CN112522535B - 一种高强耐磨黄铜合金及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及金属合金材料技术领域，特别是关于一种高强耐磨黄铜合金及其制备方法，提供按照不同比例添加Cu、Mn、Co、Si、Pb、AL、Ni、Fe、Zn等元素，形成的一种具有优异耐磨性能、较强强度和硬度的黄铜合金；其制备方法包括：称取各组分、第一熔炼、第二熔炼、除气脱氧、精炼、第三熔炼、调整成分、扒渣、浇注铸锭、均匀化处理热轧、铣面、时效处理、拉伸、低温退火即得。

Description

一种高强耐磨黄铜合金及其制备方法

技术领域

本发明涉及金属合金材料技术领域，特别是关于一种高强耐磨黄铜合金及其制备方法。

背景技术

铜合金是以纯铜为基体加入一种或几种其他元素所构成的合金，具有良好的导电性、导热性、延展性和耐蚀性。常用的铜合金包括黄铜、青铜、白铜。其中，黄铜是以锌作为主要添加元素的铜合金，高强度黄铜合金在世界范围内有着广泛应用，目前现有技术高强度黄铜合金型号较少，如中国ZHAL63-6-3-3和ZHAL62-4-3-3，含铝4～6%、铁3～4%、锰3%；美国C86200和C86300，含铝5～6%、铁3%、锰3%。这些黄铜合金由于铝和铁含量较高，其力学性能、耐腐蚀性能及抗高温热裂性能较差。并且，这些黄铜合金更为突出的问题是，在污染的大气、蒸汽、海水和淡水等环境中耐腐蚀性能急剧下降，腐蚀速度较快，对大气、蒸汽、海水和淡水等腐蚀环境非常敏感，大大的降低了部件使用寿命。

中国专利ZL2004100158365公开了一种无铅易切削锑黄铜合金，该合金是一种铜-锌-锑合金，由于合金含有锑，虽能改善切削性能和耐蚀性，但合金的冷加工性能不理想，影响了合金的后续加工性能。饮用水的相关标准对Sb、Pb、Cd、As等金属在水中的溶出量有严格的标准，如美国NSF/ANSI61-2007饮用水标准规定，Sb的溶出量最大值为0.6μg/L。当合金中的Sb含量≥0.2wt%时，其溶出量会超过0.6μg/L，这是锑黄铜合金应用于饮用水供给系统的水龙头等零部件面临的最大挑战。

以上背景技术内容的公开仅用于辅助理解本发明的发明构思及技术方案，其并不必然属于本专利申请的现有技术，在没有明确的证据表明上述内容在本专利申请的申请日已经公开的情况下，上述背景技术不应当用于评价本申请的新颖性和创造性。

发明内容

(一)发明目的

本发明的发明目的旨在为解决背景技术中提及的至少一种技术问题，提供按照不同比例添加Cu、Mn、Co、Si、Pb、Al、Ni、Fe、Zn等元素，形成的一种具有优异耐磨性能、较强强度和硬度的黄铜合金。

(二)技术方案

为解决上述技术问题或未实现上述技术目的，本发明提供如下技术方案。

[1]一种高强耐磨黄铜合金，包括：

Cu 55～60%；

Mn 2.0～4.0%；

Co 0.5～1.5%；

Si 2.0～4.0%；

Al 3.0～5.0%；

Ni 2.0～5.0%；

Fe 1.0～2.0%；

Pb 0.05～0.15%；

Zn及不可避免的杂质 余量。

优选地，Mn与Co的质量百分比具有以下限定：3.05≤f₁≤3.55，f₁=P_Mn/P_Co，其中P_Mn是Mn的质量百分比(Percentage by Weight)，P_Co是Co的质量百分比。

优选地，Si与Al的质量百分比具有以下限定：80%≤f₂≤100%，f₂=4×P_Si/28+3×P_Al/27，其中P_Si是Si的摩尔量，P_Al是Al的质量百分比。

优选地，Ni与Fe的质量百分比具有以下限定：0.36‰≤f₃≤0.65‰，f₃=P_Ni×P_Fe，其中P_Ni是Ni的质量百分比，P_Fe是Fe的质量百分比。

本申请的发明人通过深入实验研究，在铜中添加了不同重量含量的Mn、Co、Si、Pb、Al、Ni、Fe、Zn等元素，制备得到一种具有优异耐磨性能、较强强度和硬度的黄铜合金，具体地，通过添加Mn，并配合地添加了Co，并通过控制3.05≤P_Mn/P_Co≤3.55，其中P_Mn、P_Co分别是Mn、Co的质量百分比，赋予黄铜合金一定的延展性和耐应力腐蚀性；同时添加并控制Si与Al的质量百分比具有以下限定：20.52%≤4×P_Si+3×P_Al≤32.24%，其中P_Si、P_Al分别是Si、Al的质量百分比，发明人研究发现，Si与Al的质量百分比具有上述限定时，所得黄铜合金具有异常优异的耐应力腐蚀性，可能是因为Si与Al分别形成了致密的、合适量的氧化膜从而显著提升了合金的耐应力腐蚀耐氧化性能；此外，研究发现，通过将Ni与Fe的质量百分比限定为0.36‰≤P_Ni×P_Fe≤0.65‰之后，其中P_Ni、P_Fe分别是Ni、Fe的质量百分比，黄铜合金具有异常优异的耐磨性能、强度和硬度。本申请技术方案通过限定黄铜合金内的Mn、Co、Si、Pb、Al、Ni、Fe、Zn等元素的含量，获得一种具有优异耐磨性能、较强强度和硬度的黄铜合金，同时该黄铜合金还具有一定的耐应力腐蚀性。

