CN1116244A - 铜基合金 - Google Patents
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Abstract
一种铜基合金，也就是具有各种优异性能的抗脱锌的黄铜，例如具有极好的抗脱锌性、热可锻性和机加工性，因此，它特别允许在腐蚀性的水溶液环境下使用。一种类型的黄铜具有以下组成：59.0～62.0wt％的Cu、0.5～4.5wt％的Pb、0.05～0.25wt％的P、0.5～2.0wt％的Sn、0.05～0.30wt％的Ni、含有或不含有0.02～0.15wt％的Ti，其余是Zn和不可避免的杂质。另一种类型的黄铜具有以下组成：61.0～63.0wt％的Cu、2.0～4.5wt％的Pb、0.05～0.25wt％的P、0.05～0.30wt％的Ni、含有或不含有0.02～0.15wt％的Ti，其余是Zn和不可避免的杂质。
Description
本发明涉及一种铜基合金，更具体地涉及一种抗脱锌的黄铜，该黄铜具有各种优异性能，例如具有极好的抗脱锌性、热可锻性和机加工性，因此，特别允许在腐蚀性的水溶液环境下使用。
通常，由于含铅黄铜在热可锻性和机加工性方面显示出极好的性能，因此它具有广泛的用途。但是，在腐蚀性的水溶液环境下却存在脱锌的缺点。由于这种缺点，它只能用于有限的场合。
某些类型的抗脱锌黄铜在使用中一直末能显示出令人满意的抗脱锌等等性能，它们面临着许多任务，例如寻找需要使用昂贵原料的新配方，以便在最大可能的程度上，减少在生产合金时由于技术标准而不可避免地含有的杂质数量。
已经研制出的本发明与上述任务有关。本发明的目的在于提供一种具有各种优异性能，例如具有极好的抗脱锌性、热可锻性和机加工性的铜基合金。
为了实现上述目的，本发明的第一方面是具有以下组成的铜基合金：59.0～62.0wt％的Cu、0.5～4.5wt％的Pb、0.05～0.25wt％的P、0.5～2.0wt％的Sn、0.05～0.30wt％的Ni，其余是Zn和不可避免的杂质。
本发明的第二方面是具有以下组成和精细均匀分开的α＋β组织的铜基合金：59.0～62.0wt％的Cu、0.5～4.5wt％的Pb、0.05～0.25wt％的P、0.5～2.0wt％的Sn、0.05～0.30wt％的Ni，0.02～0.15wt％的Ti，其余是Zn和不可避免的杂质。
本发明的第三方面是具有以下组成的铜基合金：61.0～63.0wt％的Cu、2.0～4.5wt％的Pb、0.05～0.25wt％的P、0.05～0.30wt％的Ni，其余是Zn和不可避免的杂质。
本发明的第四方面是具有以下组成的铜基合金：61.0～63.0wt％的Cu、2.0～4.5wt％的Pb、0.05～0.25wt％的P、0.05～0.30wt％的Ni、0.02～0.15wt％的Ti，其余是Zn和不可避免的杂质。
根据以下给出的本发明的详细说明，并参考附图将能更好地理解本发明，上述本发明的目的以及其他特征都将变得显而易见。附图简述
图1是表示表1所示普通铜基合金中P含量与合金脱锌率之间关系的曲线。
图2是表示表2所示普通铜基合金中Sn含量与合金脱锌率之间关系的曲线。
图3是普通热锻用黄铜锭[日本工业标准(JIS)C3771]组织的显微照片(×200)。
图4是表示根据本发明第一方面的铜基合金锭组织的显微照片。
图5是表示根据本发明第二方面的铜基合金锭组织的显微照片。
图6是普通热锻用黄铜(J1S C3771)显微组织的显微照片(×300)。
图7是根据本发明第一方面的铜基合金显微组织的显微照片(×200)。
图8是根据本发明第二方面的铜基合金显微组织的显微照片(×200)。
图9是通过国际标准协会(ISO)—5609方法试验所得的普通热锻用黄铜(JIS C3771)已脱锌部分的显微照片(×50)。
图10通过ISO—5609方法试验所得的本发明第一方面的铜基合金已脱锌部分的显微照片(×200)。
图11是通过ISO—5609方法试验所得的普通机加工用黄铜(JIS C3604)已锐锌部分的显微照片(×50)。
图12是通过ISO—6509方法试验所得的本发明第三或第四方面的试样NO.17或NO.18已脱锌部分的显微照片(×200)。
