CN1291051C - 无铅易切削锑黄铜合金 - Google Patents
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Abstract
一种无铅易切削锑黄铜合金，它由重量%：铜：55～65%、锑：0.3～2.0%、锰：0.4～1.6%、其它元素：0.1～1.0%，所述的其它元素包括钛、锆、硼、铁、稀土金属、镁、硅中的至少二种元素，其余为锌和不可避免的杂质；它不含有铅。其制造方法是将上述的合金组成在630-720℃温度下进行大挤压比挤压，中间热处理按冷加工的条件在420～700℃温度下进行，在低于400℃的温度下进行消除应力的退火。本发明的优点在于具有优异的切削性能，良好焊接性能、优良的耐蚀性和抗高温氧化性能，特别适用于切削加工成型的零部件、锻件、铸件和作为其它制造方法的零部件材料；其次是制造成本低，仅相当于现有技术的铅黄铜的制造成本，并可充分利用我国极其丰富的锑资源优势，带动锑金属的下游产业发展。
Description
技术领域
本发明涉及一种不含铅的黄铜合金，尤其涉及一种具有优异的机械性能与耐腐蚀性能的无铅易切削锑黄铜合金。它特别适用于民用供水系统管道铸件、阀件、开关连接件、电子通讯器械的接插件、家用电气、儿童玩具以及机械与汽车制造业中的紧固件等领域；它是一种有利于人类健康与环境保护的金属材料，也是目前广泛应用的会引起对人体和环境有恶劣影响的铅黄铜的理想替代品。
背景技术
铅黄铜具有优良的冷热加工性能、极好的切削性能和自润滑等特点，能满足各种形状零部件的机加工，因此含铅黄铜也就被世界公认为重要的基础材料而广泛应用到民用供水系统的管路铸件及配件、家电与儿童玩具的零部件、汽车及机械制造业的紧固件等广泛领域。
然而铅是一种对环境和对人体有害的元素，铅对人体血液和神经系统特别是对儿童的肾和脑神经会造成不可逆转的损伤，严重的会造成血铅、脑铅中毒、神经受阻、智力迟钝、痴呆、好动等不良后果。近年来世界各国的医学专家已发现含铅黄铜对人类健康和环境卫生构成了威胁，北欧、美国、日本和中国等医学研究机构均已做出了铅黄铜对人类环境造成危害的报告，因而各国政府也相继提出了对含铅铜合金应用的政府限令，去年，日本政府已将铅在水中的浸出量限制在0.01mg/l。而中国医科大学医学专家对中国科技大学少儿班的少年大学生做了一次血铅量的测试，结果表明少儿大学班的学生血铅量为0.0012mg/l以下。可见血液中血铅低者智商高，而血铅高者智商低，脑神经发育受阻。
鉴于上述原因，近年来美国、欧共体、日本、中国等国家对铜合金中的铅含量分别做出了严格控制的限令，并将不断减少其中的铅含量，因而含铅黄铜的应用将面临严格的限制和挑战，因此相继开发无铅易切削铜合金来替代含铅铜合金，是当今世界金属材料制造业所面临的刻不容缓的重大课题。
目前国外如美国和日本也发明了一种不含铅的黄铜合金，其中例如中国专利申请号02121991.5说明书中已公开的一种发明专利《无铅易切削黄铜合金材料和它的制造方法》，是日本三越金属株式会社发明的无铅易切削黄铜合金材料，它不含有铅，且具有优良的切削性能、耐蚀性能、热加工性能，特别是热铸造性能。其制造方法是：本合金含有重量％：铜：60.0～62.0％、铋：0.5～2.2％、铝：0.01～0.1％、锡：0.5～1.6％、磷：0.04～0.15％、其余为锌和不可避免的杂质成分，在460～600℃温度下进行30分～4小时热处理，以70℃/小时以下的冷却速度缓冷。上述发明专利的无铅易切削黄铜合金材料为铜-锌-铋系合金，该合金中含有铋，在制造时由于铋的成本高，且世界资源临近枯竭，没有竞争力。
发明内容
本发明的目的是为了提供一种不含铅的具有优良易切削性、易冷热成型和良好的焊接性和优异的耐蚀性能，并可替代含铅铜合金的不会造成对环境污染的无铅易切削锑黄铜合金。
本发明的目的是通过提供具有如下各列合金组成的无铅易切削锑黄铜合金而实现的：
