CN112626407A - 一种易切削锌白铜及其应用 - Google Patents
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Abstract
本发明公开的种易切削锌白铜的重量百分比组成为：Cu:40.5～48.5%，Ni:12.1～18.0%，Mn:1.0～3.9%，Bi:0.05～2.0%，余量为Zn和不可避免的杂质。本发明通过调控合金成分和工艺使合金具有优异的强度、冷热加工性能、切削性能及耐盐雾腐蚀性能；通过控制合金熔炼时熔体的[H]含量，以减小合金因退火气体热膨胀而引发的开裂倾向。本发明锌白铜的抗拉强度≥600MPa，耐中性盐雾腐蚀时间≥36h，切削性能为普通锌白铜的200%以上，实现了耐中性盐雾腐蚀性能和易切削性能的良好匹配，适用于制备各种高速加工且应用环境苛刻的零部件。本发明锌白铜可以加工成棒、线等产品，满足通讯设备、医用设备、精密仪器仪表、电子烟、制笔等行业的需求。
Description
技术领域
本发明涉及铜合金及其制备技术领域，具体是一种易切削锌白铜及其应用，其应用范围包括通讯设备、医用设备、精密仪器仪表、电子烟、制笔等行业。
背景技术
铜镍合金具有中等的强度、良好的耐腐蚀性能以及良好的塑性加工性能，可适用于冷、热加工成型。在铜镍体系中添加适量的锌，可提升合金的强度和弹性。添加锌元素后的铜镍合金称为锌白铜，该类合金保持了铜镍合金良好的耐腐蚀性能和银白色外观，且成本更为经济，广泛应用于乐器、弹簧、眼镜框架、接插件等领域。
在实际应用中，普通锌白铜是指纯三元系铜-镍-锌合金。普通锌白铜在某些精密零部件领域加工效率低，表面精度一般，难于满足市场高速高精度的加工需求。在铜-镍-锌合金基础上添加微量的铅可显著提升合金的机加工性能，如棒线材的车削和钻削性能。目前含铅锌白铜在市场上用量较大，涉及汽车、通信、制笔等行业。铜合金中，铅几乎不固溶于铜基体中，主要以质点的形式分布于晶界和晶内。由于铅的熔点低，合金在车削时释放热量所产生温度可使铅质点呈熔融态，从而达到断屑的效果。然而，铅是一种有毒的重金属，当人体中的铅含量积累到一定程度会引起“铅中毒”，危害人体健康。因而，未来与人体存在直接接触的零部件所使用的铜合金将趋于低铅化，甚至无铅化，如制笔行业、医疗精密仪器等。
近些年，有大量的合金材料制造企业在低铅化、无铅化易切削合金方面开展相关研究，研究对象主要包括易切削铜合金和易切削不锈钢，并取得了一定的成果。其中专利CN101397633A通过在奥氏体不锈钢中的添加高硫和铜，获得了具有较好强度和延伸性能的易切削不锈钢；专利CN102165085A则利用熔炼工艺控制基体内MnS颗粒的形态来提高无铅易切削不锈钢的切削性能；易切削锌白铜合金方面，专利CN103502488A涉及一种主要是切削操作的领域使用的Cu-Ni-Zn-Mn合金。
在某些型号的制笔和电子烟金属件中已有不锈钢使用案例。不锈钢具有良好的强度和中等及以上耐腐蚀性能，主要利用合金基体中的MnS化合物改善切削性能，部分种类易切削不锈钢含有少量的铅。不锈钢虽然比普通锌白铜的切削效率高，但与含铅的锌白铜相比，其切削效率仅为铅锌白铜的20％左右，在一定程度上制约了其应用，无法满足高速车削的需求。市场对新型无铅环保型易切削合金的需求仍然迫切。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是，针对现有技术的不足，提供一种兼有优异的耐腐蚀性能和切削性能的易切削锌白铜及其应用，该锌白铜的抗拉强度≥600MPa，耐中性盐雾腐蚀时间≥36h，切削性能为普通锌白铜的200％以上，能满足通讯设备、医用设备、精密仪器仪表、电子烟、制笔等行业的需求。