[2]项[1]所述黄铜合金的制备方法，包括：

1)按照配比称取铜粉、铜锰中间合金、钴粉、纯硅、铝粉、镍粉、铁粉、铅粉和锌粉；

2)将铜粉和铜锰中间合金熔炼，升温后依次按照熔点从高到低加入各组分并进行第一熔炼得到第一合金液；

3)第一合金液中加入锌粉和铝粉进行第二熔炼得到第二合金液；

4)第二合金液中加入磷铜脱氧剂进行除气脱氧得到第三合金液；

5)第三合金液中加入精炼剂，进行合金化精炼得第四合金液；

6)第四合金液进行第三熔炼，调整成分比例并扒渣，静置后浇注铸锭，均匀化处理经热轧、铣面、时效处理、拉伸、低温退火即得黄铜合金材料。

优选地，第一熔炼的温度是1220～1240℃，时间是15～30min。

优选地，第二熔炼的温度是1125～1160℃，时间是10～20min。

优选地，磷铜脱氧剂是CuP14，磷属杂质，添加量是第二合金液重量的0.12～0.15‰。

优选地，除气脱氧温度是1125～1160℃，时间是2～10min。

优选地，精炼剂是重量比1:2～5:8～10的工业级松香、食盐和硅砂，添加量是第三合金液重量的0.1～1‰。

优选地，合金化精炼的温度是1150～1180℃，时间是2～5min。

优选地，第三熔炼的温度是1150～1180℃，时间是5～10min。

优选地，调整成分比例时，用直读光谱仪分析化学成分，依据分析结果调整成分比例。

优选地，浇注的温度是950～1050℃。

优选地，均匀化处理的温度是835～880℃，时间是30～45min。

优选地，热轧温度是840～860℃。

优选地，铣面用于去除热轧后合金表面的氧化皮，在热轧板上、下铣面0.5mm～1.0mm。

优选地，时效处理控制温度是580℃+f₃×300000℃，不高于热轧温度，时间60～150min；控制在本申请时效处理条件下，有助于Ni与P化合物的形成，在铜母相中以微小形状析出，赋予合金以高强度和优异加工性能；经过时效处理，有利于硅锰强化相的形成，进一步提升合金的强度和硬度；而若温度过高或时间过长，则可能导致析出物粗大，无法实现晶粒度和强化相的搭配，反之则析出不彻底，强化相含量低，强度、加工性能得不到充分的提升。

优选地，拉伸控制温度是605℃+f₃×180000℃，拉伸速率是1～1.5mm/min；若拉伸温度低于630℃则合金的热塑性降低，不能顺利挤压出，而拉伸温度高于680℃，材料出现过烧，无法保证产品质量，在本申请所述拉伸条件下，铸态组织晶粒更加细小均匀，所得黄铜合金材料的强度、塑性、加工性能最优。

优选地，低温退火控制温度是220℃+f₃×150000℃，时间45～180min，然后在2.5h内匀速降温。研究发现，以本申请所述温度进行低温退火有利于残余应力的彻底释放，且有利于晶粒朝向的调整；低温退火还有利于本申请所述铜合金的的屈服强度、可弯曲加工性能的提升；而退火温度过高则强度会大幅降低，温度过低则无法充分释放残余应力。

[3]项[1]或[2]所述黄铜合金的应用，包括但不限于：

1)应用于自来水管用器具中；和/或

2)应用于工业用配管部件中；和/或

3)应用于与液体接触的器具中；和/或

4)应用于压力容器和接头中；和/或

5)应用于汽车用组件中；和/或

6)应用于电气产品组件中。

在符合本领域常识的基础上，上述各优选条件，可以相互组合，得到具体实施方式。

本发明涉及到的原料或试剂均为普通市售产品，涉及到的操作如无特殊说明均为本领域常规操作。

(三)有益效果

本发明所述高强耐磨黄铜合金，在普通黄铜的基础上添加了Mn、Co、Si、Pb、Al、Ni、Fe、Zn等元素，同时采用了时效处理、拉伸及低温退火工艺，使得黄铜合金的微观组织发生了较大的变化，更加细小均匀，所得黄铜合金的耐磨性能更加优异，强度和硬度更高，耐应力腐蚀性和加工性能更加突出；具体如下，配合添加Mn、Co，并通过限定3.05≤P_Mn/P_Co≤3.55，赋予黄铜合金优异的延展性和耐应力腐蚀性，添加有Si，并搭配添加有Al，并限定20.52%≤4×P_Si+3×P_Al≤32.24%，发明人研究发现，Si与Al的质量百分比具有上述限定时，可能是因为Si与Al分别形成了致密的、合适量的氧化膜从而显著提升了合金的耐应力腐蚀耐氧化性能，此外，配合添加有Ni与Fe并限定其质量百分比满足0.36‰≤P_Ni×P_Fe≤0.65‰，黄铜合金具有异常优异的耐磨性能、强度和硬度。

