CN112458334A

CN112458334A - 水龙头本体铸造用低铅易切削铜合金及其制造方法

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Publication number: CN112458334A
Application number: CN202011362474.2A
Authority: CN
Inventors: 梁昭伟; 戴宾琪; 陈小兵; 马荣新; 丁中旗
Original assignee: Taizhou Zhengshing Valve Co ltd
Current assignee: Taizhou Zhengshing Valve Co ltd
Priority date: 2020-11-27
Filing date: 2020-11-27
Publication date: 2021-03-09

Abstract

本申请属于金属加工领域，涉及一种水龙头本体铸造用低铅易切削铜合金，铜合金的重量百分比组成为：铜58.0‑61.0％，铅0.73‑0.75％，铝0.58‑0.60％，铁0.042‑0.046％，锡0.034‑0.040％，镍0.021‑0.025％，锑0.010‑0.015％，铋0.015‑0.019％，硅0.0062‑0.0067％，砷0.0043‑0.0049％，镁0.0014‑0.0021％，铬0.0010‑0.0017％，硫0.0008‑0.0011％，不可避免的杂质总和≤0.0025％，余量为锌。其制造方法，包括以下步骤：按照组成重量百分比准备原料；将硫铺撒在坩埚底部；将第一部分的铜与镍、硅、铬、铁和铋加入坩埚中混合，通过电热炉加热至其熔融为第一合金溶液，精炼30‑50min；将第一合金溶液进行雾化后冷却得到第一合金粉末；将第二部分的铜与锌、铝、锡、铅、锑、砷和镁研磨成粉末过100目筛后，与第一合金粉末一同通过电热炉加热至其熔融为第二合金溶液，精炼50‑80min，得到最终的合金溶液。使具有良好的切削加工性能。

Description

水龙头本体铸造用低铅易切削铜合金及其制造方法

技术领域

本发明属于金属加工领域，涉及一种水龙头本体铸造用合金，尤其是涉及一种水龙头本体铸造用低铅易切削铜合金及其制造方法。

背景技术

水龙头材质大多是铸造铜合金，一些铜合金中含有较多的杂质，其中含有较高含量的铅。铅元素与空气接触后，会发生氧化生成一层保护膜，保护膜与水接触发生脱落，浸入水中，从而造成铅元素析出，从而对水质造成污染，长期使用，对人体造成危害。

近年来世界各地的医学专家已发现铅黄铜对人类健康和环境卫生构成了威胁，因而各国政府相继出台了对含铅铜合金应用的限令，美国、欧盟、日本等国对铜合金中的铅含量和在饮用水中铅的浸出量分别作了严格限制。市场上的厂家越来越多地使用低铅铜材质作为水龙头材质。低铅铜材质是目前国内外应用广泛，市场需求量大的环保、无害铜材。但由于低铅铜的铜材含铅量低，增加了产品的切削难度，切削铜屑易粘刀，尤其是冷冲产品因材质塑性大而变形，良品率低。

发明内容

本申请的目的是针对上述问题，提供一种水龙头本体铸造用低铅易切削铜合金。

本申请的又一目的是针对上述问题，提供一种水龙头本体铸造用低铅切削铜合金的熔炼方法。

为达到上述目的，本发明采用了下列技术方案：

本申请创造性地提供了一种水龙头本体铸造用低铅易切削铜合金，铜合金的重量百分比组成为：

铜58.0-61.0％，铅0.73-0.75％，铝0.58-0.60％，铁0.042-0.046％，锡0.034-0.040％，镍0.021-0.025％，锑0.010-0.015％，铋0.015-0.019％，硅0.0062-0.0067％，砷0.0043-0.0049％，镁0.0014-0.0021％，铬0.0010-0.0017％，硫0.0008-0.0011％，不可避免的杂质总和≤0.0025％，余量为锌。

