CN201510053114.7A
Authority: CN
Inventors: 林孝发; 林孝山; 巴寿宁; 黄志钱; 陈国煌
Original assignee: Jomoo Group Co Ltd
Current assignee: Jomoo Group Co Ltd
Priority date: 2015-02-02
Filing date: 2015-02-02
Publication date: 2017-10-13
Anticipated expiration: 2035-02-02
Also published as: CN104651660A

Abstract

本发明公开了一种易加工硅黄铜合金，该合金由以下各组分组成：60～63wt％铜(Cu)，0.50～0.90wt％硅(Si)，0.50～0.80wt％铝(Al)，0.10～0.20wt％铅(Pb)，其它元素小于0.3％，其余为锌(Zn)及不可避免的杂质，其中(铜+硅+铝+锌)>99.60％，所述其他元素是锡(Sn)、锰(Mn)、铁(Fe)和镍(Ni)的组合。本发明还公开了制备该硅黄铜合金的方法。本发明制备的硅黄铜合金抗拉强度、拉伸率、硬度及抗脱锌性能都明显高于普通铅黄铜，铸造加工性能好，可满足实际生产运用的需求，且其金属析出符合标准要求，可广泛应用于水暖、阀门以及其他各种对金属污染物析出有限制的行业。

Description

一种易加工硅黄铜合金及其制备方法

技术领域

本发明涉及合金领域，特别涉及一种易加工硅黄铜合金及其制备方法。

背景技术

铅黄铜因具有良好的机械性能和物理性能，以及良好的加工性能而被广泛应用于日用五金及饮用水系统等行业，但铅黄铜中铅的含量较高，容易析出而污染环境，尤其应用在饮用水系统时，对人体会造成严重的危害，因此各国都对这些产品的铅含量提出了相应的限制。开发新的黄铜合金以降低铅的含量同时保有良好的加工性能成为行业发展的必然趋势，其中硅黄铜以硅代替铅，环保健康而受到重视。现有的硅黄铜合金硬度较高，铸件易缩松和开裂，加工性能差，限制了其应用。

发明内容

本发明针对现有技术的上述不足，提供一种易加工硅黄铜合金及其制备方法。

本发明的易加工硅黄铜合金由以下各组分组成：60～63wt％铜(Cu)，0.50～0.90wt％硅(Si)，0.50～0.80wt％铝(Al)，0.10～0.20wt％铅(Pb)，其它元素小于0.3％，其余为锌(Zn)及不可避免的杂质，其中(铜+硅+铝+锌)>99.60％，所述其他元素是锡(Sn)、锰(Mn)、铁(Fe)和镍(Ni)的组合。

优选的，该合金由以下各组分组成：61～62.5wt％铜(Cu)，0.60～0.80wt％硅(Si)，0.60～0.80wt％铝(Al)，0.10～0.15wt％铅(Pb)，0.20～0.25wt％其它元素，其余为锌(Zn)及不可避免的杂质，其中(铜+硅+铝+锌)>99.70％，所述其他元素是锡(Sn)、锰(Mn)、铁(Fe)和镍(Ni)的组合。

优选的，所述其他元素的组成为：0.06～0.1wt％锡(Sn)，0.002～0.007wt％锰(Mn)，0.07～0.09wt％铁(Fe)，0.04～0.09％镍(Ni)。

优选的，该合金由以下各组分组成：61wt％铜(Cu)，0.618wt％硅(Si)，0.611wt％铝(Al)，0.113wt％铅(Pb)，0.068wt％锡(Sn)，0.0025wt％锰(Mn)，0.0792wt％铁(Fe)，0.087wt％镍(Ni)，其余为锌(Zn)及总量不大于0.2wt％的杂质。

优选的，该合金由以下各组分组成：61.5wt％铜(Cu)，0.676wt％硅(Si)，0.671wt％铝(Al)，0.114wt％铅(Pb)，0.075wt％锡(Sn)，0.0041wt％锰(Mn)，0.0845wt％铁(Fe)，0.057wt％镍(Ni)，其余为锌(Zn)及总量不大于0.2wt％的杂质。