制备本发明所述高强耐磨黄铜合金时，在称量所需组分后，首先将铜粉和铜锰中间合金熔炼，升温后按照熔点从高到低的顺序依次加入各组分，利于不同熔点间金属间的互熔，利于提升合金各强化相的搭配平衡，最后加入锌粉和铝粉后熔炼得合金液，再加入磷铜脱氧剂除气脱氧，然后加入精炼剂进行合金化精炼，以本申请所述特殊配比的工业级松香、食盐和硅砂作为黄铜合金的精炼剂，利于细化铸锭晶粒，改善铸锭质量，提高黄铜合金乃至合金制品的耐磨性、强度及加工性能；扒渣后浇注铸锭，并经特殊化的时效处理、拉伸及低温退火工艺，具体地，控制时效处理温度580℃+f₃×300000℃，有助于Ni与P化合物的形成，在铜母相中以微小形状析出，还利于硅锰强化相的形成，赋予合金以较高的强度、硬度和优异的加工性能；控制拉伸温度605℃+f₃×180000℃、拉伸速率1～1.5mm/min的拉伸条件，铸态组织晶粒更加细小均匀，所得黄铜合金材料的强度、塑性、加工性能最优；控制低温退火工艺包括：温度220℃+f₃×150000℃、时间45～180min、2.5h内匀速降温等条件，有利于残余应力的充分彻底释放及晶粒朝向的调整，改善黄铜合金的机械强度。

本发明为实现上述目的而采用了上述技术方案，弥补了现有技术的不足，设计合理，操作方便。

附图说明

为让本发明的上述和/或其他目的、特征、优点与实例能更明显易懂，所附附图的说明如下：

图1是本发明高强耐磨黄铜合金的制备工艺示意图；

图2是本发明实施例1所述黄铜合金的金相显微组织图；

图3是本发明实施例1所述黄铜合金的电镜图；

图4是本发明所述黄铜合金的耐磨性测试磨损量示意图。

具体实施方式

本领域技术人员可以借鉴本文内容，适当替换和/或改动工艺参数实现，然而特别需要指出的是，所有类似的替换和/或改动对本领域技术人员来说是显而易见的，它们都被视为包括在本发明。本发明所述产品和制备方法已经通过较佳实例进行了描述，相关人员明显能在不脱离本发明内容、精神和范围内对本文所述的产品和制备方法进行改动或适当变更与组合，来实现和应用本发明技术。

除非另有定义，本文所使用的技术和科学术语，具有本发明所属领域的普通技术人员通常所理解的相同的含义。本发明使用本文中所描述的方法和材料；但本领域中已知的其他合适的方法和材料也可以被使用。本文中所描述的材料、方法和实例仅是说明性的，并不是用来作为限制。所有出版物、专利申请案、专利案、临时申请案、数据库条目及本文中提及的其它参考文献等，其整体被并入本文中作为参考。若有冲突，以本说明书包括定义为准。

除非另外说明，所有的百分数、份数、比例等都以重量计；另有说明包括但不限于“wt%”意指重量百分比、“mol%”意指摩尔百分比、“vol%”意指体积百分比。

当以范围、优选范围或一系列上限优选值和下限优选值给出数量、浓度或者其它数值或参数时，应理解其具体公开了由任何较大的范围限值或优选值和任何较小的范围限值或优选值的任何一对数值所形成的所有范围，而无论范围是否分别被公开。例如，当描述“1至5(1～5)”的范围时，所描述的范围应理解为包括“1至4(1～4)”、“1至3(1～3)”、“1至2(1～2)”、“1至2(1～2)和4至5(4～5)”、“1至3(1～3)和5”等的范围。除非另外说明，在本文描述数值范围之处，所述范围意图包括范围端值以及该范围内的所有整数和分数。

当术语“约”用于描述数值或范围的端点值时，所公开的内容应理解为包括所指的具体值或端值。

此外，除非明确表示相反含义，“或者(或)”是指包容性的“或者(或)”，而非排它性的“或者(或)”。例如，以下任一条件都适用条件A“或”B：A是真(或存在)并且B是假(或不存在)，A是假(或不存在)并且B是真(或存在)，以及A和B均为真(或存在)。

此外，在本发明的要素或组分之前的不定冠词“一”和“一种”意图表示所述要素或组分的出现(即发生)次数没有限制性。因此“一”或“一种”应理解为包括一种或至少一种，除非明确表示数量为单数，否则单数形式的所述要素或组分也包括复数的情况。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下。由语句“包括一个......限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素”。

除非具体说明，本文所描述的材料、方法和实例仅是示例性的，而非限制性的。尽管与本文所述的那些方法和材料类似或等同的方法和材料可用于本发明的实施或测试，但本文仍描述了合适的方法和材料。

以下详细描述本发明。

实施例1：

本实施例提供一种高强耐磨黄铜合金，包括：

Cu 58.5%；

Mn 2.7%；

Co 0.8%；

Si 3.2%；

Al 3.6%；

Ni 2.8%；

Fe 1.5%；

Pb 0.1%；

Zn及不可避免的杂质 余量。

其中，

f₁=P_Mn/P_Co=3.375；

f₂=4×P_Si/28+3×P_Al/27=23.6%；

f₃=P_Ni×P_Fe=0.42‰。

按照配比称取铜粉、铜锰中间合金、钴粉、纯硅、铝粉、镍粉、铁粉、铅粉和锌粉；将铜粉和铜锰中间合金熔炼，升温后依次按照熔点从高到低加入各组分并进行第一熔炼得到第一合金液；第一合金液中加入锌粉和铝粉进行第二熔炼得到第二合金液；第二合金液中加入磷铜脱氧剂进行除气脱氧得到第三合金液；第三合金液中加入精炼剂，进行合金化精炼得第四合金液；第四合金液进行第三熔炼，调整成分比例并扒渣，静置后浇注铸锭，均匀化处理经热轧、铣面、时效处理、拉伸、低温退火即得黄铜合金材料；