在上述的水龙头本体铸造用低铅易切削铜合金中，所述不可避免的杂质包含磷、锰和钴中的一种或几种。

在上述的水龙头本体铸造用低铅易切削铜合金中，铜合金的重量百分比组成为：

铜59.6％，铅0.75％，铝0.59％，铁0.044％，锡0.039％，镍0.023％，锑0.011％，铋0.018％，硅0.0064％，砷0.0047％，镁0.0018％，铬0.0014％，硫0.0009％，磷≤0.0005％，锰≤0.0005％，钴≤0.0015％，余量为锌。

在上述的水龙头本体铸造用低铅易切削铜合金中，所述铜合金的平均结晶晶粒尺寸达到1μm以内。

本申请还创造性地提供了一种上述任意一水龙头本体铸造用低铅易切削铜合金的制造方法，包括以下步骤：

1)按照组成重量百分比进行准备铜、锌、铅、铝、铁、锡、镍、锑、铋、硅、砷、镁、铬和硫并预留烧损质量；

2)将硫铺撒在坩埚底部；

3)将第一部分的铜与镍、硅、铬、铁和铋加入坩埚中混合，通过电热炉加热至其熔融为第一合金溶液，精炼30-50min；

4)将第一合金溶液进行雾化后冷却得到第一合金粉末；

5)将第二部分的铜与锌、铝、锡、铅、锑、砷和镁研磨成粉末过100目筛后，与第一合金粉末一同通过电热炉加热至其熔融为第二合金溶液，精炼50-80min，得到最终的合金溶液。

上述的水龙头本体铸造用低铅易切削铜合金的制造方法中，以质量份计，第一部分的铜:第二部分的铜＝1:3～4。

上述的水龙头本体铸造用低铅易切削铜合金的制造方法中，在第一合金溶液精炼至25-40min时加入细化剂搅拌5-10min。

上述的水龙头本体铸造用低铅易切削铜合金的制造方法中，步骤2)中的熔融温度为1150～1300℃。

上述的水龙头本体铸造用低铅易切削铜合金的制造方法中，步骤3)中雾化过程为，采用气体雾化制粉炉充高纯度惰性气体，用高纯度惰性气体对第一合金溶液进行喷吹雾化，喷吹压力为0.35～0.93MPa；雾化后经过烘干、冷却得到第一合金粉末。

上述的水龙头本体铸造用低铅易切削铜合金的制造方法中，步骤4)中的熔融温度为1100～1250℃

与现有的技术相比，本发明的优点在于：

(1)本发明中对低铅铜合金成分进行改良，改变了铜合金的微观形态，保证铅含量较低的同时提升铜合金的塑性，使具有良好的切削加工性能，解决了切削粘刀的问题，提高了产品良率。

(2)本发明还通过对低铅铜合金的生产工艺进行改进，细化低铅铜合金的结晶粒径，优化易切削低铅铜合金的可浇性，避免了水口堵塞和水口结瘤的问题，提高精炼铜水中各组分的精确度。

(3)申请人意外发现，通过本发明中各金属的配比及分步雾化熔融的方式，能够消除铜合金粗大柱状晶，显著细化晶粒，使铸件表面光滑细致。同时，提高了低铅铜合金的流动性和可塑性，降低次品率

具体实施方式

通过以下具体实施例进一步阐述；

实施例一

一种水龙头本体铸造用低铅易切削铜合金，铜合金的重量百分比组成为：

测得铜合金的平均结晶晶粒尺寸为0.75μm，铜合金的平均结晶晶粒尺寸达到1μm以内。

其中，低铅铜合金中加入铝能够清除杂质增加流动性，加入铁能够细化铜晶粒，延迟铜的再结晶过程，提高结晶温度，抑制退火时再结晶晶粒长大，使低铅铜合金的强度和硬度提升，达到铸件要求，使切削加工性良好。

