CN1438340A

CN1438340A - 高锌锡锰铬黄铜合金及其线材制造工艺

Info

Publication number: CN1438340A
Application number: CN 03115805
Authority: CN
Inventors: 楼号荣; 张明
Original assignee: BOWEI GROUP Co Ltd NINGBO
Current assignee: Bowei Group Co ltd; Ningbo Powerway Alloy Material Co Ltd
Priority date: 2003-03-14
Filing date: 2003-03-14
Publication date: 2003-08-27
Anticipated expiration: 2023-03-14
Also published as: CN1225564C

Abstract

本发明公开了一种高锌锡锰铬黄铜合金及其线材的制造工艺。该种高锌锡锰铬黄铜合金，其含有60.0～68.0％(wt)的铜(Cu)、0.3～1.5％(wt)的锡(Sn)、0.1～2.0(wt)的锰(Mn)、0.01～0.5％(wt)的铬(Cr)、0.01～0.3％(wt)的硅以及铝(Al)、钛(Ti)、铁(Fe)三种元素中至少一种，其含量分别为：铝(Al)为0～0.5％(wt)、钛(Ti)为0～0.5％(wt)、铁(Fe)为0～0.5％(wt)，合金中的余量成份为锌(Zn)和少量不可避免的杂质。其制造工艺为：a.配投料及熔炼——b.保温及水平连铸—c.冷拉扒皮——d.梯度退火——e.酸洗——f.冷拉——g.中间退火——h.酸洗——i.拉伸——j.消除内应力光亮退火。其强度、弹性、耐腐蚀及焊接性能优于15％镍含量以下的低镍锌白铜且具有环保、成本低的特点；适用于制作眼镜架、笔套、笔尖、手表壳、钟壳、表带及与人体接触的各种装饰品。

Description

高锌锡锰铬黄铜合金及其线材制造工艺

技术领域

本发明涉及一种高锌锡锰铬黄铜合金及其线材的制造工艺。

背景技术

现有的眼镜架及其它许多饰品的制作广泛应用镍白铜和锌白铜，尤其是锌白铜由于具有银白色美丽的外观，及耐高温、高弹性、耐腐蚀等优良的物理化学性能，而广泛应用于制作医疗器械、装饰物和眼镜架。然而上述的合金中含有镍元素，而镍元素对人体有致敏反应和致癌倾向，因而国外发达国家已经限制与人体接触的合金材料中镍的含量并呼吁要取消与人体直接接触的含镍产品的使用，同时由于市场竞争激烈，低价高性产品逐步被市场所重视，锌白铜中的镍价价格昂贵，使材料成本居高不下，因此迫切要求研制和开发新型绿色环保且性优价廉的材料替代锌白铜。德国WIELAND公司己开发一种铜-锰-铁系列的锰白铜，但其批量生产困难，首先是合金中含锰量高，而该合金中的锰元素在熔炼中极易氧化、造渣，需要在保护性气氛下(用于防止氧化的惰性气体)熔炼；其次是该合金加工中塑性极差，易产生晶格畸变，无法生产出合格的线材，一般只能生产棒材，所以铜-锰-铁系列的锰白铜没有被广泛应用。因此，开发一种既具有低镍锌白铜物理化学性能，又符合生态环境保护和人体健康要求的替代材料具有显著的现实意义。

发明内容

本发明的目的是为了适应环保、保护人体健康及价格低廉的要求，提供一种不含有镍元素的高锌锡锰铬黄铜合金，该合金的机械性能、生产加工性能完全可以替代15％镍含量以下锌白铜，是一种具有高强度、高弹性、耐腐蚀、焊接性能好、具仿金色外观的生态环境保护型优质材料。

本发明的另一目的是提供一种所述的高锌锡锰铬黄铜合金线材的生产工艺。

本发明为达到上述目的所提供的新型合金为：

该种高锌锡锰铬黄铜合金，其含有60.0～68.0％(wt)的铜(Cu)、0.3～1.5％(wt)的锡(Sn)、0.1～2.0(wt)的锰(Mn)、0.01～0.5％(wt)的铬(Cr)、0.01～0.3％(wt)的硅以及铝(Al)、钛(Ti)、铁(Fe)三种元素中至少一种，所述三种元素的含量分别为：铝(Al)为0～0.5％(wt)，钛(Ti)为0～0.5％(wt)，铁(Fe)为0～0.5％(wt)，合金中的余量成份为锌(Zn)和少量不可避免的杂质。其中，所述合金中元素铜的最佳含量为62.565.5％(wt)；元素锡的最佳含量为0.4～0.9％(wt)；元素锰的最佳含量为0.7～1.1％(wt)；元素铬的最佳含量为0.01～0.2％(wt)；另外，所述合金的金相组织为α相，或者为以α相为主，另有少量β相(β相含量≤2％)，晶粒度为0.025～0.04mm。