本发明无铅易切削锑黄铜合金之一的化学成分组成为含有重量％：铜：55～65％、锑：0.3～2.0％、锰：0.4～1.6％、其它元素：0.1～1.0％，所述的其它元素包括钛、锆、硼、铁、镁、硅、稀土金属中的至少二种元素、其余为锌和不可避免的杂质；所述的合金组成中铜加锌大于97％且不等于100％，其中锌大于35％。
所述的无铅易切削锑黄铜合金之一的金属组成为含有重量％：铜：57～62％、锑：0.5～1.5％、锰：0.5～1.2％、其它元素：0.2～1.0％，所述的其它元素包括钛、锆、硼、铁、镁、硅、稀土金属中的至少二种元素、其余为锌和不可避免的杂质；所述的金属组成中铜加锌大于97.5％且不等于99％，其中锌大于35％。
所述的无铅易切削锑黄铜合金之一为混合型金相组织，其相组成为：以α、β两相为主和少量细小均匀分布的含锑金属间化合物的硬脆相。
所述的无铅易切削锑黄铜合金之一利用低熔点的锑在铜中有一定的固溶度(在630℃时最大固溶度为5.9；210℃时最大固溶度为1.1)，且会在晶界产生聚集的特性，使含锑质点均匀细小地分布在晶界和晶内，进而使含锑合金具备了像铅黄铜一样的切削性能。同时又添加了细化晶粒的其它元素，使含锑硬脆相分布更加均匀，从而有效地抑制了添加锑所引起的脆断倾向，增加了合金的切削性和强度、塑性，并使锑黄铜获得了像铅黄铜那样优异的切削性能和其它各项优良的性能。
锑含量低于0.4％形成的晶界聚集不能满足工业上对高切削性的要求，锑含量大于2％，脆性断裂严重，对合金的切削性能和其它性能会大大减弱。锰起固溶强化和阻止脱锌作用，特别在有硅、铁时，在晶界会生成Mn5Si3和富铁的强化相，同时锰少于0.4％会减弱强化效果，而锰大于1.6％会增加强化效应，但会影响切削性能，而含量在0.4-1.6％之间不仅起到强化晶界作用而且一定程度地也会增加切削性能和耐磨性能。
所述的其它元素中的钛、锆、硼、铁、镁、硅、稀土金属稀土金属中至少二种元素加入的作用：一是脱氧、细化晶粒；二是与锑等元素形成硬脆相，使含锑的金属间化合物硬脆相分布更均匀细小，从而有效地抑制了锑聚集脆断倾向，进而满足了工业上需要的优良的切削性能，优异的冷热成型性能和良好焊接性能。其它元素总含量少于0.1％，达不到晶界强化的性能和满意的切削效果，其它元素含量大于1.0％，使含晶粒进一步细化，这虽然有益于切削性能，但由于形成其它的硬脆相而满足不了后面的冷成型性能，增加制造成本，影响推广使用效果。
添加钛、锆和镁可脱氧、细化晶粒、抑制柱状晶发展，并与锑等低熔点物质生成高熔点的金属间化合物优先分布在晶界上，同时促使含锑质点细小均匀分布在晶界和晶内，抑制了合金的脆断倾向，使合金优异的切削性能得以实现，并使合金增加了强度、塑性、耐蚀性能和抗氧化性能，一般添加该两种元素在合金中的含量为0.01-0.6％为宜。锆可取中下限，如钛、锆加入量大于0.6％会增加合金的制造成本。铁、硼、稀土金属也可细化晶粒，阻止晶粒长大，限制β相转变数量，形成金属间化合物，提高软化点，增加强度，提高冷热成型性能，特别是硼还可以促成合金的动态再结晶，使合金耐蚀性提高，一般加入量为0.001-0.2％为宜。硼可取中下限，稀土金属是优良的变质剂和精炼净化剂，几乎不固溶于铜，它与铜中的铋和锑等形成高熔点金属化合物，分布在晶内提高塑性、耐磨性，抑制脆性，细化晶粒，一般含量为0.003-0.3％，加入的稀土金属以镧为基的混合稀土最佳，可增加导电率，过多会降低流动性。添加硅，主要是用于在合金中脱氧，改善合金熔体的流动性，生成金属间化合物，增加了强度而不是使合金生成高硅的硬脆性γ相，一般加入量为0.2～0.8％，有利于含锑质点的均匀分布和切削性能以及焊接性能的提高，锌大于35％会有利于切削性的提高，但过高会影响冷加工的塑性。
上述的本发明无铅易切削锑黄铜合金之一具有优异的冷热成型性能和优良的切削性能以及优良的焊接性能的合金。