锡能少量溶于α相中，起到抑制脱锌的作用，能提高材料的抗蚀能力，改善耐磨性。

硅与镍形成化合物Ni₂Si、Ni₃Si，当Ni₂Si、Ni₃Si从固溶体中析出，能引起合金的强度和硬度升高，起到强化作用。

锑在铜合金中以脱溶相形式析出，颗粒呈球状或条形状，多分布于晶界，能够提高合金的强度和抗软化温度。

铋在熔融状态下与铜无限相容，但在固态时与铜几乎不容，铋颗粒的存在能够在温度较高的剪切区形成内部固体断裂剂。切削时在刀刃的接触面形成大量脆而不硬的铋颗粒，从而减小了切削层面积，使得刀具磨损减小，切削温度和切削力降低，提升了加工性能，解决了切削粘刀的问题。

低铅铜合金中加入微量的砷，可以防止脱锌。

镁具有质轻的特点，同时具有较高的强度，阻尼性和切削性好。并且，镁少量能溶入α固溶体，提高合金力学性能。

少量铬加入低铅铜合金中，能够阻碍合金退火加热时的晶粒长大，并明显提高合金退火后的硬度。

硫具有熔点低的特点，少量的硫能够降低切削力和切削温度，从而进一步改善低铅铜合金的切削性能。

上述水龙头本体铸造用低铅易切削铜合金的制备方法包括以下步骤S1-S5：

S1按照组成重量百分比进行准备电解铜、锌块、铅板、铝块、铁块、锡块、电解镍、锑块、铋块、电解硅、砷块、镁粉、铬块和硫粉并预留烧损质量，烧损质量为预定量的3～10％。其中电解铜分为质量比为1:4的第一部分电解铜和第二部分电解铜。

S2将硫粉铺撒在坩埚底部。

S3将第一部分电解铜与电解镍、电解硅、铬块、铁块和铋块加入坩埚中混合，通过中频炉加热至1150～1300℃，熔融为第一合金溶液，精炼至25min时加入细化剂搅拌10min。细化剂为市售的铜合金晶粒细化剂。

S4将第一合金溶液进行雾化，采用气体雾化制粉炉充高纯度惰性气体，用高纯度惰性气体对第一合金溶液进行喷吹雾化，喷吹压力为0.35～0.93MPa；雾化后，通过基板吸附雾化后的合金微粒，经过80～90℃烘干后冷却得到第一合金粉末。

S5将第二部分电解铜与锌块、铝块、锡块、铅板、锑块、砷块和镁粉研磨成粉末过100目筛后，与第一合金粉末一同通过中频炉加热至1100～1250℃熔融为第二合金溶液，精炼50min，得到最终的合金溶液，用于产品的浇注。

实施例二

本实施例与实施例一基本相同，不同之处在于：

铜合金的重量百分比组成为：

铜58.6％，铅0.73％，铝0.58％，铁0.043％，锡0.034％，镍0.022％，锑0.013％，铋0.015％，硅0.0062％，砷0.0043％，镁0.0014％，铬0.0010％，硫0.0008％，磷≤0.0005％，锰≤0.0005％，钴≤0.0015％，余量为锌。

第一合金溶液精炼至30min时加入细化剂搅拌10min。

第二合金溶液精炼时间为60min。

实施例三

本实施例与实施例一基本相同，不同之处在于：

铜合金的重量百分比组成为：

铜61.0％，铅0.75％，铝0.60％，铁0.046％，锡0.040％，镍0.025％，锑0.015％，铋0.019％，硅0.0067％，砷0.0049％，镁0.0021％，铬0.0017％，硫0.0011％，磷≤0.0005％，锰≤0.0005％，钴≤0.0015％，余量为锌。