本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种易切削锌白铜，该锌白铜的重量百分比组成为：Cu:40.5～48.5％，Ni:12.1～18.0％，Mn:1.0～3.9％，Bi:0.05～2.0％，余量为Zn和不可避免的杂质。
本发明锌白铜中，Ni与Zn元素是锌白铜体系合金的主要元素，其中Ni与Cu无限互溶，形成连续固溶体，具有固溶强化作用；Zn在Cu-Ni体系合金中固溶度较大，通过固溶强化使合金的强度和弹性性能提升，Zn元素还具有改善合金抗大气腐蚀性能的作用。当Cu-Ni-Zn体系合金中同时存在Si、P、Al等元素时，该类合金元素可以与Ni形成NiSi、NiP、NiAl等沉淀物，该类沉淀物晶体结构复杂，不易变形，对位错的运动具有较大的阻碍作用，可实现合金强度、硬度的提升，并具有改善合金切削性能的作用。Cu-Ni-Zn体系合金中，Ni还具有提升合金耐腐蚀性能的作用，其添加量决定了合金耐腐蚀性能的强弱。本发明锌白铜中Ni含量控制在12.1～18.0％，一方面若Ni含量低于12.1％，合金的耐腐蚀能力随之降低，达不到本发明所预期的耐腐蚀性能；若Ni含量大于18.0％，合金中Zn的添加量会相应的减少，再加上Ni的锌当量系数为较大的负值，此时合金为纯α相合金，具有良好的耐腐蚀性能，如通过水平连铸的方式生产，Bi元素聚集、热裂等导致成型难度大。如采用热挤压开坯生产难度较大，挤压机需要较大的吨位，采用高温热挤压存在热裂倾向。此外，镍的价格较高，含量过多会增加合金的原材料成本。本发明锌白铜中Ni含量优选12.5～16.5％，进一步优选13.5～15.5％。
Mn在Cu-Ni-Zn体系合金中具有较大的固溶度，通过固溶强化使合金的强度获得提升。当合金中加入一定量的Mn时，Mn可与Ni形成MnNi化合物，使合金具有沉淀强化效果。Mn具有除氧的效果，可改善合金铸锭的内部质量，同时Mn的锌当量系数为正值，具有扩大β相区的作用。本发明锌白铜中Mn含量控制在1.0～3.9％，进一步优选1.0～3.0％。一方面Mn含量过高会使合金中形成大量的MnNi化合物，导致合金过硬，使得机加工时刀具的磨损增加，另一方面Mn含量高会使β相含量增加，降低合金的耐腐蚀性能。而当Mn含量过低时，其对改善合金耐磨性及强度的效果有限。
Bi在本发明锌白铜合金中起提升合金机加工性能的作用，如合金的车削和钻削性能等。Bi几乎不固溶于铜，在铜合金中主要呈薄膜形态分布于合金的晶界，高温退火快速冷却条件下，Bi能部分存在晶内。Bi的熔点较低，合金在高速车削或钻削过程中产生的热量，可使刀具加工附近部位的Bi快速软化或使其呈熔融态，切断材料加工时的连续性，避免了加工过程的较长车屑缠刀问题。考虑到Bi主要以薄膜形态分布于晶界上，且液态Bi的表面张力较小，因此合金中Bi的含量不宜过高。一方面含Bi量高的锌白铜合金退火时纵裂倾向大，另一方面高含量的Bi聚集倾向增大，大面积的Bi颗粒会降低合金的抗腐蚀能力，从而减低合金的耐盐雾腐蚀性能，合金耐腐蚀性能难以达到预期。低于0.05％含量的Bi对改善合金的机加工性能不显著，难以实现快速车、钻削以及提高零件加工效率和加工质量的目的，与易切削不锈钢相比，无明显优势。因此本发明锌白铜中Bi含量控制在0.05～2.0％，优选0.3～1.5％，进一步优选0.5～1.2％。