所述的合金成份的选择原则与要求是：铜的成份范围既要求保证材料具有高塑性，又要保证其具有易加工成型性。Sn的成份用于使合金中产生Cu-Sn强化相以提高材料强度，并使合金具有美丽的颜色，同时可抑制合金脱锌及提高合金的耐蚀性；Mn的成份用于合金的固溶强化作用，可提高合金的强度、弹性、硬度，改善合金冷热压力加工性能，并大大提高合金在各种盐中的耐蚀性；Cr的成份用于阻止晶粒度过大、细化合金的晶粒，提高合金的软化温度和抗腐蚀能力；Si用于使合金具有良好的焊接性能；合金中的其它成份有助进一步提高和均衡合金的各项性能。

本发明采取的生产所述的高锌锡锰铬黄铜合金线材的制造工艺过程为：a.配投料及熔炼—b.保温及水平连铸—c.冷拉扒皮—d.梯度退火—e.酸洗—f.冷拉—g.中间退火—h.酸洗—i.拉伸—j.消除内应力光亮退火。

其投料顺序为：先加入铜、硅和木炭，待熔化后再加入锌、锡、锰、冰晶石(Na₃AlF₆)和选择性必要组分，出炉前再加入Cu-Cr合金，铜铬中间合金出炉前加入用于阻止晶粒度大、细化晶粒和提高合金抗软化温度；熔炼温度为1150～1400℃；保温及水平连铸温度为1100～1350℃；梯度退火温度为520～700℃，时间为1～4小时，且在保护性气氛N₂+(3～25％)H₂中进行，在保护性气体中加入3～25％H₂，可使产品表面光洁光亮；中间退火温度为400～700℃，时间为1～4小时；消除内应力光亮退火(或称成品退火)温度为100～450℃，时间为60～150分钟。

水平连铸中采用了反推工艺，铸造速度为0.5～2.2m/min，拉长(节距)为8～25mm，停1～2秒后反推1～2mm，铸造过程中采用反推工艺，目的是消除铸坯表面横向裂纹，最佳的水平连铸工艺可以使铸坯表面结晶线光滑，便于后序加工。

所述的拉伸过程中的冷加工率为20％～80％。

此外，在所述的熔炼工艺中采用了木炭覆盖，木炭层厚度为150mm以上，并在炉内加入有冰晶石(Na₃AlF₆)，木炭的作用在于吸收熔体中的H₂、O₂气体，而冰晶石的加入，可使各种氧化物形成复盐、浮渣，在连铸后易于除去；水平连铸时采用的是高纯石墨结晶器，有利于减少高合金拉铸时的拉铸阻力，加上反推工艺应用，可防止氧化锌粘附结晶器内壁，可保证铸坯具有较光洁的表面。

与现有技术相比，本发明的优点在于高锌锡锰铬黄铜合金是一种“无镍铜合金”材料，其强度、弹性、耐腐蚀、焊接性能和装饰性能优于15％镍含量以下锌白铜，材料成本远低于锌白铜，且其生产方法具有工艺流程短、产品质量稳定的特点，成品率可高达84％以上。适用于制作眼镜架及其它与人体接触的各种饰品，也可以用来制造各种高强、高弹性、易焊接成型、耐蚀、具有金色外观且对人体无侵害的各种装饰物，是低镍锌白铜的优良替代品。

附图说明

图1为本发明的工艺流程图。

具体实施例

以下结合实施例对本发明作进一步详细描述。

实施例

表1(见第5页)列出了本发明10个合金成份配方及其性能参数，从中可以发现其中较佳实施例的合金成份配方如下(见表2)：

表2较佳实施例的合金成份配方：

元素	Cu	Sn	Mn	Cr	Ti	Si	Al	Zn
元素	Cu	Sn	Mn	Cr	Ti	Si	Al	Zn	含量(wt％)	63.5	0.60	0.70	0.10	0.03	0.12	0.18	余量

高锌锡锰铬黄铜合金线材的制造工艺过程(参见附图1)如下：

a.配投料及熔炼—b.保温及水平连铸—c.冷拉扒皮—d.梯度退火—e.酸洗——f.冷拉—g.中间退火—h.酸洗—i.拉伸—j.消除内应力光亮退火。以上过程祥述如下：

配投料顺序为：在中频感应电炉中先加入铜、硅和木炭，待熔化后再加入锌、锡、锰、冰晶石(Na₃AlF₆)和选择性必要组分，出炉前再加入Cu-Cr合金，铜铬中间合金出炉前加入用于阻止晶粒度大、细化晶粒和提高合金抗软化温度。

熔炼温度为1150～1400℃，熔炼工艺中采用木炭覆盖，木炭层厚度为150mm以上，并在炉内加入冰晶石(Na₃AlF₆)，木炭的作用在于吸收熔体中的H₂、O₂气体，而冰晶石的加入，可使各种氧化物形成复盐、浮渣，在连铸后易于除去。