本发明无铅易切削锑黄铜合金之二的合金组成为含有重量％：铜：55～65％、锑：0.3～1.5％、镍：0.1～0.6％，当锑含量在中限以下时，镍也可以不做主成份、其它元素：0.2～1.0％，所述的其它元素包括钛、铁、硼、锂、镁、稀土金属、磷中的至少二种元素、其余为锌和不可避免的杂质；所述的金属组成中铜加锌大于97％且不等于100％，其中锌大于35％。
所述的无铅易切削锑黄铜合金之二的合金组成为含有重量％：铜：58～63％、锑：0.4～1.0％、镍：0.2～0.4％、其它元素：0.35～0.8％，所述的其它元素是指下列的钛、铁、硼、锂、镁、稀土金属元素中的至少二种元素，余量为锌和工艺所带入的不可避免的杂质成分；所述的合金组成中铜加锌大于97.5％且不等于99％，其中锌大于35％。
所述的无铅易切削锑黄铜合金之二的相组成为：以α、β两相为主，少量细小均布的含锑金属间化合物硬脆相。
所述的无铅易切削锑黄铜合金之二也是利用锑在铜中产生晶界聚集特性，同时又添加细化晶粒的其它元素，使含锑的金属间化合物硬脆相分布更均匀细小，从而有效地抑制了锑引起的聚集脆断倾向，致使含锑黄铜合金获得了像铅黄铜那样优异的切削性能，增加了强度和塑性，良好的冷热成型性能、优异的焊接性能、优良的抗高温氧化性能、铸造性能及其它各项性能。
锑含量低于0.3％，该合金难以满足工业上对切削性的要求，锑大于1.5％特别是大于2％，在该合金中形成的有害脆性化合物增多，会影响冷成型的效果。
镍是基体的强化和阻止脱锌元素，同时抑制晶粒长大，增加强度、塑性和耐蚀性。镍含量少于0.1％，难以满足工业需求的各项性能要求，镍含量大于0.6％又会增加合金的制造成本。
所述的其它元素中的钛、铁、硼、锂、镁、稀土金属、磷中至少二种元素的加入作用，一是脱氧，细化晶粒；二是与锑等元素形成高熔点金属间化合物的硬脆相，有效控制合金的软化脆化程度，使含锑质点细小均布在晶界和晶内，从而使合金具有优良切削性能，良好的冷热成型性能和优异的焊接性能以及耐蚀性能。所述的其它元素总含量少于0.1％达不到晶界强化和满意的切削性能，所述的其它元素总含量大于1.0％，虽可进一步细化晶粒，改善切削性能，但无益于冷成型性能，并会增加制造成本，影响推广使用效果。
添加钛、镁、锂可脱氧，细化晶粒，抑制柱状晶发展，并与锑等物质生成高熔点的金属间化合物，细小均匀优先分布在晶界上，同时促使含锑质点细小均匀分布在晶界和晶内，有效地抑制合金的脆断倾向，使合金优异的切削性能得以实现，并使合金增加了塑性，强度和耐蚀性能，上述元素在合金中添加量一般为0.001～0.6％为宜，钛、锂取中下限，取上限会增加成本，镁可取中上限，铁、硼、磷稀土金属也可细化晶粒，形成金属间化合物，提高软化点，增加强度、耐蚀性能和抗氧化性能、提高冷热成型性能，硼还可以促成合金的动态再结晶，一般加入量为0.001～0.2％。磷在该合金中主要起脱氧和增加铸造流动性、阻止脱锌的作用，有利于切削性能的提高，加入量为0.005～0.3％。稀土金属是优良的变质剂和精炼净化剂，在铜中与铋、锑等形成高熔点金属间化合物，分布在晶内，提高塑性、耐磨性，抑制脆性、细化晶粒，加入量为0.003～0.3％，其中以镧为基体的混合稀土最佳，可增加导电率，加入量过多会降低流动性。锌大于35％，会有利于切削性能的提高，但过高会影响冷成型性能。
上述的本发明无铅易切削锑黄铜合金之二是具有优异的切削性能、优良的冷热成型性能和优异的焊接性能、耐蚀性能的合金。
本发明无铅易切削锑黄铜合金之三的合金组成为含有重量％：铜：55～65％、锑：0.4～1.8％、硅：0.4～1.5％、其它元素：0.2～1.2％，所述的其它元素包括铁、锡、硼、稀土金属、磷、锰、锂中的至少二种元素、其余为锌和不可避免的杂质；所述的金属组成中铜加锌大于97％且不等于100％，其中锌大于33％。