图13是普通机加工用黄铜(JIS C3604)组织的显微照片(×200)。
图14是本发明第三方面的棒状黄铜组织的显微照片(×200)。
图15是本发明第四方面的棒状黄铜组织的显微照片(×200)。
以下将具体说明上述本发明铜基合金的组成范围及其原因。
Cu：随着Cu含量的增加，抗脱锌性按比例地提高。由于Cu的单价比Zn高，将Cu含量压缩到低水平是必要的。结合P含量，也就是为提高抗脱锌性能的目的而渗合的一种元素，将在以后进行专门说明，本发明的第一和第二方面将提供令人满意的抗脱锌性的Cu含量规定在59.0～62.0wt％范围内，优选60.5～61.5wt％，以便提高所生产合金的热可锻性。本发明的第三和第四方面将Cu含量规定在61.0～63.0wt％范围内，优选62.2～62.6wt％。
Pb：本发明的铜基合金在合金中渗合Pb以提高机加工性。如果Pb含量不大于0.5wt％，则所生产合金的机加工性将是低劣的。相反，如果Pb含量过高，则所生产的合金显示出低劣的抗拉强度、拉伸和冲击强度。本发明的第一和第二方面将Pb含量规定在0.5～4.5wt％范围内，优选1.6～2.4wt％。本发明的第三和第四方面将Pb含量规定在2.0～4.5wt％范围内，优选2.1～4.2wt％。
P：本发明的合金在其中渗合P以提高抗脱锌性能。当然，如同以下图1和表1所示，随着P含量的增加，抗脱锌性按比例地提高。由于部分的渗合P将会以坚硬而易脆的Cu3P相存在于所生产的合金中，故必需将P含量压缩到低水平。因此，本发明的第一和第二方面将P含量规定在0.05～0.25wt％范围内，优选0.07～0.10wt％，该P含量将使合金显示出令人满意的抗脱锌性而对热可锻性无不利影响。本发明的第三和第四方面将P含量规定在0.05～0.25wt％范围内，优选0.07～0.2wt％。
表1
| 样品NO. | 组成(wt％) |
| Cu Pb P Ni Ti Zn | |
| P05P10P15 | 61.9 2.3 0.05 — — 其余62.0 2.2 0.11 0.10 — 其余62.0 2.3 0.15 0.11 0.07 其余 |
表1中所指各试样被浇注成在样品中含有接近固定数量的Cu、Pb、Ni、Ti和Zn的试样，根据ISO—6509方法加上必要的修改进行脱锌试验。
Sn：本发明第一和第二方面的合金在其中渗合Sn，以提高抗脱锌性能。当然，如同在以下图2和表2中所示，随着Sn含量的增加，抗脱锌性按比例地提高。由于Sn的单价比Zn高，故必需在最大可能的程度上压缩Sn的含量，以减少原料的费用。结合Cu和P，也就是降低脱锌作用的一些元素，本发明的第一和第二方面将最有利于显示抗脱锌性能的Sn含量规定在0.5～2.0wt％范围内，优选1.0～1.5wt％。
表2
| 试样NO. | 组成(wt％) |
| Cu Pb P Ni Ti Zn | |
| S05S10S15 | 62.3 2.3 0.47 — — 其余62.2 2.3 1.03 0.12 — 其余62.3 2.4 1.49 0.11 0.07 其余 |
表2中所指各试样被浇注成在样品中含有接近固定数量的Cu、Pb、Ni、Ti和Zn的试样。根据上述ISO的方法进行脱锌试验。
Ni：在合金中多少渗合一点Ni时，Ni就能显示出直接抗脱锌的效果，同时能够精细地分散合金锭组织并使精细的α＋β相均匀化。在该合金进行以下的处理步骤，例如挤压和浇铸后，Ni被精细而均匀地分散在合金中并能提供有效的抗脱锌性。因此，本发明的第一和第二方面将Ni含量规定在0.05～0.30wt％范围内，优选0.05～0.10wt％。本发明的第三和第四方面将Ni含量规定在0.05～0.30wt％范围内，优选0.05～0.15wt％。
Ti：本发明第二和第四方面的合金渗合Ti，以便能使Ni同Ti协同地增强精细均匀分开β相的效果。本发明的第二方面将Ti含量规定在0.02～0.15wt％范围内。本发明的第四方面将Ti含量规定在0.02～0.15wt％范围内，优选0.02～0.08wt％。