作为优选，该锌白铜的重量百分比组成中，Cu、Ni的重量百分比含量满足：57.5≤100(Cu+Ni)≤62.5。本发明锌白铜中Cu和Ni元素含量变化会影响合金的相比例关系及耐盐雾腐蚀性能。Cu和Ni具有较高的化学电位，合金中Cu和Ni含量较高时，合金在具有盐雾环境工况下的使用较为稳定，发生电化学腐蚀的速率减慢，另外Cu和Ni在空气形成的氧化物具有致密性，可阻缓盐雾溶液对合金的侵蚀。当合金中的100(Cu+Ni)＜57.5时，合金中高电位的元素含量下降，合金的在盐雾溶液下的电化学反应速度加快，另Cu和Ni含量较低时，合金的β相区较大，且随着Cu和Ni含量的降低，合金中β相的比例呈增加的趋势。本发明锌白铜合金中β相含量的增加虽然对切削性能具有提升作用，但β相容易被腐蚀，降低合金的抗盐雾性能，因而需要控制在合理的范围内。当合金中的100(Cu+Ni)＞62.5时，合金的相组织为大量的α相和极少量的β相，在Cu和Ni含量更高的情况下，合金为单相组织，仅存在α相，此条件下合金具有优异的冷变形性能及耐盐雾腐蚀性能，抗中性盐雾性能可达48h以上，但合金的切削性能会逐渐下降，更为严重的是增加了合金拉伸退火的纵裂风险，且含量越高，合金开裂的倾向越大，此外也增加了合金的原材料成本。因而，本发明锌白铜合金中Cu、Ni的重量百分比含量需要满足57.5≤100(Cu+Ni)≤62.5，进一步优选满足58.5≤100(Cu+Ni)≤60.5。
作为优选，该锌白铜横截面的微观组织中β相的面积百分比含量与该锌白铜的重量百分比组成中Bi的重量百分比含量满足：1≤10(β+100Bi)≤15。进一步地，该锌白铜横截面的微观组织中β相的面积百分比含量不超过40％，优选10～30％。β相含量和Bi含量对本发明锌白铜的切削性能具有重要作用，两者对合金的切削性能均有提升效果，Bi颗粒对切削性能的提升效果显著大于β相。Bi颗粒和β相在合金中协同作用时，合金在两者含量相对少的情况下，仍可实现良好的易切削性，即两者含量满足1≤10(β+100Bi)≤15关系。当10(β+100Bi)＜1时，合金中无足够的改善切削性能的因素，合金的切削性能并不突出，和铅锌白铜相比差距较大；当10(β+100Bi)＞15时，若β相含量高，合金的抗盐雾腐蚀性能将下降明显；若Bi含量高，合金退火时Bi聚集倾向大，Bi的聚集对下一道次拉伸退火的应力释放较为敏感，由于Bi颗粒和晶粒的界面为弱界面，大量弱界面的存在，极易在合金应力释放过程出现沿晶开裂。该类界面对Cl-离子渗透的阻碍作用较弱，从而降低了合金的抗盐雾腐蚀性能。因此，本发明控制1≤10(β+100Bi)≤15，进一步优选6≤10(β+100Bi)≤12。
作为优选，该锌白铜的成品的[H]含量控制在10ppm以下。锌白铜合金含Ni时，会增加熔体的吸[H]量，尤其当合金中的Ni含量大于12％时，合金熔体的吸[H]趋势增加明显，且随着Ni含量的增加，吸[H]量呈递增的趋势。得到的合金铸坯若存在一定含量的[H]，合金在后续拉伸退火时极易出现纵裂的问题。若含[H]量高，合金退火时由于热膨胀程度增大，加上合金中Bi在退火时呈液态，且与基材的界面为弱界面，很容易因为合金的热膨胀而发生开裂；若是在微氧化气氛下退火过程中[H]与[O]发生反应，也容易形成裂纹。因而，需要对合金熔体的[H]含量进行严格控制，以免影响后续的加工，体现在最终成品上表现为成品的[H]含量在10ppm以下。
作为优选，该锌白铜横截面的微观组织中，面积小于60μm2的Bi颗粒的数量≥6个/3000μm2。本发明锌白铜通过拉伸及退火工艺对Bi颗粒面积及分布进行调控，目的是使Bi颗粒更为弥散地分布于铜合金基体中，使合金材料的切削性能更为均匀；同时弥散的Bi颗粒能够减小Cl-离子在Bi颗粒与晶粒之间弱界面的渗透。反之当Bi颗粒面积过大时，将增大Bi颗粒和晶粒之间的界面积，加速Cl-离子的渗透，降低合金的抗中性盐雾性能。
作为优选，该锌白铜的重量百分比组成中还包括以下元素：B:0.0001～0.2％、混合稀土:0.0001～0.2％。B可提高本发明锌白铜的抗脱锌性能，同时对细化合金的组织、提升合金的耐腐蚀性能和强度具有一定效果。但B含量过高，对合金的性能无明显的提升。本发明锌白铜中，可选的B元素含量控制在0.0001～0.2％。本发明锌白铜中添加的混合稀土起净化熔体、细化铸态组织的作用，同时适量的稀土具有改变晶界特性、提升合金耐腐蚀性能的效果。混合稀土含量在本发明锌白铜中控制在0.0001～0.2％。
