CN1089662A - 黄铜合金 - Google Patents

Abstract

一种以铜为基的合金，含有57—65重量％铜、 含其它的合金成分和有利于切削加工的添加剂铋，铋 至多为3重量％，其余为锌。

Description

本发明涉及以铜为基、加入较常见合金成分锌的合金。一般称为黄铜的这种合金可用于制造各种不同的工业设备和部件。视使用目的而定，为了获得与各自使用目的相符的完全确定的性能，可把不同的合金成分加入到黄铜合金中。如果要准备提供例如适合于可切屑加工的合金，通常就把约1-3重量%的元素铅加到这些合金中。铅引起切削加工时产生的切屑易断。这种特性特别是在自动化机器上对工件进行加工时是绝对必要的。

如果使用这种含铅的合金来制造供应饮用水的设备构件，存在的危险是合金成分铅转入饮用水中。这种铅和饮用水一起经胃-肠消化系统进入人体组织，主要是聚积在骨头中，造成众所周知的损害。这些危害也可通过冶炼含铅黄铜，或者冶炼后继续生产其产品的生产厂家造成。铅在这里可通过接受、吸入或皮肤吸收到达人体中。

由DE  38  34  460  C2得知，使用一种合金来制造供水设备的部件，这种合金含有1.5-7重量%铋、5-15重量%锌、1-12重量% 锡，其余为带杂质的铜。这是一种铸造青铜合金，这就是说含有锌作为添加剂的锡青铜。这样一些合金的缺点是，由于在铜和锡之间生成置换式固溶体，它们具有很宽的凝固范围。这种合金不适合金属模铸造，这是个严重缺点。原因主要在于这些合金具有相当高的熔点。其结果是，经过几个浇注过程之后，金属模由于强热负荷已不能使用。此外，这些合金还具有比较宽的凝固范围（约为150℃）。这与金属模铸造的相当高的冷却速度有关，导致铸件的热脆性增加。因此实际上只能将上述的一些合金用于砂型铸造。

这种合金的另一个缺点是，为了能进行切削加工，需要铋的含量相当高。

根据上述情况，本发明的任务是提供适用于制造饮用水设备部件的、含铅少或不含铅的合金。这种合金没有上述的一些缺点。此外，这种合金还要具有为规定的使用目的所需的浇注性能和机械性能。上水道配件应具有例如可抛光的表面和对在饮用水供应系统中存在的压力范围的足够的密封性，即直接取决于铸件组织的晶粒细化。

此任务通过权利要求1表明的特征得到解决。事实意外地证明，其含铜量被调节到57-65重量%、其它成分不超过3重量%的合金可顺利地在金属模中浇注，此外晶粒还相当细，实际上从液体中凝固不产生缩孔。还有一条优点是，如果用此合金铸成铸件，具有光滑和可抛光的表面。正如在厨房设备领域和卫生设备领域的高质量配 件中的情况那样。此外，用本发明的合金制成的配件还具有很好的密封性，这是因为在不同的压力范围内，彼此分开的内表面上或密封面上不存在缩孔或不存在海绵状区域的缘故。海绵状区域是指显示出含有海绵空腔样的松驰结构的构造区域。本发明合金的另一个优点是，这种合金具有良好的流动性，特别是制造结构复杂的铸件来说是重要的。

通过用铋代替迄今所用的合金成分铅，使得本发明的合金制成的部件实际上不具有令人担心的毒性。人们未发现铋有相当于铅的累积毒性作用。按照德国药典（DAB）所述，与铅相比，铋的毒性小得多，因此由于铋转入饮用水中的浓度可能只产生相对来说只有极其微小的危害健康的可能性。正如在微生物和小动物身上可证明的那样，铋对有机体的毒性比铅小10倍。铋的相对无毒性的另一标志可见于以下事实：与铅相反，在德国（DE）关于危险物品的规定中，把铋列为不损害健康的物质，此外在标准规定中，例如在技术实施规定（TVO）中还没有提到它的毒性。

在制备本发明的合金时，视所使用的合金成分的纯度而可能出现微不足道的带铅的杂质。但这些杂质通常只达到最高约0.3重量%，因此与有意加入含铅黄铜合金中的铅添加剂相比是可以忽略的。

