CN111926214A - 一种冷加工塑性优异的易切削铅黄铜棒材及其制备方法 - Google Patents

一种冷加工塑性优异的易切削铅黄铜棒材及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种冷加工塑性优异的易切削铅黄铜棒材及其制备方法，该易切削铅黄铜棒材的组分及重量百分比为：Cu 59.0‑61.5％、Pb 2.0‑3.0％、Sn 0.01‑0.3％、Fe 0.01‑0.3％、Ni 0.01‑0.3％，总量不超过0.3％的以下元素的一种或多种：镁、钙、铈、磷；余量为锌和杂质。通过将铜、锌、铅、锡、铁和镍等元素熔炼，通过铸造‑挤压‑酸洗‑联合拉拔‑退火‑酸洗‑矫直的制备工艺获得晶粒度细小，铅指点分布弥散、均匀的铅黄铜棒材，获得的铅黄铜棒材冷加工塑性变形性能和切削性能极佳，适用于车床加工的同时，满足后续大的冷加工塑性变形。

Description

一种冷加工塑性优异的易切削铅黄铜棒材及其制备方法
技术领域
本发明属于有色金属加工领域，具体涉及一种冷加工塑性优异的易切削铅黄铜棒材及其制备方法。
背景技术
铅黄铜棒材因其良好的切削、钻孔等性能，广泛应用于机械、电子、电器等工业领域。在大部分工业领域，对材料除了要求良好的切削加工性能外，对冷加工塑性也有特殊要求，特别是某些电子、电器用五金零部件领域，经过高速自动车床加工后还需进行较大程度的冷塑性变形。这就要求铅黄铜材料在具有极好的切削性能的同时，具备优异的冷加工塑性。
现有技术中的易切削铅黄铜棒材，如HPb59-2、HPb58-3等材料具备较好的切削性能，但其冷加工塑性较差；HPb63-3虽同时具备一定的切削性能及冷加工塑性，但不适用于高速车床加工，同时若加工量过大易导致开裂产生。随着生产车削自动化、高速化，以及对材料加工变形要求提升，急需兼具优异切削性能和冷加工塑性的材料。
发明内容
本发明为了解决现有技术存在的现有易切削铅黄铜棒材的冷加工塑性较差，容易开裂等问题，提供了一种冷加工塑性优异的易切削铅黄铜棒材及其制备方法。
为实现上述目的，本发明的技术方案如下：
一方面，本发明提供一种冷加工塑性优异的易切削铅黄铜棒材，其组分及重量百分比为：Cu 59.0-61.5％；Pb 2.0-3.0％；Sn 0.01-0.3％；Fe 0.01-0.3％；Ni 0.01-0.3％；总量不超过0.3％的以下元素的一种或多种：镁、钙、铈、磷；余量为锌和杂质。
优选地，上述易切削铅黄铜棒材的平均晶粒度为10-20μm。
优选地，上述易切削铅黄铜棒材的α相比例为75-85％。
优选地，上述易切削铅黄铜棒材的单位面积(1mm2)铅颗粒数量大于10000个。
另一方面，本发明提供上述冷加工塑性优异的易切削铅黄铜棒材的制备方法，包括以下如下步骤：
步骤一，将各组分按照比例熔炼铸造，通过水平连铸方式生产铸锭，铸锭规格为
Figure BDA0002638708980000021
步骤二，将上述铸锭加热后进行脱皮挤压形成挤压坯，该挤压坯的规格为
Figure BDA0002638708980000022
步骤三，将上述挤压坯置于硫酸溶液中浸泡2-5min，高压水冲洗干净；
步骤四，将酸洗后的挤压坯进行联合拉拔，拔出
Figure BDA0002638708980000023
规格的棒材；
步骤五，将拔出后的棒材在空气气氛下进行退火处理；