作为优选，该锌白铜的重量百分比组成中还包括以下元素中的至少一种：Co:0.005～2.0％、Pb:0.0001～0.2％、Te:0.005～1.0％、S:0.001～0.2％、Se:0.001～0.2％、Ca:0.005～0.2％、Sb:0.005～1.0％、Si:0.005～2.0％、P:0.001～0.5％、Al:0.005～1.0％、Fe:0.005～2.0％、Mg:0.005～2.0％、As:0.0001～0.2％、Sn:0.005～2.0％、Cr:0.005～1.0％、Zr:0.005～0.3％、Ti:0.001～0.3％。
本发明锌白铜中Co元素与Ni元素在合金基体中具有相似作用，Co元素可以替代部分的Ni元素，当Co元素与Ni元素共同作用时，可进一步提高合金的强度及耐腐蚀性能。但Co属于稀缺的贵金属，成本显著高于金属Ni，从材料的经济性考虑其含量不宜过高。因而，本发明锌白铜中将可选的Co元素含量控制在0.005～6.0％。
Pb在合金中的作用机理与Bi相似，主要起提升合金切削性能的作用。Pb的熔点比Bi的略高，主要为游离，但会有在晶界相界偏聚分布，若Pb含量过高，会导致合金热加工性能变差，强度、延伸率降低，严重的可能发生热脆和应力开裂，因此本发明锌白铜中可选的Pb含量控制在0.0001～0.2％，优选0.0001～0.05％。
本发明锌白铜中S、Se、Te与Cu发生共晶反应，分别生成Cu2S、Cu2Se、Cu2Te化合物。Cu2S、Cu2Se、Cu2Te化合物在合金凝固过程中易发生偏析，富集在枝晶间或晶界处，对合金的切削性能起有益作用。本发明锌白铜中可选的S和Se元素含量均控制在0.001～0.2％，优选0.005～0.2％；可选的Te元素含量控制在0.005～1.0％，优选0.005～0.6％。
本发明锌白铜中Ca具有改善合金切削或钻削性能的效果。钙几乎不固溶于铜，以Ca质点的形式分布于基体中。在合金腐蚀的过程中，少量的Ca能在腐蚀通道中优先填充脱锌产生的空位，从而阻碍腐蚀扩散，提高锌白铜耐腐蚀性能。但Ca元素活泼性高，熔炼时极易烧损，含量过高易导致熔体粘度增大，造成合金浇铸困难，且在腐蚀过程中易形成腐蚀微电池，反而降低合金耐腐蚀性能。可选的Ca含量大于0.2％时，合金在挤压热加工时易出现碎裂，冷变形过程中的横裂纹也较容易萌发。经综合考虑，本发明将可选的Ca元素含量控制在0.005～0.2％。
本发明锌白铜中Sb本身性脆，部分固溶于铜，并与Cu形成脆性的金属间化合物，改善合金的切削性能，含量过高会增加刀具的磨损。故本发明锌白铜中可选的Sb元素含量控制在0.005～1.0％，优选0.005～0.5％。
由于Si的锌当量较大，能通过扩大合金的β相提升合金的切削性能。同时Si与Ni会形成NiSi化合物，具有提升合金强度的作用，且适量的Si在锌白铜腐蚀的过程中能够与O形成氧化膜，阻止脱锌层的扩散，提高合金的耐蚀能力。过高的Si含量虽有利于增加β相，提升合金切削性能和耐腐蚀性能，但其同时会增加NiSi化合物含量，进而增加刀具工作时的磨损。本发明锌白铜中可选的Si元素含量控制在0.005～2.0％，优选0.005～0.5％。
本发明锌白铜中P元素主要起脱氧和细化晶粒的作用，且可与Cu形成Cu3P，改善合金的切削性能；P也可与Ni可形成Ni-P相，提升合金的强度。当P含量超过0.5％时，合金在高温挤压时开裂倾向增大。本发明锌白铜中可选的P元素含量控制在0.001～0.5％，优选0.001～0.2％。