所述的无铅易切削锑黄铜合金之三的金属组成为含有重量％：铜：57～64％、锑：0.6～1.2％、硅：0.7～1.0％、其它元素：0.2～1.0％，所述的其它元素包括铁、锡、硼、稀土金属、磷、锰、锂中的至少二种元素、其余为锌和不可避免的杂质；所述的金属组成中铜加锌大于97.5％且不大于99％，其中锌大于33％。
所述的无铅易切削锑黄铜合金之三的相组成为：以α、β两相为主和少量的细小均匀分布的含锑金属间化合物硬脆相。
所述的无铅易切削锑黄铜合金之三也是充分利用锑在铜中产生晶界聚集特性，同时又添加细化晶粒的金属元素其它元素，使含锑的金属间化合物硬脆相分布更均匀细小，从而有效地抑制了锑引起的脆断倾向，致使含锑黄铜合金获得了像铅黄铜那样优良的切削性能，增加了强度和塑性，良好的冷热成型性能、优异的焊接性能和铸造性能及其它各项性能。
锑含量低于0.3％，该合金难以满足工业上对切削性的要求，锑含量大于1.5％特别是大于2％，在该合金中形成的有害脆性化合物增多，会影响冷成型的效果。
添加硅主要是用于合金中脱氧，改善金属铸造焊接流动性，生成金属间化合物，增加强度和耐磨性能，而不是使合金生成高硅的γ硬脆相，一般加入量在0.4～1.5％，有利于切削性能和焊接性能的提高，同时在焊接时硅还可以抑制锌蒸发及氧化物夹杂，从而大大提高焊接的工艺性能。
所述的其它元素中的铁、锡、硼、稀土金属、磷、锰、锂中二种元素的加入，一是脱氧，细化晶粒；二是与锑等元素形成高熔点金属间化合物硬脆相，有效控制合金的软化脆化程度，使含锑质点细小均布在晶界和晶内，从而使合金具有优良切削性能，良好的冷热成型性能和优异的焊接性能以及耐蚀性能。所述的其它元素少于0.1％达不到晶界强化和满意的切削性能，所述的其它元素总含量大于1.0％，虽可进一步细化晶粒，改善切削性能，但无益于冷成型性能提高，并会增加制造成本，影响推广使用效果。
锡是固溶强化和抑制脱锌元素，和磷一起强化基体有利于各相的分散均布和强化相形成，还有利于强度、耐磨性和切削性的提高，在该合金中含0.2～0.5％为宜。
添加锂可脱氧，细化晶粒，抑制柱状晶发展，并与锑等物质生成高熔点的金属间化合物，细小均匀分布在晶界上，同时也促使含锑质点细小均匀分布在晶界和晶内。有效地抑制合金的脆断倾向，使合金优良的切削性能得以实现，并使合金增加了塑性、强度和耐蚀性能，在合金中的添加量一般为0.001～0.4％为宜，取上限会增加成本。锰起固溶强化和阻止脱锌作用，特别在有铁、硅时，在晶界会生成Mn5Si3和富铁相，在该合金中锰0.2～0.5％，有一定程度的强化效果。铁、硼、磷、稀土金属也可细化晶粒，形成金属间化合物，提高软化点，阻止脱锌，增加强度、提高冷热成型性能，硼还可以促成合金的动态再结晶，一般加入量为0.001～0.2％。磷在该合金中主要起脱氧和增加合金铸造流动性，有利于切削性能的提高，加入量为0.005～0.3％。稀土金属是最优良的变质剂和精炼净化剂，在铜中与铋、锑等形成高熔点金属间化合物，均布于晶内，提高塑性、抑制脆性、细化晶粒，一般含量为0.003～0.3％，以镧为基体的混合稀土最佳，可增加导电率，加入量过大会降低流动性。锌含量大于33％，会有利于切削性能的提高，但过高会影响冷成型性能。
上述的本发明无铅易切削锑黄铜合金之三具有较高强度与耐磨性以及优良的切削性能的合金。
本发明无铅易切削锑黄铜合金之四的金属组成为含有重量％：铜：Cu55～65％、锑：0.3～1.5％、铋：0.16～1.0％、其它元素：0.1～1.5％，所述的其它元素包括锡、硼、锂、钛、铬、镁、铁、磷、稀土元素中的至少二种元素、其余为锌和不可避免的杂质；所述的金属组成中铜加锌大于97％，其中锌大于35％。
所述的无铅易切削锑黄铜合金之四的金属组成为含有重量％：铜：57～63％、锑：0.5～1.2％、铋：0.4～1.0％、其它元素0.3～1.2％，所述的其它元素包括锡、硼、锂、钛、铬、镁、铁、磷、稀土元素中的至少二种元素、其余为锌和不可避免的杂质；所述的金属组成中铜加锌大于97.5％且小于99％，其中锌大于35％。