第一合金溶液精炼至40min时加入细化剂搅拌5min。

第二合金溶液精炼时间为70min。

对比例一

本对比例与实施例一基本相同，不同之处在于：

对比例一的铜合金中不添加硅、砷、镁、铬、硫。

对比例二

本对比例与实施例一基本相同，不同之处在于：

在步骤S5中第二部分电解铜、锌块、铝块、锡块、铅板、锑块、砷块和镁粉不研磨成粉末，直接加热熔融。

对比例三

本对比例与实施例一基本相同，不同之处在于：

不经过步骤S4，在步骤S5中，将第二部分电解铜与锌块、铝块、锡块、铅板、锑块、砷块和镁粉研磨成粉末过100目筛后，与步骤S3的第一合金溶液直接混合熔融为第二合金溶液，精炼50min，得到最终的合金溶液。

应用例一

将实施例一、实施例二、实施例三、对比例一、对比例二和对比例三的合金溶液分别浇注成10cm*3.5cm*1cm的样条一、样条二、样条三、样条四、样条五和样条六，在常温下进行测试，结果如下表1所示：

表1各样条力学性能对照表

结果表明，本发明提供的低铅铜合金相较于对比例一、对比例二和对比例三均具有较高的硬度，更易于切削，具有较好的加工性能。并且，本发明提供的低铅铜合金具有更低的屈服强度，冷加工性能较好。

应用例二

制作同应用例一相同的样条一至样条六，采用高速切刀对各样条进行直角切削，切削速度Vc＝100.32m/min，通过测力仪系统采集高速切刀的切削力，并且对样条断面粗糙度进行测试，结果如下表2所示：

表2各样条切削性能对照表

结果表明，本发明提供的低铅铜合金具有更小的切削力，易于切削，并且断面的表面粗糙度较低，说明本发明的低铅铜合金具有良好的切削加工性能。

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。

尽管本文较多地使用了铜、铅、铝、铁、锡、镍、锑、铋、硅、砷、镁、铬和硫等术语，但并不排除使用其它术语的可能性。使用这些术语仅仅是为了更方便地描述和解释本发明的本质，把它们解释成任何一种附加的限制都是与本发明精神相违背的。

Claims

1.一种水龙头本体铸造用低铅易切削铜合金，其特征在于，铜合金的重量百分比组成为：

2.如权利要求1所述的水龙头本体铸造用低铅易切削铜合金，其特征在于：所述不可避免的杂质包含磷、锰和钴中的一种或几种。

3.如权利要求2所述的水龙头本体铸造用低铅易切削铜合金，其特征在于，铜合金的重量百分比组成为：

4.如权利要求1所述的水龙头本体铸造用低铅易切削铜合金，其特征在于：所述铜合金的平均结晶晶粒尺寸达到1μm以内。

5.一种如权利要求1-4中任意一项所述的水龙头本体铸造用低铅易切削铜合金的制造方法，其特征在于，包括以下步骤：

2)将硫铺撒在坩埚底部；

4)将第一合金溶液进行雾化后冷却得到第一合金粉末；

6.如权利要求5所述的水龙头本体铸造用低铅易切削铜合金的制造方法，其特征在于：以质量份计，第一部分的铜:第二部分的铜＝1:3～4。

7.如权利要求5所述的水龙头本体铸造用低铅易切削铜合金的制造方法，其特征在于：在第一合金溶液精炼至25-40min时加入细化剂搅拌5-10min。

8.如权利要求5所述的水龙头本体铸造用低铅易切削铜合金的制造方法，其特征在于：步骤2)中的熔融温度为1150～1300℃。

9.如权利要求5所述的水龙头本体铸造用低铅易切削铜合金的制造方法，其特征在于：步骤3)中雾化过程为，采用气体雾化制粉炉充高纯度惰性气体，用高纯度惰性气体对第一合金溶液进行喷吹雾化，喷吹压力为0.35～0.93MPa；雾化后经过烘干、冷却得到第一合金粉末。

10.如权利要求5所述的水龙头本体铸造用低铅易切削铜合金的制造方法，其特征在于：步骤4)中的熔融温度为1100～1250℃。