本发明锌白铜中的Al元素通过与Ni形成NiAl化合物来提升合金强度，另一方面Al的锌当量系数为正值，可扩大合金的β相相区，同时Al的表面离子化倾向较高，能优先在合金外表面形成一层致密坚固的Al2O3保护膜，该保护膜具有提高合金耐腐蚀性能的作用。本发明锌白铜中可选的Al元素含量控制在0.005～1.0％，优选0.005～0.5％。
Fe具有细化合金晶粒的作用，可与P形成FeP化合物，或者以单质铁的形式存在，提升合金的力学性能。当合金中存在大量的单质Fe颗粒时，合金的耐腐蚀性能减弱。因此本发明锌白铜中可选的Fe元素含量控制在0.005～2.0％，优选0.005～1.0％。
本发明锌白铜中的Mg微固溶于Cu，在合金的α相和β相中固溶均较微量，固溶强化效果不明显。Mg可与Cu形成复杂的金属间化合物，分布于晶内和晶界上，产生切口效应，该特性有助于车削过程的断屑，从而改善合金的切削性能。过量的Mg使得切削力增大，反而不利于合金切削。另一方面，Mg在锌白铜腐蚀过程中表现出与Ca相似的积极作用，但由于Mg的锌当量为正值，在一定程度上会扩大β相区，对合金耐腐蚀性能的提升作用虽存在但并不显著。因此本发明锌白铜中可选的Mg元素含量控制在0.005～2.0％，优选0.005～1.0％。
Sn可改善Bi的分布，进一步改善切削性能，同时Sn会向相界和晶界扩散和富集，使锌在α相晶界的扩散受阻，改善锌白铜的耐腐蚀性能。但由于Sn熔点较低，Sn含量过多反而会增加合金退火开裂的倾向，尤其在Sn含量添加大于2.0％时尤为明显。因此，本发明锌白铜中可选的Sn元素含量控制在0.005～2.0％，优选0.005～1.0％。
Cr可提升合金的耐腐蚀性能，在锌白铜中可形成单质Cr相，提升强度和切削性能，本发明锌白铜中可选的Cr元素含量控制在0.005～1.0％，优选0.005～0.6％。
Ti和Zr具有细化晶粒的作用，在热处理过程中有时效强化作用，通过形成CuTi和CuZr化合物实现合金强度的提升，并能改善合金的切削性能。锌白铜发生腐蚀的过程中，Zr在被氧化后，其氧化物与腐蚀产物在合金表面聚集成膜，能够有效的减缓腐蚀进行。本发明锌白铜中可选的Zr元素含量控制在0.001～0.3％，优选0.001～0.1％；可选的Ti元素含量控制在0.001～0.3％，优选0.001～0.1％。
本发明锌白铜的抗拉强度≥600MPa，耐中性盐雾腐蚀时间≥36h，切削性能为普通锌白铜的200％以上，可应用于通讯设备、医用设备、精密仪器仪表、电子烟、制笔等行业。
本发明易切削锌白铜的制备方法包括以下流程：水平连铸→拉伸→中间退火→拉伸→成品。作为优选，所述的中间退火过程为：首先以小于8℃/min的升温速率升温至130～220℃，保温30～150min，然后以5～10℃/min的升温速率升温至550～720℃，保温2～12h。
本发明锌白铜可以根据不同的应用需求加工成棒材、线材等。以棒材为例，本发明锌白铜可采用以下工艺路线进行制备：水平连铸→拉伸(刨皮)→退火→酸洗→拉伸→成品，其中：
(1)水平连铸：本发明锌白铜的熔铸采用水平连铸方式，熔炼温度1050～1250℃，保温炉温度控制在1030～1200℃，优选1050～1150℃。金属Ni和Mn的熔点比Cu高100～500℃，主要以单质金属的形式加入熔炼炉，在本发明锌白铜中的添加比例超过10％。如果熔炼温度过低，不利于高熔点金属Ni和Mn的熔化，合金熔体的精炼效果较差。若保温炉熔体温度低，则易出现拉铸熔体流动性差，导致拉铸的铸坯表面及内部质量不良，如合金铸锭表面微型孔洞。本发明锌白铜含Zn超过30％、铸造温度超过1200℃时，合金熔体极易出现“喷火”现象，熔体“喷火”有利于气体的排出，但同时造成Zn大量挥发，铸锭的成分难于控制在目标范围内。本发明锌白铜合金在熔炼炉熔体转炉前需要进行氧化精炼处理，精炼后的熔体[H]含量控制在10ppm以下。本发明锌白铜的拉铸速度控制在220～320mm/min，优选260～300mm/min。若拉铸速度过低，熔体凝固过快，合金的固液区靠近炉口，铸坯与石墨结晶的摩擦接触区增加，拉铸力增大，严重可能出现拉不动现象，另外低拉速下，合金铸坯的生产效率低。若拉铸速度过高，则合金的固液区向结晶器口靠近，不利于熔体的气体排出，且合金的固液区过于靠近结晶器出口，如果此时保温炉存在炉温波动，那么极有可能出现拉漏现象。