在从属权利要求2和3中给出了本发明合金的有利的组成。这里尤其要强调的是，通过加入5-15ppm硼可降低组织的平均晶粒 度。

按权利要求4和5所述的这些合金的优点在于这些合金是耐脱锌的。根据这种性能也可把用这些合金制成的饮用水配件用于水蚀性高的领域，而且一般具有较高的使用寿命。

为了从传统的黄铜合金例如从Ms60FK出发获得耐脱锌的黄铜合金，需要提高含铜量，例如提高到64%。但这样一些合金对许多用途、尤其是用来制造卫生领域的配件是不适宜的，因为它们具有粗大的组织，这会招致已知不利的伴生现象，例如增加缩孔的形成。用通常为此使用的硼对含铜量高的铜合金进行细晶化的试验迄今没有成功。因此对已提到的使用目的实际只能使用不耐脱锌的合金。

事实已意外地证明，尽管与已知的合金相比提高了含铜量，如果按本发明指出的用量加合金元素锰、硅和锑，同时限制含铁量最多为0.25重量%，则用硼进行细晶化是可能的。此外还意外地证明，如果含锡量尽可能少，但至少不低于0.25重量%，则此合金的热脆性可得到改善。另一个优点是强烈地抑制住了硬杂物的出现。传统含铅铜合金如果用硼细化，硬夹杂物析出就会加重，干扰表面加工。

下面借助于实施例更详细地说明本发明。

实施例1：

通过熔化相应的合金组成而得到一种熔液，这种熔液含有59.78重量%铜，0.60重量%铝，1.00重量%铋，13ppm硼，通过冶炼过程产生的杂质为0.02重量%铅、0.01重量%锡、0.02重量%铁、0. 01重量%锑和其余为锌。将此熔液铸造成试验锭块和成品铸件（配件）。铸锭或成品部件的一部分进行各种标准检验。

为了检验本发明合金的可抛光性，进行一系列的抛光试验。这一列系抛光试验的结果是，用本发明合金制成的模制件具有优质配件需要的表面光洁度。同样对所有试样进行过断裂试验。在此情况下已确证，实际上无外来夹杂物或“海绵区域”存在。如果这些“海绵区域”处于压力不一样的空间之间的间壁上或者例如处于密封配合处，则这些“海绵区域”经常是渗漏的主要原因。

被检验的试样组织几乎全部是等轴晶，并且平均晶粒度约为30μm。作为合金的流动性标准在1000-1005℃的温度下测定了烧注螺旋试样长度（在切割之后）。所求的值在522mm和531mm之间，因而在从GkMs  60Fk得知的值（500mm-600mm）的范围内。

在自动化的机器上对几个成品部件进行切削加工，即用通常的加工方法制成螺纹和密封平面，事实证明，能把用本发明的合金铸造成的铸件和由传统的黄铜合金GkMs  60Fk制成的铸件一样好地进行削加工。被从铸件上车削下来的金属屑和含铅的黄铜合金的金属屑一样易断。

在磨损试验时测定预定时间内的材料损耗和传统的合金也没有明显差别。关于由本发明的合金制成的铸件的可电镀性同样已发现和传统的合金铸件没有差别。

按德国工业标准（DIN）1709第五节测定了机械性能。从按标准 铸造的楔形试样中取最下面部分制作成“园形试样”。按DIN50150制造和拉伸“园形试样”。测定的数值列于下表：

表1：

	本发明的合金	Gk Ms60 Fk
			屈服点 Rp 0.2(N/mm2):	157.0	153.7
拉伸强度Rm(N/mm2):	360.8	396
			延伸率A10(%):	12.6	19.7
布氏硬度  2.5/62.5(HB)	121	107

为了测定耐脱锌性，按ISO-标准6509-1981（E）制成脱锌试样。脱锌试验本身按澳大利亚标准号2345-1980进行。测定的脱锌深度全部大于100μm，但在由GkMs60Fk得知的范围内。

实施例2：

此实施例涉及有以下成分（重量%）的合金;

铜：63.00%，铋：0.8%，锰：0.45%，硅：0.5%，铝：0.5%，锑：0.1%，硼：10ppm，铅：＜0.10%，锡：＜0.10%，铁：＜0.10%，镍：＜0.10%，其余为锌。

为了测定耐脱锌性，从用本发明的合金制成的上水道配件（表2 中的试样PIII）冷切割出一些模断面磨片并按ISO6509（Corro-sion  of  metals  and  alloys/Determination  of  dezincification  resis-tance  of  brass，1981年版本）进行检验。铸造温度为1000℃。为了对比，检验了具有以下成分的2个试样（PI和PII）（数据以重量%计）：

铜：60.06%，锌：37.38%，镍：0.030%，铝：0.65%，锰：＜0.010%，锡：0.10%，锑：0.020%，硅：0.010%，铁：0.080%，铅：1.65%，硼：0.0008%。