步骤六，将退火后的棒材置于硫酸溶液中浸泡1-2min，高压水冲洗干净；
步骤七，将酸洗后的棒材采用矫直机进行矫直处理；
步骤八，对矫直后的棒材定尺，检验入库。
优选地，在步骤一中，镁、钙、铈、磷中的一种或多种元素以中间合金形式加入。
优选地，步骤二中铸锭采用四段梯度加热：第一段温度加热至250-400℃，加热时间为10-30min；第二段温度加热至450-600℃，加热时间为10-30min；第三段温度加热至600-680℃，加热时间为5-30min；第四段加热至670-730℃，加热时间为5-20min。
优选地，步骤四中拉拔加工率控制在8-25％，拉拔速度40-80m/min。
优选地，步骤五中上述退火处理具体为升温至300-450℃，然后保温2-3小时，随后随炉冷却。目的是为了消除铅黄铜在拉拔过程中出现的应力残留，稳定尺寸和性能。
优选地，步骤七中，矫直速度为40-80m/min。
由于采用了上述技术方案，与现有技术相比，具有如下技术效果：
本发明通过加入铁、锡、镍、镁、钙、铈、磷等合金元素，细化晶粒，同时通过上述元素的微合金化作用，调节α、β两相组织形貌，确保α相比例的同时，使α相组织呈孤立状。通过挤压温度调控以及拉拔加工率控制，确保产品晶粒度在10-20μm。通过退火，消除产品应力的同时确保产品性能均匀，并一定程度上提高产品塑性。通过试验及实际生产验证，本发明生产晶粒度10-20μm，α相比例为75-85％，单位面积(1mm2)铅颗粒数量大于10000个的铅黄铜棒材，切削性能极优，冷加工塑性优异，适用于高速车床车削加工的同时，满足后续大的冷加工塑性变形。
具体实施方式
本发明提供了一种冷加工塑性优异的易切削铅黄铜棒材及其制备方法。该易切削铅黄铜棒材包括的组分及其重量百分比为：Cu 59.0-61.5％；Pb 2.0-3.0％；Sn 0.01-0.3％；Fe 0.01-0.3％；Ni 0.01-0.3％；总量不超过0.3％的以下元素的一种或多种：镁、钙、铈、磷；余量为锌和杂质。
下面通过具体实施例对本发明进行详细和具体的介绍，以使更好的理解本发明，但是下述实施例并不限制本发明范围。
实施例1
本实施例提供一种冷加工塑性优异的易切削铅黄铜棒材，其制备工艺包括以下几个步骤：
1、熔炼铸造：以重量百分比计，按照表1所示成分称取相应原料，将1#紫铜、2#紫铜、铜铁合金、黄铜边角料、铅黄铜屑料、锡磷青铜角料、锌白铜角料、锌锭、铅锭、铜镁合金、铜磷合金分批依次加入感应电炉内熔炼，熔炼温度1080℃。待金属全部熔化后搅拌均匀，静置20min。对上述合金进行水平连铸，铸造规格200mm，铸锭在半自动卧式金属带锯床上进行锯切，锯切长度1200mm。
2、挤压：铸锭在中频感应加热炉内进行加热，加热采用四段梯度加热，第一段温度加热至300℃，加热时间25min；第二段温度加热至500℃，加热时间25min；第三段温度加热至630℃；加热时间20min；第四段加热至700℃，加热时间15min。将加热好的铸锭在2200T反向挤压机上进行脱皮挤压，挤压规格
Figure BDA0002638708980000031
挤出线坯数量2根，挤压坯圆盘形式进行收线。
3、酸洗：将挤压坯接头后，常温下，置于含硫酸20％的酸液中浸泡3min，高压水冲洗干净。
4、联合拉拔：将酸洗后坯料在4T联合拉拔机上进行拉拔作业，拉拔速度50m/min，拔出规格10.3mm。
5、退火：将拉拔后坯料在350℃下退火，保温3h。