优选的，该合金由以下各组分组成：61.8wt％铜(Cu)，0.724wt％硅(Si)，0.722wt％铝(Al)，0.115wt％铅(Pb)，0.093wt％锡(Sn)，0.0043wt％锰(Mn)，0.0836wt％铁(Fe)，0.055wt％镍(Ni)，其余为锌(Zn)及总量不大于0.2wt％的杂质。

优选的，该合金由以下各组分组成：62.4wt％铜(Cu)，0.786wt％硅(Si)，0.658wt％铝(Al)，0.130wt％铅(Pb)，0.082wt％锡(Sn)，0.0031wt％锰(Mn)，0.0844wt％铁(Fe)，0.051wt％镍(Ni)，其余为锌(Zn)及总量不大于0.2wt％的杂质。

制备上述易加工硅黄铜合金的方法包括以下步骤：

向感应炉内加入电解铜，升温至1050～1150℃；待电解铜全部熔化，加入铜硅合金，调温至1100-1200℃使其熔化，其中所述铜硅合金中硅的含量是5～10wt％；依次添加锌锭、铝锭、铅锭及其他元素形成合金液，搅拌使成分均匀，其中其他元素是锡、锰、铁和镍；添加硼铜合金进行脱氧处理；添加精炼剂，滤去浮渣和杂质；于1000～1050℃静置保温10～20分钟使合金均匀，出炉浇注。

优选的，所述硼于合金液中的浓度是8-12ppm。

本发明的易加工硅黄铜合金中，硅(Si)主要作用是改善合金的铸造性能、焊接性能和切削性能，提高合金的耐腐蚀性能。硅的含量范围控制在0.50～0.90wt％，在此范围内不易产生缩松，切削性能和普通铅黄铜差别不大。铝(Al)的加入可以改善合金材料的铸造性能、提高合金的强度和硬度；铝可在铸件表面形成一层钝化薄膜，因而提高铸件的耐腐蚀性能。当铝(Al)的含量较高时,在浇铸过程中因产生泡沫现象影响熔融液的流动性和氧化物的产生；较低时锌氧化率高，产品表面会出现裂纹现象，本发明中控制为0.50～0.80wt％。锡(Sn)的添加能强化铜合金的晶界，使晶界的腐蚀敏感度大大降低；但锡含量较高时，铸件缩孔缺陷的比例明显的增加，造成机械加工后漏水的比例增大，同时可能会造成污染，因而控制在一个很微量的范围之内。另外，铁(Fe)、镍(Ni)和锰(Mn)等高熔点金属元素含量亦控制在一个微量的范围之内，在铸造过程中防止热节部位(三壁交接)因得不到有效补缩而产生的缩孔、裂纹等缺陷，同时使合金具有良好的塑形和抗脱锌性能。

本发明的硅黄铜无需热处理去除残余内应力，其抗拉强度高、延伸率大、不易产生缩松，切削性能明显优于普通铅黄铜，流动性能和铸造性能良好，易于加工成型；制得的产品开裂率小，不易产生缩松，不易腐蚀，抗脱锌性能强，综合机械性能高；铅含量控制在符合国标的范围之内，重金属含量远低于各种标准的要求，环保健康，同时原料来源广泛易得，工艺简单，适于应用于水龙头、阀门等饮用水系统零部件。

具体实施方式

一种易加工硅黄铜合金由以下各组分组成：60～63wt％铜(Cu)，0.50～0.90wt％硅(Si)，0.50～0.80wt％铝(Al)，0.10～0.20wt％铅(Pb)，其它元素小于0.3％，其余为锌(Zn)及不可避免的杂质，其中(铜+硅+铝+锌)>99.60％，所述其他元素是锡(Sn)、锰(Mn)、铁(Fe)和镍(Ni)的组合。

作为一种较佳的实施方式，该合金由以下各组分组成：61～62.5wt％铜(Cu)，0.60～0.80wt％硅(Si)，0.60～0.80wt％铝(Al)，0.10～0.15wt％铅(Pb)，0.20～0.25wt％其它元素，其余为锌(Zn)及不可避免的杂质，其中(铜+硅+铝+锌)>99.70％，所述其他元素是锡(Sn)、锰(Mn)、铁(Fe)和镍(Ni)的组合，具体包括0.06～0.1wt％锡(Sn)，0.002～0.007wt％锰(Mn)，0.07～0.09wt％铁(Fe)，0.04～0.09％镍(Ni)。