(2)拉伸：本发明锌白铜连铸坯拉伸变形率控制在75％以下，拉伸道次加工率控制在5～30％，两次退火之间的拉伸变形总加工率不超过60％，拉伸道次加工率控制在10～35％。合金的道次加工率的控制主要与微观组织有关，形成细小的组织，一定程度上提升成品的耐腐蚀性能。为了进一步使连铸坯具有较好的塑性，亦可预先对连铸坯进行均匀化退火，增加连铸坯拉伸的总变形量，这更有助于破碎铸态组织。
(3)退火：本发明锌白铜退火温度选择550～700℃，保温时间2～12h。若退火温度低于550℃，合金软化的驱动力小，对降低合金的位错密度不显著，软化效果差；若退火温度高于700℃，位错密度下降迅速，组织容易粗大，降低材料的塑性，此外高温退火时，合金棒、线表面存在严重的脱锌，合金组织外沿呈粗大的α相晶粒分布，脱锌层尺寸过大，将降低合金外层金属车削时的断屑效果。本发明锌白铜采用阶梯退火的方式进行热处理，具体地，阶段一以小于8℃/min的速率升温至130～220℃，保温30～150min，然后阶段二以5～10℃/min的升温速率升温至550～700℃，保温2～12h。由于本发明锌白铜的Ni含量较高，拉伸加工后的残余应力较大，所以需要分阶段进行热处理，阶段一以较慢的升温速率加热至130～220℃退火以缓慢释放部分残余应力，降低整体的应力，避免阶段二退火中可能由残余应力释放速度过快引起的开裂问题；阶段二则以相对阶段一较快的速率升温至550～700℃，一方面使合金表面的拉应力减小，降低表面产生微小裂纹的倾向，从而提高表面的耐蚀能力，另一方面有利于最终组织产生更多的孪晶，进一步提升合金的耐中型盐雾腐蚀性能。
以上工艺路线中，拉伸退火的次数视成品规格及性能要求而定，拉伸工序亦可采用轧制工序代替，亦可采用“半连铸+挤压”之后拉伸的方式制备成品。
与现有技术相比，本发明具有如下优点：
(1)本发明通过调控合金成分和工艺使合金具有优异的强度、冷热加工性能、切削性能及耐盐雾腐蚀性能。
(2)本发明通过控制合金熔炼时熔体的[H]含量，以减小合金因退火气体热膨胀而引发的开裂倾向。
(3)本发明锌白铜的抗拉强度≥600MPa，耐中性盐雾腐蚀时间≥36h，切削性能为普通锌白铜的200％以上。
(4)本发明锌白铜实现了耐中性盐雾腐蚀性能和易切削性能的良好匹配，适用于制备各种高速加工且应用环境苛刻的零部件。
(5)本发明锌白铜可以加工成棒、线等产品，满足通讯设备、医用设备、精密仪器仪表、电子烟、制笔等行业的需求。
附图说明
图1为实施例10的易切削锌白铜的SEM显微组织照片；
图2为实施例10的易切削锌白铜的OM显微组织照片。
具体实施方式
以下结合附图实施例对本发明作进一步详细描述。
根据表1实施例1～31中锌白铜及比较例1～4的成份进行配料，原料采用全新料，亦可采用新料搭配旧料的方式。熔炼时熔炼炉温度控制在1120℃左右，熔炼完成后进行成分测试，根据成分结果补偿或冲淡，成分合格后倒入保温炉。当保温炉温度恒定在1080℃时，进行水平连铸，铸锭规格
四道次拉伸刨皮至
退火温度630℃，保温时间3h退火。
拉伸至
按相关国家及行业标准规定方法检测本发明实施例1～31锌白铜棒材及比较例1～4的棒材的抗拉强度、切削性能，试验结果见表2。其中，室温拉伸试验按照《GB/T228.1-2010金属材料拉伸试验第1部分：室温试验方法》在电子万能力学性能试验机上进行。
在相同的机械加工条件下，采用切削力实验仪测得各实施例合金的切削力，并由此计算出各实施例合金及比较例合金相对于锌白铜C75200的切削性指数，假设C75200的切削性是100％。结果见表2。