其中，

第一熔炼的温度是1225℃，时间是20min；

第二熔炼的温度是1150℃，时间是15min；

磷铜脱氧剂是CuP14，添加量是第二合金液重量的0.14‰；

除气脱氧温度是1155℃，时间是4min；

精炼剂是重量比1:5:9的工业级松香、食盐和硅砂，添加量是第三合金液重量的0.2‰；

合金化精炼的温度是1155℃，时间是3min；

第三熔炼的温度是1165，时间是10min；

浇注的温度是980℃；

均匀化处理的温度是880℃，时间是45min；

热轧温度是850℃；

铣面用于去除热轧后合金表面的氧化皮，在热轧板上、下铣面0.5mm；

时效处理控制温度是580℃+f₃×300000℃=706℃，时间120min；

拉伸温度是605℃+f₃×180000℃=680℃，拉伸速率是1mm/min；

低温退火温度是220℃+f₃×150000℃=283℃，时间180min，然后在2.5h内匀速降温。

本实施例所得黄铜合金的金相显微组织图如图1所示，从图1中可以看出其中α相呈现针状及树枝状，此外，在α相晶界和晶体中存在许多细微的硅和锰的复杂硅化物；从图2的电镜照片可以看出α相为主，少量β相，存在大小不一、规则形状的硅锰相，其单独存在很少与α连在一起。在α相基体中发现0.5μm左右的细小的白色棒状相，仅有两个取向互相垂直。机械性能检测其抗拉强度688.4KPa，延伸率26.5%，布氏硬度176，因本实施例所述黄铜合金中含有极低的铅等元素，因此检测合金元素在水中析出量符合NSF/ANSI61-2007标准。可见本实施例的黄铜合金具有优异的强度和硬度。

实施例2：

实施例2分别提供一系列黄铜合金，记为2#～12#；实施例1所述黄铜合金记为1#，详细配比含量如表1所示。

表1、黄铜合金配比含量

本实施例2#～12#所述一系列黄铜合金均利用与实施例1相同的方法制备得到，即，时效处理温度均是706℃，时间120min；拉伸温度均是680℃，拉伸速率是1mm/min；低温退火温度均是283℃。

实施例3：

实施例3提供一种高强耐磨黄铜合金，记为13#：

Cu 58.5%；

Mn 2.7%；

Co 0.8%；

Si 3.2%；

Al 3.6%；

Ni 2.8%；

Fe 1.5%；

Pb 0.1%；

Zn及不可避免的杂质 余量。

其中，

f₁=P_Mn/P_Co=3.375；

f₂=4×P_Si/28+3×P_Al/27=23.6%；

f₃=P_Ni×P_Fe=0.42‰。

按照配比称取铜粉、铜锰中间合金、钴粉、纯硅、铝粉、镍粉、铁粉、铅粉和锌粉；将铜粉和铜锰中间合金熔炼，升温后依次按照熔点从高到低加入各组分，在1225℃进行第一熔炼20min得到第一合金液；第一合金液中加入锌粉和铝粉，在1150℃进行第二熔炼15min得到第二合金液；第二合金液中加入第二合金液重量0.14‰的磷铜脱氧剂CuP14，在1155℃进行除气脱氧4min得到第三合金液；第三合金液中加入第三合金液重量0.2‰的精炼剂(重量比4:2:1:2:1的冰晶石、萤石、硅砂、氟化钠和硼砂的混合物)，在1155℃进行合金化精炼3min得第四合金液；第四合金液在1165℃进行第三熔炼10min，调整成分比例并扒渣，静置后在980℃浇注铸锭，880℃均匀化处理45min，850℃热轧，在热轧板上、下铣面0.5mm铣面用于去除热轧后合金表面的氧化皮，在706℃时效处理120min，在680℃下以1mm/min速度拉伸，283℃低温退火180min，然后在2.5h内均匀降温即得黄铜合金材料。

实施例4：

实施例4提供一种高强耐磨黄铜合金，记为14#，其配比与实施例3完全相同，按照配比称取铜粉、铜锰中间合金、钴粉、纯硅、铝粉、镍粉、铁粉、铅粉和锌粉；将铜粉和铜锰中间合金熔炼，升温后依次按照熔点从高到低加入各组分，在1225℃进行第一熔炼20min得到第一合金液；第一合金液中加入锌粉和铝粉，在1150℃进行第二熔炼15min得到第二合金液；第二合金液中加入第二合金液重量0.14‰的磷铜脱氧剂CuP14，在1155℃进行除气脱氧4min得到第三合金液；第三合金液中加入第三合金液重量0.2‰的精炼剂(重量比5:9的食盐和硅砂的混合物)，在1155℃进行合金化精炼3min得第四合金液；第四合金液中加入第三合金液重量0.2‰的精炼剂(重量比1:5:9的工业级松香、食盐和硅砂的混合物)，在1155℃进行合金化精炼3min得第四合金液；第四合金液在1165℃进行第三熔炼10min，调整成分比例并扒渣，静置后在980℃浇注铸锭，880℃均匀化处理45min，850℃热轧，在热轧板上、下铣面0.5mm铣面用于去除热轧后合金表面的氧化皮，在706℃时效处理120min，在680℃下以1mm/min速度拉伸，283℃低温退火180min，然后在2.5h内均匀降温即得黄铜合金材料。