制备易加工硅黄铜合金的方法为：向感应炉内加入电解铜，升温至1050～1150℃；待电解铜全部熔化，加入铜硅合金，调温至1100-1200℃使其熔化，其中所述铜硅合金中硅的含量是5～10wt％；依次添加锌锭、铝锭、铅锭及其他元素形成合金液，搅拌使成分均匀，其中其他元素是锡、锰、铁和镍；添加硼铜合金进行脱氧处理；添加精炼剂，滤去浮渣和杂质；取样，检测成分，直至符合上述范围的要求；于1000～1050℃静置保温10～20分钟使合金均匀，出炉浇注。其中硼(B)的添加量是所述合金液的0.004wt％，硼(B)可将铜中的氧化物铜(Cu₂O)还原成铜(Cu)，净化铜，达到脱氧的效果，同时生成的氧化硼(B₂O₃)上浮至合金液面成渣而在精炼过程中被排除。由于硅(Si)的熔点高达1410℃，硼(B)的熔点2076℃，若直接添加则需要加热到较高的温度，本发明的方法采用合金方式添加。硼铜合金、硅铜合金在制备时约1100℃左右即可熔化，可以降低工艺难度，减少能源损失。

采用上述方法制得实施例1-4的不同配比的易加工硅黄铜合金，其成分组成如表1所示。

表1

对实施例1-4的易加工硅黄铜合金进行性能测试，并以市售铅黄铜(ZCuZn40Pb2)，俗称H铅(Pb)59-1，含铅量1.2％)作为对比样品，对比其性能。其中拉伸试验是将本发明各实施例的硅黄铜合金及对比的铅黄铜合金制成直径9.5mm、长度100mm的棒材进行拉伸测试。布氏硬度测试是浇铸圆形试样，两端车平进行检测。抗脱锌性能是将铸造铜棒表面经10g/L氯化铜溶液腐蚀24小时后用光学显微镜测定脱锌深度。氨熏试验是根据《铜及铜合金加工材残余应力检验方法氨熏试验法》GB/T 10567.2-2007标准检测其裂纹。金属析出试验是根据《陶瓷片密封水嘴》GB 18145-2014的标准对铅及其他金属污染物析出量进行检测。测试结果如表2所示：

表2

本发明的易加工硅黄铜合金的抗拉强度、拉伸率、硬度及抗脱锌性能都明显高于普通铅黄铜，且开裂率小，不易产生缩松，铸造加工性能好，可满足实际生产运用的需求。其金属析出检测合格，可广泛应用于水暖、阀门以及其他各种对金属污染物析出有限制的行业。本发明的易加工硅黄铜合金制造工艺简单，对原材料要求不高，造价较低，适于推广，是一种综合性能较好可替代传统铅黄铜的新型材料。

上述实施例仅用来进一步说明本发明的一种易加工硅黄铜合金及其制备方法，但本发明并不局限于实施例，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均落入本发明技术方案的保护范围内。

Claims

1.一种易加工硅黄铜合金的制备方法，其特征在于该合金由以下各组分组成：62.4wt％铜(Cu)，0.786wt％硅(Si)，0.658wt％铝(Al)，0.130wt％铅(Pb)，0.082wt％锡(Sn)，0.0031wt％锰(Mn)，0.0844wt％铁(Fe)，0.051wt％镍(Ni)，其余为锌(Zn)及总量不大于0.2wt％的杂质；

所述制备方法包括以下步骤：向感应炉内加入电解铜，升温至1050～1150℃；待电解铜全部熔化，加入铜硅合金，调温至1100-1200℃使其熔化，其中所述铜硅合金中硅的含量是5～10wt％；依次添加锌锭、铝锭、铅锭及其他元素形成合金液，搅拌使成分均匀，其中其他元素是锡、锰、铁和镍；添加硼铜合金进行脱氧处理；添加精炼剂，滤去浮渣和杂质；于1000～1050℃静置保温10～20分钟使合金均匀，出炉浇注。

2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述硼(B)于合金液中的浓度是8-12ppm。