在显微照片中证实了由于渗合Ni和Ti而精细地分开合金锭组织。图3是JIS C3771普通黄铜锭组织的显微照片，图4是本发明第一方面的铜基合金锭组织的显微照片，该铜基合金含有60.5wt％的Cu、2.1wt％的Pb、0.1wt％的P、1.2wt％的Sn和0.12wt％的Ni。图5是本发明第二方面的铜基合金锭组织的显微照片，该铜基合金含有60.5wt％的Cu、2.1wt％的Pb、0.10wt％的P、1.2wt％的Sn、0.20wt％的Ni和0.06wt％的Ti。
图6是JIS C3771普通合金显微组织的显微照片(×300)，图7是本发明第一方面的合金显微组织的显微照片(×200)，图8是本发明第二方面的合金显微组织的显微照片(×200)。
由于技术标准的原因而在合金中包含不可避免的杂质，例如包括Fe。本发明合金允许存在这些不可避免的杂质。只要它们的总含量被限制在0.8wt％以内。该上限通常落在JIS规定的范围内。只要该合金是由以下通常适于生产黄铜的方法制造的，就能达到该上限而不要求任何特殊的措施。遵守这一上限也有助于将原料成本压缩到低水平。
例如，通过以下方法来生产本发明的合金，该方法包括制备具有上述组成的合金坯段、在700℃温度下对该坯段进行挤压、拉制和热锻、对拉制锻压的棒料进行热处理以完全消除产品的内部应力。
以下将叙述使用本发明铜基合金的工作实施例。
以下将首先同试验实施例和对比实施例一起举例说明本发明第一和第二方面的工作实施例。在这些工作实施例中，不仅能够得到特别具有极好抗腐蚀性和热可锻性的热锻用抗脱锌黄铜料，而且也在下文中得到证明。
表3示出了热可锻性试验和脱锌试验的结果。表中所指各种样品总是通过上述已知方法生产的，具体地说是在700℃的挤压温度将直径为250mm的坯段挤压成直径为24mm的棒料、以10％的横截面压下率拉制上述棒料并在720℃温度对该已拉制棒料进行热锻压。在10倍放大率的立体显微镜下观察上述各样品以测定它们各自的热可锻性能。同符合JIS C3771的标准热锻用黄铜料(试样NO.1)进行比较来评估热可锻性，并按两种等级进行评定，其中符号“O”代表劣于标准样品NO.1的热可锻性，符号“X”代表劣于标准样品NO.1的热可锻性。
在电炉内于规定温度对锻压处理后的各样品进行规定时间的热处理以消除锻压样品的内部应力，并进行脱锌试验。例如，在475℃×5.0hrs条件下完成上述热处理。
通过以下方法进行脱锌试验：以ISO—6509脱锌方法相同的方式将所给试件按每mm2试件表面浸没在2.5ml的1％CuCl2水溶液中，以使其表面暴露于75±3℃的溶液中，然后测量试件的脱锌深度。
按三个等级评定该试验的结果，其中符号“◎”代表不超过75μm的脱锌深度，符号“○”代表75～200μm的脱锌深度，而符号“×”代表不低于200μm的脱锌深度。
表3
| 样品号 | 组成(wt％)Cu Pb P Sn Ni Ti Zn | 可锻性 | 抗脱锌性 |
| 12345678910111213 | 58.9 2.1 - 0.1 - - 其余64.2 2.1 0.09 1.2 - - 其余63.3 2.2 0.09 1.2 - - 其余62.3 2.2 0.09 1.2 - - 其余61.0 2.3 0.09 - - - 其余61.1 2.3 - 1.2 - - 其余61.0 2.3 0.09 1.2 0.12 - 其余60.5 2.2 0.09 1.2 0.12 0.07 其余60.0 2.3 0.09 1.2 0.13 - 其余60.0 2.1 0.09 1.2 0.14 0.06 其余58.6 2.2 0.09 1.2 - - 其余57.8 2.3 0.09 1.2 - - 其余57.1 2.2 0.09 1.2 - - 其余 | ○×××○○○○○○○○○ | ×◎◎◎○×◎◎◎◎××× |
发现样品NO.1的抗脱锌性低劣，因为它的Cu含量低，而且既不含有P也不含有Ni。样品NO.2～NO.4的热可锻性低劣，因为它们的Cu与P含量比对热可锻性具有不利影响。发现样品NO.5的抗脱锌性略为低劣，因为它不含有Sn。样品NO.6的抗脱锌性低劣，因为它不含有P。样品NO.11～NO.13的抗脱锌性低劣，因为它们的Cu含量低。样品NO.7～NO.10具有极好的热可锻性和抗脱锌性。
图9是通过ISO—6509方法试验在普通热锻用黄铜(JISC3771)中形成的脱锌部分的显微照片(×50)。该显微照片示出了脱锌部分1的深度约为1,100μm。