实施例5：

实施例5提供一种高强耐磨黄铜合金，记为15#，其配比与实施例3完全相同，按照配比称取铜粉、铜锰中间合金、钴粉、纯硅、铝粉、镍粉、铁粉、铅粉和锌粉；将铜粉和铜锰中间合金熔炼，升温后将除锌粉和铝粉外的其他组分一并加入，在1225℃进行第一熔炼20min得到第一合金液；第一合金液中加入锌粉和铝粉，在1150℃进行第二熔炼15min得到第二合金液；第二合金液中加入第二合金液重量0.14‰的磷铜脱氧剂CuP14，在1155℃进行除气脱氧4min得到第三合金液；第三合金液中加入第三合金液重量0.2‰的精炼剂(重量比1:5:9的工业级松香、食盐和硅砂的混合物)，在1155℃进行合金化精炼3min得第四合金液；第四合金液在1165℃进行第三熔炼10min，调整成分比例并扒渣，静置后在980℃浇注铸锭，880℃均匀化处理45min，850℃热轧，在热轧板上、下铣面0.5mm铣面用于去除热轧后合金表面的氧化皮，在706℃时效处理120min，在680℃下以1mm/min速度拉伸，283℃低温退火180min，然后在2.5h内均匀降温即得黄铜合金材料。

实施例6：

实施例6提供一种高强耐磨黄铜合金，记为16#，其配比与实施例3完全相同，按照配比称取铜粉、铜锰中间合金、钴粉、纯硅、铝粉、镍粉、铁粉、铅粉和锌粉；将铜粉和铜锰中间合金熔炼，升温后依次按照熔点从高到低加入各组分，在1225℃进行第一熔炼20min得到第一合金液；第一合金液中加入锌粉和铝粉，在1150℃进行第二熔炼15min得到第二合金液；第二合金液中加入第二合金液重量0.14‰的磷铜脱氧剂CuP14，在1155℃进行除气脱氧4min得到第三合金液；第三合金液中加入第三合金液重量0.2‰的精炼剂(重量比1:5:9的工业级松香、食盐和硅砂的混合物)，在1155℃进行合金化精炼3min得第四合金液；第四合金液中加入第三合金液重量0.2‰的精炼剂(重量比1:5:9的工业级松香、食盐和硅砂的混合物)，在1155℃进行合金化精炼3min得第四合金液；第四合金液在1165℃进行第三熔炼10min，调整成分比例并扒渣，静置后在980℃浇注铸锭，880℃均匀化处理45min，850℃热轧，在热轧板上、下铣面0.5mm铣面用于去除热轧后合金表面的氧化皮，在680℃时效处理120min，在680℃下以1mm/min速度拉伸，283℃低温退火180min，然后在2.5h内均匀降温即得黄铜合金材料。

实施例7：

实施例7提供一种高强耐磨黄铜合金，记为17#，其配比与与实施例3完全相同，按照配比称取铜粉、铜锰中间合金、钴粉、纯硅、铝粉、镍粉、铁粉、铅粉和锌粉；将铜粉和铜锰中间合金熔炼，升温后依次按照熔点从高到低加入各组分，在1225℃进行第一熔炼20min得到第一合金液；第一合金液中加入锌粉和铝粉，在1150℃进行第二熔炼15min得到第二合金液；第二合金液中加入第二合金液重量0.14‰的磷铜脱氧剂CuP14，在1155℃进行除气脱氧4min得到第三合金液；第三合金液中加入第三合金液重量0.2‰的精炼剂(重量比1:5:9的工业级松香、食盐和硅砂的混合物)，在1155℃进行合金化精炼3min得第四合金液；第四合金液在1165℃进行第三熔炼10min，调整成分比例并扒渣，静置后在980℃浇注铸锭，880℃均匀化处理45min，850℃热轧，在热轧板上、下铣面0.5mm铣面用于去除热轧后合金表面的氧化皮，在706℃时效处理120min，在660℃以1mm/min速度拉伸，283℃低温退火180min，然后在2.5h内均匀降温即得黄铜合金材料。

实施例8：

实施例8提供一种高强耐磨黄铜合金，记为18#，其配比与与实施例3完全相同，按照配比称取铜粉、铜锰中间合金、钴粉、纯硅、铝粉、镍粉、铁粉、铅粉和锌粉；将铜粉和铜锰中间合金熔炼，升温后依次按照熔点从高到低加入各组分，在1225℃进行第一熔炼20min得到第一合金液；第一合金液中加入锌粉和铝粉，在1150℃进行第二熔炼15min得到第二合金液；第二合金液中加入第二合金液重量0.14‰的磷铜脱氧剂CuP14，在1155℃进行除气脱氧4min得到第三合金液；第三合金液中加入第三合金液重量0.2‰的精炼剂(重量比1:5:9的工业级松香、食盐和硅砂的混合物)，在1155℃进行合金化精炼3min得第四合金液；第四合金液在1165℃进行第三熔炼10min，调整成分比例并扒渣，静置后在980℃浇注铸锭，880℃均匀化处理45min，850℃热轧，在热轧板上、下铣面0.5mm铣面用于去除热轧后合金表面的氧化皮，在706℃时效处理120min，在680℃以1mm/min速度拉伸，303℃低温退火180min，然后在2.5h内均匀降温即得黄铜合金材料。