6、酸洗：将退火后产品，常温下，置于含硫酸20％的酸液中浸泡2min，高压水冲洗干净。
7、矫直：将产品在两棍矫直机下进行矫直，矫直速度50m/min；
8、定尺，成品检验入库。
对本实施例提供的铅黄铜棒材的平均晶粒度、相比例、单位面积(1mm2)铅颗粒数量进行测量，结果如表2所示。由表2可知，按上述生产加工工艺得到的铅黄铜棒材晶粒度细小，铅质点分布弥散，均匀，具有极好的切削性及冷加工塑性变形性能。
实施例2
本实施例提供一种冷加工塑性优异的易切削铅黄铜棒材，其制备工艺包括以下几个步骤：
1、熔炼铸造：以重量百分比计，按照表1所示成分称取相应原料，将1#紫铜、2#紫铜、铜铁合金、黄铜边角料、铅黄铜屑料、锡磷青铜角料、锌白铜角料、锌锭、铅锭、铜镁合金、铜磷合金分批依次加入感应电炉内熔炼，熔炼温度1060℃。待金属全部熔化后搅拌均匀，静置20min。对上述合金进行水平连铸，铸造规格2450mm，铸锭在半自动卧式金属带锯床上进行锯切，锯切长度800mm。
2、挤压：铸锭在中频感应加热炉内进行加热，加热采用四段梯度加热，第一段温度加热至300℃，加热时间25min；第二段温度加热至450℃，加热时间25min；第三段温度加热至600℃；加热时间20min；第四段加热至680℃，加热时间15min。将加热好的铸锭在3150T反向挤压机上进行脱皮挤压，挤压规格
Figure BDA0002638708980000041
挤出线坯数量2根，挤压坯圆盘形式进行收线。
3、酸洗：将挤压坯接头后，常温下，置于含硫酸20％的酸液中浸泡3min，高压水冲洗干净。
4、联合拉拔：将酸洗后坯料在8T联合拉拔机上进行拉拔作业，拉拔速度50m/min，拔出规格16.0mm。
5、退火：将拉拔后坯料在400℃下退火，保温3h。
6、酸洗：将退火后产品，常温下，置于含硫酸20％的酸液中浸泡2min，高压水冲洗干净。
7、矫直：将产品在两棍矫直机下进行矫直，矫直速度45m/min；
8、定尺，成品检验入库。
按上述生产加工工艺得到的铅黄铜棒材晶粒度细小，铅质点分布弥散，均匀，见表2，具有极好的切削性及冷加工塑性变形性能。
实施例3
本实施例提供一种冷加工塑性优异的易切削铅黄铜棒材，其制备工艺包括以下几个步骤：
1、熔炼铸造：以重量百分比计，按照表1所示成分称取相应原料，将1#紫铜、2#紫铜、铜铁合金、黄铜边角料、铅黄铜屑料、锡磷青铜角料、锌白铜角料、锌锭、铅锭、铜镁合金、铜磷合金分批依次加入感应电炉内熔炼，熔炼温度1080℃。待金属全部熔化后搅拌均匀，静置20min。对上述合金进行水平连铸，铸造规格200mm，铸锭在半自动卧式金属带锯床上进行锯切，锯切长度1200mm。
2、挤压：铸锭在中频感应加热炉内进行加热，加热采用四段梯度加热，第一段温度加热至300℃，加热时间25min；第二段温度加热至500℃，加热时间25min；第三段温度加热至660℃；加热时间20min；第四段加热至720℃，加热时间15min。将加热好的铸锭在2200T反向挤压机上进行脱皮挤压，挤压规格
Figure BDA0002638708980000051
挤出线坯数量2根，挤压坯圆盘形式进行收线。
3、酸洗：将挤压坯接头后，常温下，置于含硫酸20％的酸液中浸泡3min，高压水冲洗干净。
4、联合拉拔：将酸洗后坯料在4T联合拉拔机上进行拉拔作业，拉拔速度60m/min，拔出规格10.3mm。