图10是通过ISO—6509方法试验在本发明锻压用抗脱锌黄铜中形成的脱锌部分的显微照片(×200)。该显微照片示出了脱锌部分2的深度约为22.5μm。这一脱锌深度指出该黄铜具有极好的抗脱锌性能。
从以上所给试验结果来看将显而易见本发明第一和第二方面的铜基合金在以下机械和机械部件中具有广泛用途：阀杆、阀座、隔膜和其他阀门零件、建筑材料、电子器件和机械零件、船用部件、热水供给装置和其它类似的热水装置、以及盐水管道，它们都容易碰到脱锌问题。
现在，以下将同试验实施例和对比实施例一起举例说明本发明第三和第四方面的工作实施例。在这些工作实施例中，不仅能够得到具有极好抗腐蚀性和机加工性的机加工用抗脱锌黄铜料，而且也在下文中得到证明。
表4示出了机加工性试验和脱锌试验的结果。
总是通过以下方法得到在试验中所用的各种样品：在700℃挤压温度将直径为250mm的坯段挤压成直径为20mm的棒料、以20％的横截面压下率拉制该棒料、随后在450℃×2.0hrs条件下对已拉制棒料进行热处理，以完全消除生产样品的内部应力。通过固定方法对各样品进行机加工性试验。按两个等级评定该试验的结果，其中符号“○”代表在切割处理中产生精细分开的薄片的样品，而符号“×”代表产生连续薄片的样品。
通过以下方法进行脱锌试验：以1SO—6509脱锌方法相同的方式，将所给试件按每mm2试件表面浸没在2.5ml的1％CuCl2水溶液中以使其暴露于75±3℃的溶液中，然后测量试件的脱锌深度。按三个等级评定试验的结果，其中符号“◎”代表不超过75μm的脱锌深度，符号“○”代表75～200μm的脱锌深度，而符号“×”代表不低于200μm的脱锌深度。
表4
| 样品号 | 组成(wt％)Cu Pb P Ni Ti Zn | 机加工性 | 抗脱锌性 |
| 1415161718192021 | 59.0 3.10 - - - 其余65.0 3.08 0.09 - - 其余62.4 3.13 - - - 其余62.5 3.11 0.09 0.11 - 其余62.0 3.11 0.09 0.10 0.05 其余62.0 3.12 0.09 0.13 0.06 其余62.0 3.10 - - - 其余60.1 3.09 0.09 - - 其余 | ○×○○○○○○ | ×◎×◎◎◎×× |
在表4中所示样品NO.14是JIS C3604型机加工用黄铜料并发现它的抗脱锌性低劣，因为它的Cu含量低而且不渗合P。图11是通过IS—6509方法试验在样品NO.14中形成的脱锌部分的显微照片(×50)。该显微照片示出了脱锌部分1的深度约为1,100μm。发现样品NO.15的机加工性低劣，因为它的Cu含量高。发现样品NO.16和NO.20的抗脱锌性低劣，因为它们没有渗合P。发现样品NO.21的抗脱锌性低劣，因为它的Cu含量低。
发现本发明的样品NO.17、NO.18和NO.19具有极好的机加工性和抗脱锌性。图12是通过ISO—6509方法试验在样品NO.17、NO.18或NO.16中形成的脱锌部分的显微照片(×200)。该显微照片示出了脱锌部分2的深度仅约为20μm。这一事实表明这些样品也具有极好的抗脱锌性。
图13是在表14中所示普通材料样品NO.14组织的显微照片(×200)。图14是本发明第三方面的黄铜棒组织的显微照片(×200)，该图示出了该合金锭组织被精细分散。
业已证实，如同在图15黄铜棒显微照片(×200)中所示，在本发明第四方面的铜基合金中添加以下元素有助于进一步精细分开合金锭组织和进一步提高抗脱锌性：0.05～0.30wt％的Ni、0.02～0.15wt％的Ti、61.0～63.0wt％的Cu、2.0～4.5wt％的Pb和0.05～0.25wt％的P。
从以上所给试验结果来看将显而易见本发明第三和第四方面的铜基合金在以下机械和机械部件中具有广泛用途：阀杆、阀座、隔膜和其它阀门零件、建筑材料、电子器件和机械零件、船用部件、热水供给装置和其它类似的热水装置和盐水管道，它们都容易碰到脱锌问题。
因此，本发明的第一和第二方面能够提供具有含Pb黄铜所固有的极好热可锻性和极好抗脱锌性的铜基合金，并显示出突出的优点，例如材料成本低和经济性好。本发明的第三和第四方面能够提供具有含Pb黄铜所固有的极好机加工性和极好抗脱锌性的铜基合金，并显示出突出的优点，例如材料成本低和经济性好。
Claims (28)
1. 一种具有以下组成的铜基合金：59.0～62.0wt％的Cu、0.5～4.5wt％的Pb、0.05～0.25wt％的P、0.5～2.0wt％的Sn、0.05～0.30wt％的Ni，其余是Zn和不可避免的杂质。
2. 一种具有以下组成和精细均匀分散α＋β组织的铜基合金：59.0～62.0wt％的Cu、0.5～4.5wt％的Pb、0.05～0.25wt％的P、0.5～2.0wt％的Sn、0.05～0.30wt％的Ni、0.02～0.15wt％的Ti，其余是Zn和不可避免的杂质。
3. 一种具有以下组成的铜基合金：61.0～63.0wt％的Cu、2.0～4.5wt％的Pb、0.05～0.25wt％的P、0.05～0.30wt％的Ni，其余是Zn和不可避免的杂质。
4. 一种具有以下组成的铜基合金：61.0～63.0wt％的Cu、2.0～4.5wt％的Pb、0.05～0.25wt％的P、0.05～0.30wt％的Ni，0.02～0.15wt％的Ti，其余是Zn和不可避免的杂质。
5. 根据权利要求1的铜基合金，其中Cu含量在60.5～61.5wt％范围内。
6. 根据权利要求2的铜基合金，其中Cu含量在60.5～61.5wt％范围内。
7. 根据权利要求3的铜基合金，其中Cu含量在62.2～62.6wt％范围内。
8. 根据权利要求4的铜基合金，其中Cu含量在62.2～62.6wt％范围内。
9. 根据权利要求1的铜基合金，其中Pb含量在1.6～2.4wt％范围内。
10. 根据权利要求2的铜基合金，其中Pb含量在1.6～2.4wt％范围内。
11. 根据权利要求3的铜基合金，其中Pb含量在2.1～4.2wt％范围内。
12. 根据权利要求4的铜基合金，其中Pb含量在2.1～4.2wt％范围内。
13. 根据权利要求1的铜基合金，其中P含量在0.07～0.10wt％范围内。
14. 根据权利要求2的铜基合金，其中P含量在0.07～0.10wt％范围内。
15. 根据权利要求3的铜基合金，其中P含量在0.07～0.20wt％范围内。
16. 根据权利要求4的铜基合金，其中P含量在0.07～0.20wt％范围内。
17. 根据权利要求1的铜基合金，其中Sn含量在1.0～1.5wt％范围内。
18. 根据权利要求2的铜基合金，其中Sn含量在1.0～1.5wt％范围内。
19. 根据权利要求1的铜基合金，其中Ni含量在0.05～0.10wt％范围内。
20. 根据权利要求2的铜基合金，其中Ni含量在0.05～0.10wt％范围内。
21. 根据权利要求3的铜基合金，其中Ni含量在0.05～0.15wt％范围内。
22. 根据权利要求4的铜基合金，其中Ni含量在0.05～0.15wt％范围内。
23. 根据权利要求2的铜基合金，其中Ti含量在0.02～0.08wt％范围内。
24. 根据权利要求4的铜基合金，其中Ti含量在0.02～0.08wt％范围内。
25. 一种具有以下组成的铜基合金：60.5～61.5wt％的Cu、1.6～2.4wt％的Pb、0.07～0.10wt％的P、1.0～1.5wt％的Sn、0.05～0.10wt％的Ni，其余是Zn和不可避免的杂质。
26. 一种具有以下组成和精细均匀分开的α＋β组织的铜基合金：60.5～61.5wt％的Cu、1.6～2.4wt％的Pb、0.07～0.10wt％的P、1.0～1.5wt％的Sn、0.05～0.10wt％的Ni、0.02～0.15wt％的Ti，其余是Zn和不可避免的杂质。
27. 一种具有以下组成的铜基合金：62.2～62.6wt％的Cu、2.1～4.2wt％的Pb、0.07～0.20wt％的P、0.05～0.15wt％的Ni，其余是Zn和不可避免的杂质。
28. 一种具有以下组成的铜基合金：62.2～62.6wt％的Cu、2.1～4.2wt％的Pb、0.07～0.20wt％的P、0.05～0.15wt％的Ni，0.02～0.08wt％的Ti，其余是Zn和不可避免的杂质。
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