实验例1：

以ZHAl63-6-3-3(C)黄铜合金为参照，对本申请具体实施方式中1#～18#黄铜合金材料的力学性能进行测试，测试结果如表2所示。

表2、黄铜合金力学性能

型号	抗拉强度/KPa	延伸率/%	布氏硬度	是否符合NSF/ANSI61-2007
					C	457.5	16.8	105	是
1#	698.4	26.5	176	是
					2#	702.1	24.3	169	是
3#	694.0	27.2	173	是
					4#	689.2	26.7	172	是
5#	670.5	21.9	165	是
					6#	662.7	23.9	168	是
7#	569.2	21.5	145	是
					8#	642.0	20.7	160	是
9#	508.4	18.2	138	是
					10#	522.7	18.9	134	是
11#	486.1	17.4	126	是
					12#	690.6	25.5	170	否
13#	695.2	27.5	178	是
					14#	671.4	24.9	155	是
15#	666.8	26.8	162	是
					16#	618.5	25.4	167	是
17#	624.1	23.3	161	是
					18#	620.9	27.0	155	是

由表2的黄铜合金的力学性能统计结果可知，本申请1#、2#、3#、4#、13#黄铜合金具有优异的强度、硬度和延伸率，12#力学优异但是不符合NSF/ANSI61-2007的铅释放标准；此外，结合1#与5#～11#样品配比可知Mn、Co、Si、Al、Ni、Fe等元素的含量高低以及相互之间的含量关系对黄铜合金的力学性能有显著的影响，特别是Ni与Fe的质量百分比影响更甚；而结合1#与14#～18#的工艺条件可知精炼剂的选取、各金属元素的添加顺序、时效处理、拉伸及低温退火工艺的温度选取对黄铜合金的强度、延伸率和硬度均有重要的关系。特别地对比分析1#、14#可知，本申请含有特殊配比工业级松香、食盐和硅砂的精炼剂对提高黄铜合金的力学性能具有积极意义。

实验例2：

以ZHAl63-6-3-3(C)黄铜合金为参照，对本申请具体实施方式中1#～18#黄铜合金材料的耐应力腐蚀性进行测试：以各黄铜材料分制1英寸球阀，以紧固扭矩90N·m组装产品，组装产品分为空载未接外接管以及施加扭矩接外接管两种，施加扭矩140N·m，25℃下分别在7%和14%氨水中浸泡48h，取出产品，先用水冲洗干净，然后于室温下在5%的硫酸溶液中清洗产品表面腐蚀秽物，最后再以水冲洗干净并吹干，以放大镜观察产品表面，若产品表面无明显裂纹则以“O”表示，若产品表面有微小裂纹则以“△”表示，若产品表面有明显裂纹则以“▲”表示，统计结果如表3所示。

表3、耐应力腐蚀性

由表3可以看出，本申请优选1#、2#、3#、4#、13#黄铜合金具有优异的耐应力腐蚀性，对比分析1#、5#～11#可知Mn与Co的质量关系以及Si与Pb的质量关系对黄铜合金的耐应力腐蚀性具有重要的影响，3.05≤P_Mn/P_Co≤3.55及20.52%≤4×P_Si+3×P_Al≤32.24%的限定有利于提升黄铜合金的耐应力腐蚀作用。而结合1#与14#～18#的工艺条件可知精炼剂的选取、各金属元素的添加顺序、时效处理、拉伸特别是低温退火工艺的温度选取对黄铜合金的耐应力腐蚀性也有一定相关性。

实验例3：

以ZHAl63-6-3-3(C)黄铜合金为参照，对本申请具体实施方式中1#～18#黄铜合金材料的耐磨性进行测试：测试在M200磨损试验机上进行，测试方法参照GB/T12444-2006，测试结果如图4所示。由图4可知，本申请优选1#、2#、3#、4#、13#黄铜合金具有优异的耐磨性，对比分析5#～11#黄铜合金可知配合添加Ni与Fe并限定其质量百分比满足0.36‰≤P_Ni×P_Fe≤0.65‰对黄铜合金的耐磨性能具有重要意义；而对比分析13#～18#黄铜合金可知，选取合适的精炼剂、580℃+f₃×300000℃的时效处理温度、605℃+f₃×180000℃的拉伸温度特别是220℃+f₃×150000℃的低温退火温度均可显著提升黄铜合金的耐磨性能。

实验例4：

以ZHAl63-6-3-3(C)黄铜合金为参照，对本申请具体实施方式中1#～18#黄铜合金材料的加工性能进行测试，依据行业标准《JBT4022.2-1999合金铸造性能测定方法》进行，结果如表4所示。

表4、加工性能

从表4可知，本申请优选1#、2#、3#、4#、13#黄铜合金具有优异的加工性能，其良品率均可控制在99%及以内，对比分析良品率较低的11%、15#～18#合金可知，Mn、Co、Si、Al、Ni、Fe等金属重量含量的相互关系以及熔炼时按照熔点从高到低的顺序依次加入各组分、控制时效处理温度580℃+f₃×300000℃、控制拉伸温度605℃+f₃×180000℃、控制低温退火温度220℃+f₃×150000℃等工艺均对黄铜合金的加工性能具有显著影响。因此，依据本申请所述黄铜合金各组分配比、所述制备方法各工艺控制可以获得具有优异耐磨性能、较强强度和硬度以及良好加工性能的黄铜合金。