耐脱锌性检验结果由以下表2得知

表2：

试样	脱锌深度（μm)
		PI	550
PII	220
		PIII	60

测定试样Ⅲ的脱锌深度为60μm，而由传统的GkMs60Fk组成的样品具有高得多的脱锌深度。按照标准BS2872（BS＝英国标准），BS2974，SS11710（SS＝瑞典标准）或瑞典建筑标准R8，样品PⅡ是耐脱锌的。按BS铸件容许脱锌深度为100μm，按R8为 200μm。

以下的试验是用具有如下成分（数据以重量%计）的试样PIV和PV进行的：

PIV：铜：64.81%，铋：0.33%，锰：0.44%，铁：0.039%，硼：0.0015%，镍：＜0.01%，硅：0.53%，锡：＜0.01%，铅：＜0.01%，铝：0.53%，其余为锌。

PV：铜：64.83%，铋：0.53%，铁：0.049%，锰：0.40%。

其余的合金成分与PIV的相同。

首先在常规的制造条件下铸造铸件。先用机器对这些铸件进行园磨，精磨，并用手工进行精细磨光，最后既用机器也用手工进行抛光。把这些铸件送去正常加工，并在精坯状态和上述过程的每一个过程之后都进行称重。在这种情况下，与由传统的黄铜GkMs60Fk制成的铸件相比，由于机器磨削造成的材料损耗明显减少。用本发明的合金制成的铸件的表面质量比传统的铸件好，经过初研磨过程或抛光过程之后，产品报废数量少。为了检验缩孔的“海绵区域”的组织结构，也对上述的试样PIV和PV进行过断裂试验，全部样品没有这样的组织缺陷。

用常规金相方法测定了与PIV和PV相应的合金的显微组织。此组织显示它基本上是平均粒度约为35μm的等轴晶，最大粒度在100μm以下。

为了测定机械加工性，在自动化的机器上加工了60个铸件（配 件），例如加工成密封面和螺纹。事实表明，对传统铸件常用的加工参数作些不显著的改变就可实现这种机器可加工性。

按常规的标准方法测定了屈服点，拉伸强度，延伸率和布氏硬度这些机械性能参数。这一系列试验结果表明，上述机械性能数据可与已知的黄铜合金Gk  Ms60Fk相比。

Claims (9)

1、合金，它含有57-65重量%铜、至多3重量%其它合金成分和视冶炼条件而定的杂质，以及利于切削加工的一种添加剂，其余为锌，其特征在于，所说添加剂是铋。

2、按权利要求1所述的合金，其特征在于，含有以下的成分（重量%）：

铜：57-62%

铋：0.3-1.5%

铝：0.4-0.8%

硼：5-15ppm

杂质：0-1%

其余为锌。

3、按权利要求2所述的合金，其特征在于，含有以下的成分（重量%）：

铜：59.78

铝：0.60

铋：1.0

硼：13ppm

铅：0.02

锡：0.01

铁：0.02

锑：0.01

硅：0.01

其余为锌。

4、按权利要求1所述的合金，其特征在于，含有以下的成分（重量%）：

铜：62-65%

铋：0.3-1.5%

锰：0.3-0.7%

硅：0.3-0.7%

铝：0.3-0.7%

锑：0.05-0.15%

硼：5-15ppm

其它：＜1%

其余为锌。

5、按权利要求4所述的合金，其特征在于，它含有以下的成分（重量%）：

铜：62-65%

铋：0.5-1.5%

锰：0.3-0.5%

硅：0.5-0.7%

铝：0.3-0.7%

锑：0.05-0.1%

硼：5-15ppm

铅：0-0.3%

锡：0-0.25%

铁：0-0.20%

镍：0-0.5%

其余为锌：

6、按权利要求5所述的合金，其特征在于，它含有以下的成分（重量%）：

铜：63.0%

铋：0.8%

锰：0.45%

硅：0.5%

铝：0.5%

锑：0.1%

硼：10ppm

铅：＜0.1%

锡：＜0.1%

铁：＜0.1%

镍：＜0.1%

其余为锌。

7、按权利要求5所述的合金，其特征在于，它含有以下的成分（重量%）：

铜：64.81%

铋：0.33%

锰：0.44%

铁：0.039%

硼：15ppm

镍：＜0.01%

硅：0.53%

锡：＜0.01%

锑：＜0.01%

铝：0.53%

其余为锌。

8、按权利要求5所述的合金，其特征在于，它含有以下的成分（重量%）：

铜：64.83%

铋：0.53%

铁：0.049%

锰：0.40%

硼：15ppm

镍：＜0.01%

硅：0.53%

锡：＜0.01%

铅：＜0.01%

铝：0.53%

其余为锌。

9、权利要求1至8所述的合金在制造饮水装置的部件方面的应用。