为了准确地检测合金中的微量的[H]，锌白铜成品中[H]含量测试方法采用可以采用熔融热导法、热脱附谱检测法来进行定量测定，结果如表2所示。
并对实施例1～31中锌白铜成品及比较例合金的微观组织结构进行分析，结果如表2所示。其中实施例10的易切削锌白铜的显微组织照片见图1和图2，从图1中可以看出白色的Bi颗粒分布，从图2中可以看出β相分布。
其中比较例1成分符合普通锌白铜C75200标准牌号；比较例2～4在本发明成分范围外；比较例5符合本发明合金成分含量，在未控制[H]含量的情况下采用常规“半连铸+挤压开坯”工艺制备。
上述实施例及比较例的性能测试结果证明，与C75200以及本发明合金成分以外的对比合金相比，本发明合金具有包括优异的强度、冷热加工性能、切削性能和耐中性盐雾腐蚀性能在内的综合性能。
表1实施例、比较例的成分
*公式1＝100(Cu+Ni)
*公式2＝10(β+100Bi)
表2实施例、比较例的性能测试结果
*比较例5合金在拉伸过程中发生开裂
Claims (10)
1.一种易切削锌白铜，其特征在于，该锌白铜的重量百分比组成为：Cu:40.5～48.5％，Ni:12.1～18.0％，Mn:1.0～3.9％，Bi:0.05～2.0％，余量为Zn和不可避免的杂质。
2.根据权利要求1所述的一种易切削锌白铜，其特征在于，该锌白铜的重量百分比组成中，Cu、Ni的重量百分比含量满足：57.5≤100(Cu+Ni)≤62.5。
3.根据权利要求1所述的一种易切削锌白铜，其特征在于，该锌白铜横截面的微观组织中β相的面积百分比含量与该锌白铜的重量百分比组成中Bi的重量百分比含量满足：1≤10(β+100Bi)≤15。
4.根据权利要求3所述的一种易切削锌白铜，其特征在于，该锌白铜横截面的微观组织中β相的面积百分比含量不超过40％。
5.根据权利要求1所述的一种易切削锌白铜，其特征在于，该锌白铜的成品的[H]含量控制在10ppm以下。
6.根据权利要求1所述的一种易切削锌白铜，其特征在于，该锌白铜横截面的微观组织中，面积小于60μm2的Bi颗粒的数量≥6个/3000μm2。
7.根据权利要求1所述的一种易切削锌白铜，其特征在于，该锌白铜的重量百分比组成中还包括以下元素：B:0.0001～0.2％、混合稀土:0.0001～0.2％。
8.根据权利要求1所述的一种易切削锌白铜，其特征在于，该锌白铜的重量百分比组成中还包括以下元素中的至少一种：Co:0.005～2.0％、Pb:0.0001～0.2％、Te:0.005～1.0％、S:0.001～0.2％、Se:0.001～0.2％、Ca:0.005～0.2％、Sb:0.005～1.0％、Si:0.005～2.0％、P:0.001～0.5％、Al:0.005～1.0％、Fe:0.005～2.0％、Mg:0.005～2.0％、As:0.0001～0.2％、Sn:0.005～2.0％、Cr:0.005～1.0％、Zr:0.005～0.3％、Ti:0.001～0.3％。
9.根据权利要求1所述的一种易切削锌白铜，其特征在于，该锌白铜的抗拉强度≥600MPa，耐中性盐雾腐蚀时间≥36h，切削性能为普通锌白铜的200％以上。
10.权利要求1～9中任一项所述的易切削锌白铜在通讯设备、医用设备、精密仪器仪表、电子烟、制笔行业中应用。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20210409 |
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| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |