CN106480339A - 一种易切削锌合金 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种易切削锌合金，属于金属材料制造技术领域。一种易切削锌合金，其主要成分包含有(按重量百分比)：铝(Al)：6.50～12.50％；铜(Cu)：0.30～1.50％；镁(Mg)：0.05～0.50％；铋(Bi)：0.20～0.50％；硼(B)：0.25～0.50％；锡(Sn)：0.12～0.40％；锶(Sr)：0.15～0.30％；其余为锌(Zn)和不可避免的杂质，杂质总含量不超过0.05％。本发明锌合金的力学性能、导电、导热、加工成型性能良好；原料价廉易得，且不含铅，绿色环保；切屑短小，切削性能良好；耐腐蚀性能良好，晶间腐蚀倾向小；冷热加工性能好，可实现工艺化生产。
Description
技术领域
本发明涉及一种易切削锌合金，属于金属材料制造技术领域。
背景技术
我国是一个贫铜富锌的国家，近年来，随着我国铜加工的快速发展，国内的铜资源已经不能满足生产的需要，大部分铜矿都需依赖进口，严重影响到我国有色金属工业和国民经济的持续健康发展。锌合金是以锌为基体加入其它元素的合金材料，由于其物理性能和力学性能等与黄铜接近，并且具有原材料价格低，生产工艺简单，节省能源，绿色环保等特点，在较低的工作温度下，是铜合金的理想替代品。
变形锌合金材料已普遍在电子通讯、家电、建筑、文具、水暖、汽车等领域应用。目前，应用最为广泛的变形锌合金，是德国研制出的两种合金GiescheZl3(Zn-4Al-0.5Cu-0.03Mg)和Gieshzl10(Zn-10Al-2Cu-0.03Mg)，作为切削加工黄铜的代用品，后一种合金容易挤压成型，具有良好的热加工性能及适当的强度，在国外被广泛采用，国内也有企业在生产该合金，产销量不断上升。由锌铝相图可以看出，后一种合金属于过共晶型合金，铝含量靠近共晶点，因此切削性能较差，这就限制了锌铝系列合金在高速切削加工领域的应用。
变形锌合金的典型代表为Zn-Al和Zn-Cu-Ti合金。Zn-Cu-Ti合金是目前使用较多的变形锌合金，可用来制作拉链、千层锁、日用五金等，但由于其综合性能较低，应用范围有很大局限；而Zn-Al合金具有许多优异的性能，如熔点低、熔炼耗能少，生产效率高，力学性能良好等，目前已相继发展了几个成分的Zn-Al合金(ZnAl15、ZnAl10-1、ZnAl10-5、ZnAl0.2-4、ZnAl14-1)作为黄铜的代用品。
但变形Zn-Al合金，由于导热性能较差，易粘结刀具，在切削加工时通常会遇到较大困难，这成为限制变形Zn-Al合金应用的重要原因之一。因此，研究开发出一种既具有优良切削性能，又具有良好力学性能的变形锌合金，实现对已有易切削铅黄铜的替换具有重要意义。
发明内容
本发明的目的在于解决现有技术中的缺陷提供一种具有良好的力学性能，易实现挤压成形，绿色环保的可替代铅黄铜的易切削锌合金。
本发明的上述目的可通过如下技术方案实现：一种易切削锌合金，其主要成分包含有(按重量百分比)：
铝(Al)：6.50～12.50％；
铜(Cu)：0.30～1.50％；
镁(Mg)：0.05～0.50％；
铋(Bi)：0.20～0.50％；
硼(B)：0.25～0.50％；
锡(Sn)：0.12～0.40％；
锶(Sr)：0.15～0.30％；
其余为锌(Zn)和不可避免的杂质，杂质总含量不超过0.05％。
本发明一种易切削锌合金是通过在Zn-Al合金中添加Bi、Mg、B，形成弥散分布的低熔点Bi相起到切削断屑作用，从而提高合金的切削性能。且铋与镁化合形成中间化合物相Mg3Bi2，化合物相粒子在基体的晶界中弥散分布，经过后续的挤压和拉拔等加工变形，化合物粒子进一步破碎成细小颗粒，在切削加工时，细小颗粒既在刀具和材料间起到润滑作用，又能作为应力集中源形成“空隙效应”，使切屑易碎，从而提高切削性；由于铋在锌合金基体中，全部以化合物的形式出现，几乎不影响合金的耐腐蚀性能；生成的中间化合物相Mg3Bi2对合金的强度影响小，合金容易实现挤压成型。但过量的Bi对合金的加工成形性能有不利影响，因此本发明合金中Bi的加入量以0.2～0.5％为宜。Al能较大程度地提高锌液的流动性，从而改善合金的铸造性能。适量的Al还能显著提高Zn的强度以及塑性，对于加铝锌合金的切削性能，当铝含量提高时，切削形貌可获得改善，粘着物也减少。Cu对Zn合金不但具有强化作用，而且还能大大提高合金的抗晶间腐蚀能力，改善Zn合金的耐蚀性，效果显著。但是Cu对Zn合金的作用具有两面性，Cu的加入增加了合金的尺寸不稳定性，因此Cu的加入必须适量，本发明合金中Cu的加入量以0.5～2.0％为宜。
作为优选，上述的易切削锌合金的主要成分包含有(按重量百分比)：
铝(Al)：8.50～10.50％；
铜(Cu)：0.50～1.20％；
镁(Mg)：0.15～0.40％；
铋(Bi)：0.30～0.40％；
硼(B)：0.30～0.40％；
锡(Sn)：0.15～0.35％；
锶(Sr)：0.20～0.25％；
其余为锌(Zn)和不可避免的杂质，杂质总含量不超过0.05％。
作为优选，上述的易切削锌合金中，所述杂质包含铅(Pb)≤0.01％，镉(Cd)≤0.002％，铁(Fe)≤0.02％，锰(Mn)≤0.02％，硅(Si)≤0.02％，杂质总含量不超过0.05％。
与现有技术相比，本发明具有如下优点：
(1)力学性能、导电、导热、加工成型性能良好；
(2)原料价廉易得，且不含铅，绿色环保；
(3)切屑短小，切削性能良好；
(4)耐腐蚀性能良好，晶间腐蚀倾向小；
(5)冷热加工性能好，可实现工艺化生产。
具体实施方式
以下是本发明的具体实施例，对本发明的技术方案作进一步的描述，但本发明并不限于这些实施例。
实施例1
所述的易切削锌合金的主要成分包含有(按重量百分比)：铝(Al)：9.50％；铜(Cu)：0.80％；镁(Mg)：0.25％；铋(Bi)：0.35％；硼(B)：0.35％；锡(Sn)：0.25％；锶(Sr)：0.22％；其余为锌(Zn)和不可避免的杂质，杂质总含量不超过0.05％。其中，所述杂质包含铅(Pb)≤0.01％，镉(Cd)≤0.002％，铁(Fe)≤0.02％，锰(Mn)≤0.02％，硅(Si)≤0.02％，杂质总含量不超过0.05％。
将该实施例中所述的易切削锌合金通过现有技术中的方法制成φ12mm的棒材，并进行性能测试，测试结果得该锌合金切削性能良好，抗拉强度为365MPa，伸长率为11％。
实施例2
所述的易切削锌合金的主要成分包含有(按重量百分比)：铝(Al)：8.50％；铜(Cu)：1.20％；镁(Mg)：0.15％；铋(Bi)：0.40％；硼(B)：0.30％；锡(Sn)：0.35％；锶(Sr)：0.20％；其余为锌(Zn)和不可避免的杂质，杂质总含量不超过0.05％。其中，所述杂质包含铅(Pb)≤0.01％，镉(Cd)≤0.002％，铁(Fe)≤0.02％，锰(Mn)≤0.02％，硅(Si)≤0.02％，杂质总含量不超过0.05％。
将该实施例中所述的易切削锌合金通过现有技术中的方法制成φ12mm的棒材，并进行性能测试，测试结果得该锌合金切削性能良好，抗拉强度为358MPa，伸长率为11％。
实施例3
所述的易切削锌合金的主要成分包含有(按重量百分比)：铝(Al)：10.50％；铜(Cu)：0.50％；镁(Mg)：0.40％；铋(Bi)：0.30％；硼(B)：0.40％；锡(Sn)：0.15％；锶(Sr)：0.25％；其余为锌(Zn)和不可避免的杂质，杂质总含量不超过0.05％。其中，所述杂质包含铅(Pb)≤0.01％，镉(Cd)≤0.002％，铁(Fe)≤0.02％，锰(Mn)≤0.02％，硅(Si)≤0.02％，杂质总含量不超过0.05％。
将该实施例中所述的易切削锌合金通过现有技术中的方法制成φ12mm的棒材，并进行性能测试，测试结果得该锌合金切削性能良好，抗拉强度为357MPa，伸长率为11％。
本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。
Claims (3)
1.一种易切削锌合金，其特征在于：其主要成分包含有(按重量百分比)：
铝(Al)：6.50～12.50％；
铜(Cu)：0.30～1.50％；
镁(Mg)：0.05～0.50％；
铋(Bi)：0.20～0.50％；
硼(B)：0.25～0.50％；
锡(Sn)：0.12～0.40％；
锶(Sr)：0.15～0.30％；
其余为锌(Zn)和不可避免的杂质，杂质总含量不超过0.05％。
2.根据权利要求1所述的易切削锌合金，其特征在于：所述的易切削锌合金的主要成分包含有(按重量百分比)：
铝(Al)：8.50～10.50％；
铜(Cu)：0.50～1.20％；
镁(Mg)：0.15～0.40％；
铋(Bi)：0.30～0.40％；
硼(B)：0.30～0.40％；
锡(Sn)：0.15～0.35％；
锶(Sr)：0.20～0.25％；
其余为锌(Zn)和不可避免的杂质，杂质总含量不超过0.05％。
3.根据权利要求2所述的易切削锌合金，其特征在于：所述杂质包含铅(Pb)≤0.01％，镉(Cd)≤0.002％，铁(Fe)≤0.02％，锰(Mn)≤0.02％，硅(Si)≤0.02％，杂质总含量不超过0.05％。
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| CN101906556A (zh) * | 2010-07-22 | 2010-12-08 | 中南大学 | 一种无铅易切削变形锡铋锌铝合金 |
| CN103233142A (zh) * | 2013-04-24 | 2013-08-07 | 宁波盛发铜业有限公司 | 耐蚀易切削变形锌铝合金 |
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