所述的无铅易切削锑黄铜合金之四的相组成为：以α、β两相为主和少量的细小均匀分布的含锑金属间化合物的硬脆相以及铋的颗粒。
所述的无铅易切削锑黄铜合金之四也是充分利用锑在铜中产生晶界聚集特性，同时又添加细化晶粒的所述的其它元素，使含锑的金属间化合物硬脆相和颗粒分布更均匀细小，从而有效地抑制了锑引起的聚集脆断倾向，致使含锑黄铜合金获得了像铅黄铜那样优良的切削性能，增加了强度和塑性，良好的冷热成型性能、优异的焊接性能和铸造性能及其它各项性能。
锑含量低于0.3％，该合金难以满足工业上对切削性的要求，锑大于1.5％特别是大于2％，在该合金中形成的有害脆性化合物增多，会影响冷成型的效果。
铋不溶于α相中，以颗粒分散、均布于基体中，与锑一起加入也得到更好的切削性能，但超过1.0％会降低冷热成型性能，同时制造成本也高，低于0.16％满足不了切削性能要求。
所述的其它元素中的锡、硼、锂、钛、铬、镁、铁、磷、稀土元素中至少二种元素的加入，一是脱氧，细化晶粒；二是与锑等元素形成高熔点金属间化合物的硬脆相，有效控制合金的软化脆化程度，使含锑质点细小均布在晶界和晶内，从而使合金具有优良的切削性能、良好的冷热成型性能和优异的焊接性能以及耐蚀性能。所述的其它元素总含量少于0.1％达不到晶界强化效果和满意的切削性能，所述的其它元素总含量大于1.0％时虽可进一步细化晶粒，改善切削性能，但无益于冷成型性能的提高，并会增加制造成本，影响推广使用效果。
锡是固溶强化和抑脱锌元素，和磷一起强化基体有利于各相的分散均布，有利于强度耐磨性和切削性的提高，在该合金中含0.2～0.5％为宜。
添加锂、镁、钛、铬可脱氧，细化晶粒，抑制柱状晶发展，并与锑等物质生成高熔点的金属间化合物，细小均匀分布在晶界晶内，同时也使含锑质点细小均匀分布在晶界和晶内。有效地抑制合金的脆化倾向，使合金优良的切削性能得以实现，并使合金增加塑性，强度和耐蚀性能和抗氧化性能，在合金中添加量一般在0.003～0.6％为宜，锂、铬、钛取中下限，取上限会增加成本，镁取中限，铁、硼、磷、稀土金属也可细化晶粒，阻止脱锌形成金属间化合物，提高软化点，增加强度、提高冷热成型性能，硼还可以促成合金的动态再结晶，一般加入量为0.001～0.2％。磷在该合金中主要起脱氧和铸造流动性，有利于切削性能的提高，加入量为0.05～0.3％，稀土金属是优良的变质剂和精炼净化剂，在铜中与铋、锑等形成高熔点金属间化合物，均布于晶内，提高塑性、抑制脆性、细化晶粒，一般含量为0.003～0.3％，以镧为基体的混合稀土最佳，可增加导电率，加入量达多会降低合金流动性。锌大于35％时会有利于切削性能的提高，但过高会影响冷成型性能。
上述的本发明无铅易切削锑黄铜合金之四具有优异的切削性能、优良的冷热成型性能和抗氧化性能的合金。
从上述的本发明无铅易切削锑黄铜合金之一到上述的本发明无铅易切削锑黄铜合金之四的四种无铅易切削锑黄铜合金发明中添加锑等元素后，切削性大大地提高。这些含铜量较低的锑黄铜合金含有α相β相和其它少量的硬脆相，硬脆相细小均匀分布在晶界和晶内并有沉淀强化作用，提高了合金的切削性能，同时也增强了合金的耐蚀、耐磨机械性能和冷热成型性能。
从上述的本发明无铅易切削锑黄铜合金之一到上述的本发明无铅易切削锑黄铜合金之四的四种无铅易切削锑黄铜合金发明中，所述的铅即使作为不可避免的杂质，其含量不宜超过0.03重量％。所述的合金制造方法是将重量％：铜：55～65％、锑：0.3～2.0％、锰：0.4～1.6％、其它元素：0.1～1.0％、其余为锌和不可避免的杂质所构成的合金成分，在630-720℃温度下进行大挤压比挤压，中间热处理按冷加工的条件在420～700℃温度下进行，在低于400℃的温度下进行消除应力的退火。