在上述实施例及其替换方案中，f₁=P_Mn/P_Co还可以为3.05、3.06、3.07、3.08、3.09、3.10、3.11、3.12、3.13、3.14、3.15、3.16、3.17、3.18、3.19、3.20、3.21、3.22、3.23、3.24、3.25、3.26、3.27、3.28、3.29、3.30、3.31、3.32、3.33、3.34、3.35、3.36、3.37、3.38、3.39、3.40、3.41、3.42、3.43、3.44、3.45、3.46、3.47、3.48、3.49、3.50、3.51、3.52、3.53、3.54、3.55中的任一值及任意两值之间的任一值，还可以为3.05～3.55、3.10～3.55、3.15～3.55、3.20～3.55、3.25～3.55、3.30～3.55、3.35～3.55、3.40～3.55、3.45～3.55、3.05～3.50、3.10～3.50、3.15～3.50、3.20～3.50、3.25～3.50、3.30～3.50、3.35～3.50、3.40～3.50、3.45～3.50、3.05～3.45、3.10～3.45、3.15～3.45、3.20～3.45、3.25～3.45、3.30～3.45、3.35～3.45、3.40～3.45、3.05～3.40、3.10～3.40、3.15～3.40、3.20～3.40、3.25～3.40、3.30～3.40、3.35～3.40、3.05～3.35、3.10～3.35、3.15～3.35、3.20～3.35、3.25～3.35、3.30～3.35、3.05～3.30、3.10～3.30、3.15～3.30、3.20～3.30、3.25～3.30、3.05～3.25、3.10～3.25、3.15～3.25、3.20～3.25、3.05～3.20、3.10～3.20、3.15～3.20、3.05～3.15、3.10～3.15、3.05～3.10任意区间中的任一值。

在上述实施例及其替换方案中，80%≤f₂≤100%还可以为80%、81%、82%、83%、84%、85%、86%、87%、88%、89%、90%、91%、92%、93%、94%、95%、96%、97%、98%、100%中的任一值及任意两值之间的任一值，还可以为80%～100%、82%～100%、84%～100%、86%～100%、88%～100%、90%～100%、92%～100%、94%～100%、96%～100%、98%～100%、80%～98%、82%～98%、84%～98%、86%～98%、88%～98%、90%～98%、92%～98%、94%～98%、96%～98%、80%～96%、82%～96%、84%～96%、86%～96%、88%～96%、90%～96%、92%～96%、94%～96%、80%～94%、82%～94%、84%～94%、86%～94%、88%～94%、90%～94%、92%～94%、80%～92%、82%～92%、84%～92%、86%～92%、88%～92%、90%～92%、80%～90%、82%～90%、84%～90%、86%～90%、88%～90%、80%～88%、82%～88%、84%～88%、86%～88%、80%～86%、82%～86%、84%～86%、80%～84%、82%～48%、80%～82%任意区间中的任一值。

在上述实施例及其替换方案中，f₃=P_Ni×P_Fe还可以为0.36、0.37、0.38、0.39、0.40、0.41、0.42、0.43、0.44、0.45、0.46、0.47、0.48、0.49、0.50、0.51、0.52、0.53、0.54、0.55、0.56、0.57、0.58、0.59、0.60、0.61、0.62、0.63、0.64、0.65中的任一值及任意两值之间的任一值，还可以为0.36‰～0.65‰、0.38‰～0.65‰、0.40‰～0.65‰、0.42‰～0.65‰、0.44‰～0.65‰、0.46‰～0.65‰、0.48‰～0.65‰、0.50‰～0.65‰、0.52‰～0.65‰、0.54‰～0.65‰、0.56‰～0.65‰、0.58‰～0.65‰、0.60‰～0.65‰、0.62‰～0.65‰、0.64‰～0.65‰、0.36‰～0.64‰、0.38‰～0.64‰、0.40‰～0.64‰、0.42‰～0.64‰、0.44‰～0.64‰、0.46‰～0.64‰、0.48‰～0.64‰、0.50‰～0.64‰、0.52‰～0.64‰、0.54‰～0.64‰、0.56‰～0.64‰、0.58‰～0.64‰、0.60‰～0.64‰、0.62‰～0.64‰、0.36‰～0.62‰、0.38‰～0.62‰、0.40‰～0.62‰、0.42‰～0.62‰、0.44‰～0.62‰、0.46‰～0.62‰、0.48‰～0.62‰、0.50‰～0.62‰、0.52‰～0.62‰、0.54‰～0.62‰、0.56‰～0.62‰、0.58‰～0.62‰、0.60‰～0.62‰、0.36‰～0.60‰、0.38‰～0.60‰、0.40‰～0.60‰、0.42‰～0.60‰、0.44‰～0.60‰、0.46‰～0.60‰、0.48‰～0.60‰、0.50‰～0.60‰、0.52‰～0.60‰、0.54‰～0.60‰、0.56‰～0.60‰、0.58‰～0.60‰、0.36‰～0.58‰、0.38‰～0.58‰、0.40‰～0.58‰、0.42‰～0.58‰、0.44‰～0.58‰、0.46‰～0.58‰、0.48‰～0.58‰、0.50‰～0.58‰、0.52‰～0.58‰、0.54‰～0.58‰、0.56‰～0.58‰、0.36‰～0.56‰、0.38‰～0.56‰、0.40‰～0.56‰、0.42‰～0.56‰、0.44‰～0.56‰、0.46‰～0.56‰、0.48‰～0.56‰、0.50‰～0.56‰、0.52‰～0.56‰、0.54‰～0.56‰、0.36‰～0.54‰、0.38‰～0.54‰、0.40‰～0.54‰、0.42‰～0.54‰、0.44‰～0.54‰、0.46‰～0.54‰、0.48‰～0.54‰、0.50‰～0.54‰、0.52‰～0.54‰、0.36‰～0.52‰、0.38‰～0.52‰、0.40‰～0.52‰、0.42‰～0.52‰、0.44‰～0.52‰、0.46‰～0.52‰、0.48‰～0.52‰、0.50‰～0.52‰、0.36‰～0.50‰、0.38‰～0.50‰、0.40‰～0.50‰、0.42‰～0.50‰、0.44‰～0.50‰、0.46‰～0.50‰、0.48‰～0.50‰、0.36‰～0.48‰、0.38‰～0.48‰、0.40‰～0.48‰、0.42‰～0.48‰、0.44‰～0.48‰、0.46‰～0.48‰、0.36‰～0.46‰、0.38‰～0.46‰、0.40‰～0.46‰、0.42‰～0.46‰、0.44‰～0.46‰、0.36‰～0.44‰、0.38‰～0.44‰、0.40‰～0.44‰、0.42‰～0.44‰、0.36‰～0.42‰、0.38‰～0.42‰、0.40‰～0.42‰、0.36‰～0.40‰、0.38‰～0.40‰、0.36‰～0.38‰任意区间中的任一值。