5、退火：将拉拔后坯料在350℃下退火，保温3h。
6、酸洗：将退火后产品，常温下，置于含硫酸20％的酸液中浸泡2min，高压水冲洗干净。
7、矫直：将产品在两棍矫直机下进行矫直，矫直速度50m/min；
8、定尺，成品检验入库。
按上述生产加工工艺得到的铅黄铜棒材晶粒度细小，铅质点分布弥散，均匀，见表2，具有极好的切削性及冷加工塑性变形性能。
实施例4
本实施例提供一种冷加工塑性优异的易切削铅黄铜棒材，其制备工艺包括以下几个步骤：
1、熔炼铸造：以重量百分比计，按照表1所示成分称取相应原料，将1#紫铜、2#紫铜、铜铁合金、黄铜边角料、铅黄铜屑料、锡磷青铜角料、锌白铜角料、锌锭、铅锭、铜镁合金、铜磷合金分批依次加入感应电炉内熔炼，熔炼温度1080℃。待金属全部熔化后搅拌均匀，静置20min。对上述合金进行水平连铸，铸造规格145mm，铸锭在半自动卧式金属带锯床上进行锯切，锯切长度600mm。
2、挤压：铸锭在中频感应加热炉内进行加热，加热采用四段梯度加热，第一段温度加热至300℃，加热时间25min；第二段温度加热至500℃，加热时间25min；第三段温度加热至660℃；加热时间20min；第四段加热至720℃，加热时间15min。将加热好的铸锭在1250T反向挤压机上进行脱皮挤压，挤压规格
Figure BDA0002638708980000061
挤出线坯数量2根，挤压坯圆盘形式进行收线。
3、酸洗：将挤压坯接头后，常温下，置于含硫酸20％的酸液中浸泡3min，高压水冲洗干净。
4、联合拉拔：将酸洗后坯料在2T联合拉拔机上进行拉拔作业，拉拔速度70m/min，拔出规格4.7mm。
5、退火：将拉拔后坯料在400℃下退火，保温3h。
6、酸洗：将退火后产品，常温下，置于含硫酸20％的酸液中浸泡2min，高压水冲洗干净。
7、矫直：将产品在两棍矫直机下进行矫直，矫直速度60m/min；
8、定尺，成品检验入库。
按上述生产加工工艺得到的铅黄铜棒材晶粒度细小，铅质点分布弥散，均匀，见表2，具有极好的切削性及冷加工塑性变形性能。
对比例1
一种HPb63-3铅黄铜合金棒材的生产加工工艺，包括以下具体步骤：
1、熔炼铸造：以重量百分比计，按照表1所示成分称取相应原料，将1#紫铜、2#紫铜、黄铜边角料、铅黄铜屑料、锌锭、铅锭分批依次加入感应电炉内熔炼，熔炼温度1100℃。待金属全部熔化后搅拌均匀，静置20min。对上述合金进行水平连铸，铸造规格200mm，铸锭在半自动卧式金属带锯床上进行锯切，锯切长度1200mm。
2、挤压：铸锭在中频感应电炉内加热至720℃，加热时间90min，随后在2200T反向挤压机上进行脱皮挤压，挤压规格12.4mm，挤出线坯数量2根，挤压坯圆盘形式进行收线。
3、酸洗：将挤压坯接头后，常温下，置于含硫酸20％的酸液中浸泡3min，高压水冲洗干净。
4、盘拉：酸洗后的挤压坯在倒立式进行盘拉，盘拉速度70m/min，出线规格11.8mm。
5、中间退火：将盘拉后坯料置于罩式炉内进行退火处理，退火温度560℃，升温时间2.5h，保温时间3h，随炉冷却。.
6、酸洗：常温下，将退火后的坯料置于含硫酸20％的酸液中浸泡6min，高压水冲洗干净。
7、盘拉：酸洗后的坯料在倒立式进行盘拉，盘拉速度80m/min，出线规格11.0mm。
8、中间退火：将盘拉后坯料置于罩式炉内进行退火处理，退火温度510℃，升温时间2.5h，保温时间3h，随炉冷却。.