与现有技术相比，本发明的优点在于：1.具有优异的切削性能，良好焊接性能、优良的耐蚀性和抗高温氧化性能，特别适用于切削加工成型的零部件、锻件、铸件和作为其它制造方法的零部件材料；2.制造成本低，仅相当于现有技术的铅黄铜的制造成本，因而具有市场竞争优势；3.可充分利用我国锑资源极其丰富的优势，带动我国的锑金属的下游产业发展，为世界提供含锑的新型合金材料。
附图说明
图1为本发明合金的车屑形貌示意图，车削进刀量为0.5毫米；
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。
实施例对本发明无铅易切削锑黄铜合金按下列各表中的合金成份组成铸锭、挤压成圆棒；对比样是美国的含铅黄铜品种C36000，它是世界公认的切削性最好的含铅黄铜，也进行同样的加工成形。
其生产工艺流程方法如下：
原材料准备——连续铸锭——铸锭加热——挤压——拉伸——热处理——酸洗——拉伸——矫直抛光——消除应力退火——检验成品包装。
其中转入热处理的工艺流程实施过程证明，热处理低于400℃的消除应力退火是必须进行的，而中间热处理需根据冷加工的条件在420～700℃温度下退火为宜，但应尽量避开中温脆性区退火。
本发明无铅易切削锑黄铜合金的各种系列发明合金的铸锭其尺寸为Φ170*400毫米，在相同的设备条件与不同的挤压温度630℃～720℃下，挤压成Φ8毫米的棒线材，其具体成份含量为见表11、表12、表13、表14所示。
表11：本发明无铅易切削锑黄铜合金的发明之一的成份组成实例：(重量％)
表12：本发明无铅易切削锑黄铜合金的发明之二的成份组成实例：(重量％)
表13：本发明无铅易切削锑黄铜合金的发明之三的成份组成实例：(重量％)
表14：本发明无铅易切削锑黄铜合金的发明之四合金成份组成实例：(重量％)
本发明无铅易切削锑黄铜合金的性能测试如下：
1.切削性实验
本发明无铅易切削锑黄铜合金的四种合金相对应的挤制坯料进行不同的热处理制度和冷拉伸工艺，得到的对应的车屑形貌如图1所示。
通过车削和钻孔评价切削性的实验是这样进行的：
采用相同的刀具、相同的切削进刀量、相同的切削时间，得到相同的刀具寿命时的相对切削速度，且采用测力仪测得的切削力计算出各发明合金的机加工切削性能，对比样为易切削黄铜C36000(C36000是世界公认的切削性最好的含铅黄铜，其切削性被认为是100％)，结果见表10。
钻孔加工，要求：相同的钻头、钻孔速度、钻孔深度和进钻速度。对比样为C36000。各合金钻屑形状见表10。
除了C36000外，本发明合金还与美国NAKAYAMA公司的Cu-Zn-Bi系合金、日本三宝公司的Cu-Zn-Si系合金进行了对比，通过切削、钻孔加工，得到发明合金的机加工综合切削性能，结果见表10。
表10.发明合金与对比合金的机加工综合切削性能对比
从表10中可明显地看出：切削性能与传统的含铅黄铜C36000的相近，比日本、美国的同类产品优异。
2.热压缩实验
从第一到第四发明合金挤制品上各取Φ8*20mm做试样，另外对比样C36000也取相同规格，作热压缩试验，。试样在670℃加热30分，然后轴向加载，变形量为70％，长度由20mm减少为6mm，在5-10倍放人镜下观察其变形后表面裂纹情况。
我们可以看到，经热压缩实验后，发明合金与C36000合金的表面均无裂纹。可见发明合金的热加工性与C36000相当或更好，适合工业加工。
3.脱锌实验
从本发明无铅易切削锑黄铜合金发明之一到发明之四进行了脱锌实验，对比样为C36000含铅黄铜，具体方法为：
将上述的各系列合金成品切成15毫米长，放入三氯乙烯中浸泡，浸泡后表面用1200号砂纸磨光，然后在纯净水中洗涤并烘干。将准备好的试样用线穿好并悬挂在装有1％的CuCl2溶液的三角烧瓶中，瓶口用橡皮塞密封，放入恒温水浴器中，水温为75℃，浸泡24小时，每个试样需250～500毫升，供氧方式为密封。水浴结束后，取出试样，放在盐酸溶液(化学纯盐酸与蒸馏水的体积比为1∶1)中洗去表面物质，直至恰好露出黄铜基体为止，随后将洗过的盐酸溶液倒到三角烧瓶中。测定溶液中的铜、锌含量，计算出脱锌系数，结果见表20。