上述实施例中的常规技术为本领域技术人员所知晓的现有技术，故在此不再详细赘述。

鉴于本发明方案实施例众多，各实施例实验数据庞大众多，不适合于此处逐一列举说明，但是各实施例所需要验证的内容和得到的最终结论均接近。故而此处不对各个实施例的验证内容进行逐一说明，仅以实施例1～8和实验例1～4作为代表说明本发明申请优异之处。

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。

尽管对本发明已作出了详细的说明并引证了一些具体实施例，但是对本领域熟练技术人员来说，只要不离开本发明的精神和范围可作各种变化或修正是显然的。

虽然上述具体实施方式已经显示、描述并指出应用于各种实施方案的新颖特征，但应理解，在不脱离本公开内容的精神的前提下，可对所说明的装置或方法的形式和细节进行各种省略、替换和改变。另外，上述各种特征和方法可彼此独立地使用，或可以各种方式组合。所有可能的组合和子组合均旨在落在本公开内容的范围内。上述许多实施方案包括类似的组分，并且因此，这些类似的组分在不同的实施方案中可互换。虽然已经在某些实施方案和实施例的上下文中公开了本发明，但本领域技术人员应理解，本发明可超出具体公开的实施方案延伸至其它的替代实施方案和/或应用以及其明显的修改和等同物。因此，本发明不旨在受本文优选实施方案的具体公开内容限制。

本发明未尽事宜为公知技术。

Claims (4)

1.一种高强耐磨黄铜合金，其特征在于包括：

且

Mn与Co的质量百分比具有以下限定：3.05≤f₁≤3.55，f₁＝P_Mn/P_Co，其中P_Mn是Mn的质量百分比，P_Co是Co的质量百分比；

Si与Al的质量百分比具有以下限定：80％≤f₂≤100％，f₂＝4×P_Si/28+3×P_Al/27，其中P_Si是Si的摩尔量，P_Al是Al的质量百分比；

Ni与Fe的质量百分比具有以下限定：0.36‰≤f₃≤0.65‰，f₃＝P_Ni×P_Fe，其中P_Ni是Ni的质量百分比，P_Fe是Fe的质量百分比；

所述高强耐磨黄铜合金的制备步骤是，将包括合金各元素的组分混合熔炼成合金液，调整成分比例并扒渣，静置后浇注铸锭，均匀化处理经热轧、铣面、时效处理、拉伸、低温退火即得；

时效处理控制温度是580℃+f₃×300000℃，不高于热轧温度，时间60～150min；

拉伸控制温度是605℃+f₃×180000℃，拉伸速率是1～1.5mm/min；

低温退火控制温度是220℃+f₃×150000℃，时间45～180min，然后在2.5h内匀速降温。

2.权利要求1所述黄铜合金的制备方法，其特征在于包括：

1)按照配比称取铜粉、铜锰中间合金、钴粉、纯硅、铝粉、镍粉、铁粉、铅粉和锌粉；

2)将铜粉和铜锰中间合金熔炼，升温后依次按照熔点从高到低加入各组分并进行第一熔炼得到第一合金液；

3)第一合金液中加入锌粉和铝粉进行第二熔炼得到第二合金液；

4)第二合金液中加入磷铜脱氧剂进行除气脱氧得到第三合金液；

5)第三合金液中加入精炼剂，进行合金化精炼得第四合金液；

6)第四合金液进行第三熔炼，调整成分比例并扒渣，静置后浇注铸锭，均匀化处理经热轧、铣面、时效处理、拉伸、低温退火即得黄铜合金材料。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于：精炼剂是重量比1:2～5:8～10的工业级松香、食盐和硅砂，添加量是第三合金液重量的0.1～1‰。

4.权利要求1～3任一项所述黄铜合金的应用，包括但不限于：

1)应用于工业用配管部件中；和/或

2)应用于压力容器和接头中；和/或

3)应用于汽车用组件中；和/或

4)应用于电气产品组件中。

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