9、酸洗：常温下，将退火后的坯料置于含硫酸20％的酸液中浸泡6min，高压水冲洗干净。
10、联合拉拔：将酸洗后坯料在4T联合拉拔机上进行拉拔作业，拉拔速度60m/min，拔出规格10.3mm。
11、成品检验入库。
按上述生产加工工艺得到的HPb63-3铅黄铜棒材晶粒度粗大，铅质点分布不均匀，颗粒大小不一，切削性能一般，经一定程度冷加工变形后有开裂现象(见表2)。
表1本发明实施例合金棒材与对比例合金棒材的化学成分(wt％)
Figure BDA0002638708980000071
Figure BDA0002638708980000081
表2本发明实施例合金棒材与对比例合金棒材平均晶粒度、相比例、单位面积(1mm2)铅颗粒数量
平均晶粒度(μm) α相比例％ 单位面积(1mm<sup>2</sup>)铅颗粒数
实施例1 15 81 14930
实施例2 10 78 12570
实施例3 15 82 15240
实施例4 20 84 14520
对比例1 25 96 8140
以上对本发明的具体实施例进行了详细描述，但其只是作为范例，本发明并不限制于以上描述的具体实施例。对于本领域技术人员而言，任何对本发明进行的等同修改和替代也都在本发明的范畴之中。因此，在不脱离本发明的精神和范围下所作的均等变换和修改，都应涵盖在本发明的范围内。

Claims (10)

1.一种冷加工塑性优异的易切削铅黄铜棒材，其特征在于，其组分及重量百分比为：Cu59.0-61.5％、Pb 2.0-3.0％、Sn 0.01-0.3％、Fe 0.01-0.3％、Ni 0.01-0.3％，总量不超过0.3％的以下元素的一种或多种：镁、钙、铈、磷；余量为锌和杂质。
2.根据权利要求1所述的易切削铅黄铜棒材，其特征在于，所述易切削黄铜棒材的平均晶粒度为10-20μm。
3.根据权利要求1所述的易切削铅黄铜棒材，其特征在于，所述易切削黄铜棒材的α相比例为75-85％。
4.根据权利要求1所述的易切削铅黄铜棒材，其特征在于，所述易切削黄铜棒材的1mm2单位面积上铅颗粒数量大于10000个。
5.一种如权利要求1-4任一项所述易切削铅黄铜棒材的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤一，将各组分按照比例熔炼铸造，通过水平连铸方式生产铸锭，所述铸锭规格为
Figure FDA0002638708970000011
步骤二，将所述铸锭加热后进行脱皮挤压，挤压坯规格为
Figure FDA0002638708970000012
步骤三，将所述挤压坯置于硫酸溶液中浸泡2-5min，高压水冲洗干净；
步骤四，将酸洗后的挤压坯进行联合拉拔，拔出
Figure FDA0002638708970000013
规格的棒材；
步骤五，将拔出后的棒材在空气气氛下进行退火处理；
步骤六，将退火后的棒材置于硫酸溶液中浸泡1-2min，高压水冲洗干净；
步骤七，将酸洗后的棒材采用矫直机进行矫直处理；
步骤八，对矫直后的棒材定尺，检验入库。
6.根据权利要求5所述的易切削黄铜棒材的制备方法，其特征在于，在所述步骤一中，镁、钙、铈、磷中的一种或多种元素在熔炼铸造过程以中间合金形式加入。
7.根据权利要求5所述的易切削黄铜棒材的制备方法，其特征在于，所述步骤二中，所述铸锭采用四段梯度加热：第一段温度加热至250-400℃，加热时间10-30min；第二段温度加热至450-600℃，加热时间10-30min；第三段温度加热至600-680℃，加热时间5-30min；第四段加热至670-730℃，加热时间5-20min。
8.根据权利要求5所述的易切削黄铜棒材的制备方法，其特征在于，在所述步骤四中，拉拔加工率控制在8-25％，拉拔速度40-80m/min。
9.根据权利要求5所述的易切削黄铜棒材的制备方法，其特征在于，在所述步骤五中，所述退火处理为先升温至300-450℃，保温时间2-3小时，随后随炉冷却。
10.根据权利要求5所述的易切削黄铜棒材的制备方法，其特征在于，在所述步骤七中，矫直速度为40-80m/min。
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