表20：本发明无铅易切削锑黄铜合金和C36000含铅黄铜的脱锌系数对比
| 合金 | 脱锌系数 |
| C36000 | 8.814 |
| 本发明之一 | 8.316 |
| 本发明之二 | 0.133 |
| 本发明之三 | 0.163 |
| 本发明之四 | 7.031 |
我们知道，脱锌系数越大，说明合金的抗脱锌性越差。从表20可见，本发明无铅易切削锑黄铜合金的抗脱锌性均优于C36000含铅黄铜。
4.应力腐蚀实验
我们对本发明无铅易切削锑黄铜合金还进行了应力腐蚀实验，对比样为C36000含铅黄铜。方法为：
准备好150毫米的拉伸态产品试样，用三氯乙烯洗过后，再用5％硫酸洗，然后在纯净水中洗涤并烘干。之后进行氨熏，氨水PH值为9.5，时间为24小时。氨熏结束后取出试样，在5％硫酸中洗涤，再用纯净水洗净、烘干。在5-10倍放大镜下观察其表面裂纹情况。
我们可以看到，经应力腐蚀实验后，本发明无铅易切削锑黄铜合金与C36000表面情况都很好，无裂纹。
5.常温抗拉实验
取本发明无铅易切削锑黄铜合金之一到本发明无铅易切削锑黄铜合金之四的拉伸成品，规格为Φ4.75*260毫米，作常温抗拉试验，对比样为C36000含铅黄铜。测试了各发明合金的延伸率和抗拉强度，结果见表30。
表30：本发明无铅易切削锑黄铜合金与C36000含铅黄铜的常温机械性能
| 编号 | 规格/状态 | 延伸率(％) | 抗拉强度(MPa) |
| C36000 | Φ4.75Y/2 | 8 | 526 |
| 发明之一 | Φ4.75Y/2 | 8 | 572 |
| 发明之二 | Φ4.75Y/2 | 13 | 527 |
| 发明之三 | Φ7.56Y/2 | 7 | 502 |
| 发明之四 | Φ4.75Y/2 | 14 | 493 |
从表30可见，本发明无铅易切削锑黄铜合金的发明之一的延伸率与C36000含铅黄铜相当，强度要高。本发明无铅易切削锑黄铜合金之二的延伸率比C36000含铅黄铜要高，强度相当。本发明无铅易切削锑黄铜合金之四的延伸率比C36000含铅黄铜高。本发明无铅易切削锑黄铜合金之三的强度和延伸率都比C36000含铅黄铜略低。
6.导电率测试
取本发明无铅易切削锑黄铜合金测试导电率测试结果如下：
| 编号 | IACS(％) |
| C36000 | 23.64 |
| 发明之一 | 15.81 |
| 发明之二 | 24.04 |
| 发明之三 | 14.41 |
| 发明之四 | 25.92 |
7.差热分析(DTA)
取本发明无铅易切削锑黄铜合金作差热分析，测得熔点分别为：
| 牌号 | 熔点(℃) |
| C36000 | 900 |
| 发明之一 | 909 |
| 发明之二 | 911.9 |
| 发明之三 | 902 |
| 发明之四 | 924.4 |
综合考虑各种实验结果，我们认为本发明的无铅易切削锑黄铜合金与传统的含铅黄铜以及国外近期研发的含铋黄铜、含硅黄铜的切削性能虽然基本相同，但其切削强化形成的机理却各不相同。
上述各种实验结果还证明，本发明无铅易切削锑黄铜合金的切削性能、机械强度、耐磨性与耐蚀性能优异。而原料成本比美国的同类别无铅黄铜合金(Cu-Zn-Bi合金)低5％以上；比日本三宝的同类别无铅黄铜合金(Cu-Zn-Si合金)低10％以上；但是比传统的C36000含铅黄铜原料成本略高1％。
因此本发明无铅易切削锑黄铜合金是一种具有优异切削性能和较高强度、耐磨性和耐蚀性的无铅铜合金。能广泛应用于五金切削零部件、锻、铸件和其它用途的高强度耐磨性的紧固件以及液压装置的零部件、民用供水系统的铸件和阀、开关、水龙头、汽车与仪表制造业的零部件、热交换器连接件、灯具件、煤气喷嘴等等，其均具有很高的使用价值。
Claims (10)
1.一种无铅易切削锑黄铜合金，其特征在于：所述的合金组成为含有重量％：铜：55～65％、锑：0.3～2.0％、锰：0.4～1.6％、其它元素：0.1～1.0％，所述的其它元素是指下列的钛、锆、硼、铁、稀土金属、镁、硅元素中的至少二种元素，余量为锌和工艺所带入的不可避免的杂质成分；所述的合金组成中铜加锌大于97％且不等于100％，其中锌大于35％。
2.根据权利要求1所述的无铅易切削锑黄铜合金，其特征在于：所述的合金组成为含有重量％：铜：57～62％、锑：0.5～1.5％、锰：0.5～1.2％、其它元素：0.2～1.0％，所述的其它元素是指下列的钛、锆、硼、铁、稀土金属、镁、硅元素中的至少二种元素，余量为锌和工艺所带入的不可避免的杂质成分；所述的合金组成中铜加锌大于97.5％且不等于99％，其中锌大于35％。
3.一种无铅易切削锑黄铜合金，其特征在于：所述的合金组成为含有重量％：铜：55～65％、锑：0.3～1.5％、镍：0.1～0.6％、其它元素：0.2～1.0％，所述的其它元素是指下列的钛、铁、硼、稀土金属、锂、镁元素中的至少二种元素，余量为锌和工艺所带入的不可避免的杂质成分；所述的合金组成中铜加锌大于97％且不等于100％，其中锌大于35％。
4.根据权利要求3所述的无铅易切削锑黄铜合金，其特征在于：所述的合金组成为含有重量％：铜：58～63％、锑：0.4～1.0％、镍：0.2～0.4％、其它元素：0.35～0.8％，所述的其它元素是指下列的钛、铁、硼、锂、镁、稀土金属元素中的至少二种元素，余量为锌和工艺所带入的不可避免的杂质成分；所述的合金组成中铜加锌大于97.5％且不等于99％，其中锌大于35％。
5.一种无铅易切削锑黄铜合金，其特征在于：所述的合金组成为含有重量％：铜：55～65％、锑：0.4～1.8％、硅：0.4～1.5％、其它元素：0.2～1.2％，所述的其它元素是指下列的铁、锡、硼、稀土金属、锰、磷、锂中的至少二种元素，余量为锌和工艺所带入的不可避免的杂质成分；所述的合金组成中铜加锌大于97％且不等于100％，其中锌大于33％。
6.根据权利要求5所述的无铅易切削锑黄铜合金，其特征在于：所述的合金组成为含有重量％：铜：57～64％、锑：0.6～1.2％、硅：0.7～1.0％、其它元素：0.2～1.0％，所述的其它元素是指下列的铁、锡、硼、稀土金属、锰、磷、锂中的至少二种元素，余量为锌和工艺所带入的不可避免的杂质成分；所述的合金组成中铜加锌大于97.5％且不大于99％，其中锌大于33％。
7.一种无铅易切削锑黄铜合金，其特征在于：所述的合金组成为含有重量％：铜：55～65％、锑：0.3～1.5％、铋：0.16～1.0％、其它元素0.1～1.2％，所述的其它元素是指下列的锡、硼、锂、钛、铬、镁、稀土金属、铁、磷中的至少二种元素，余量为锌和工艺所带入的不可避免的杂质成分；所述的合金组成中铜加锌大于97％且不等于100％，其中锌大于35％。
8.根据权利要求7所述的无铅易切削锑黄铜合金，其特征在于：所述的合金组成为含有重量％：铜：57～63％、锑：0.5～1.2％、铋：0.4～1.0％、其它元素0.3～1.2％，所述的其它元素是指下列的锡、硼、锂、钛、铬、镁、稀土金属、铁、磷中的至少二种元素，余量为锌和工艺所带入的不可避免的杂质成分；所述的合金组成中铜加锌大于97.5％且小于99％，其中锌大于35％。
9.根据权利要求1或2或3或4或5或6或7或8所述的无铅易切削锑黄铜合金，其特征在于：所述的铅即使作为不可避免的杂质，其含量不超过0.03重量％。
10.根据权利要求1或2或3或4或5或6或7或8所述的无铅易切削锑黄铜合金，其特征在于：其制造方法是将所述的合金成分在630-720℃温度下进行大挤压比挤压，中间热处理按冷加工的条件在420～700℃温度下进行，在低于400℃的温度下进行消除应力的退火。
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