保温及水平连铸温度为1100～1350℃，水平连铸中考虑到合金的氧化锌而采用了反推工艺，拉铸规格为Φ10～15mm，铸造速度为0.5～2.2m/min，拉长(节距)为8～25mm，停1～2秒后反推1～2mm，铸造过程中采用反推工艺，目的是消除铸坯表面横向裂纹，使铸坯表面结晶线光滑，便于后序加工；此外，水平连铸时采用了高纯石墨结晶器，这样有利于减少高合金拉铸时的拉铸阻力，加上反推工艺应用，可防止氧化锌粘附结晶器内壁，可保证铸坯具有较光洁的表面。

梯度退火温度为520～700℃，时间为1～4小时，且在保护性气氛N₂+(3～25％)H₂中进行，在保护性气体中加入3～25％H₂，可使产品表面光洁光亮。

由于水平连铸坯伸长率并不是很高及该合金表面有局部缺陷与偏析层，为使其在后续加工中能充分发挥其塑性，先将表面缺陷及偏析层去除，拉伸工艺为：Φ12→Φ10.8缩10.5刨10.2退火→Φ8.8→Φ7.8退火酸洗→Φ5.6→Φ5.0退火酸洗→直到客户需求相应规格成品。

中间退火温度为400～700℃，时间为1～4小时。

消除内应力光亮退火(或称成品退火)温度为100～450℃，时间为60～150分钟。

拉伸过程中的冷加工率为20％～80％。

最终成品规格为Φ0.1～8.0mm，金相组织为α相或α+β相(β相极少≤2％)的合金，晶粒度为0.025～0.04mm，颜色为18～24K金色。

本实施例的高锌锡锰铬黄铜及其线材的物理性能达到：

导电率(％IACS)： 8

密度(g/cm³)： 8.56

导热率(W/m.k)：＜65

弹性模量(KN/mm²)： 96(锌白铜为130)

本实施例的高锌锡锰铬黄铜合金及其线材的机械性能(及与锌金铜比较)见表3：

表3、高锌锡锰铬黄铜合金及其线材的机械性能(及与锌白铜比较)

从以上数据看，色泽为18～24K金色高锌锡锰铬黄铜合金的弹性比淡银色的锌白铜明显要好，且可加工和机械性能也明显优于锌白铜。表1本发明10个合金成份配方及其性能参数：

Claims

1、一种高锌锡锰铬黄铜合金，其含有60.0～68.0％(wt)的铜(Cu)、0.3～1.5％(wt)的锡(Sn)、0.1～2.0(wt)的锰(Mn)、0.01～0.5％(wt)的铬(Cr)、0.01～0.3％(wt)的硅以及铝(Al)、钛(Ti)、铁(Fe)三种元素中至少一种，所述三种元素的含量分别为：铝(Al)为0～0.5％(wt)，钛(Ti)为0～0.5％(wt)，铁(Fe)为0～0.5％(wt)，合金中的余量成份为锌(Zn)和少量不可避免的杂质。

2、根据权利要求1所述的高锌锡锰铬黄铜合金，其特征在于所述合金中元素铜的最佳含量为62.5～65.5％(wt)。

3、根据权利要求1所述的高锌锡锰铬黄铜合金，其特征在于所述合金中元素锡的最佳含量为0.4～0.9％(wt)。

4、根据权利要求1所述的高锌锡锰铬黄铜合金，其特征在于所述合金中元素锰的最佳含量为0.7～1.1％(wt)。

5、根据权利要求1所述的高锌锡锰铬黄铜合金，其特征在于所述合金中元素铬的最佳含量为0.01～0.2％(wt)。

6、根据权利要求1～5中任一权利要求所述的高锌锰铬黄铜合金，其特征在于所述合金的金相组织为α相，或者为以α相为主，另有少量β相(β相含量≤2％)，晶粒度为0.025～0.04mm。

7、一种生产所述的高锌锡锰铬黄铜合金线材的制造工艺，其特征在于其生产工艺过程为：a.配投料及熔炼—b.保温及水平连铸—c.冷拉扒皮—d.梯度退火—e.酸洗—f.冷拉—g.中间退火—h.酸洗—i.拉伸—j.消除内应力光亮退火。

8、根据权利要求7所述的制造工艺，其特征在于其投料顺序为：先加入铜、硅和木炭，待熔化后再加入锌、锡、锰、冰晶石(Na₃AlF₆)和选择性必要组分，出炉前再加入Cu-Cr合金细化晶粒和提高抗软化温度；熔炼温度为1150～1400℃；保温及水平连铸温度为1100～1350℃；梯度退火温度为520～700℃，时间为1～4小时，且在保护性气氛N₂+(3～25％)H₂中进行；中间退火温度为400～700℃，时间为1～4小时；消除内应力光亮退火温度为100～450℃，时间为60～150分钟。

9、根据权利要求7或8所述的制造工艺，其特征在于所述的水平连铸中采用了反推工艺，铸造速度为0.5～2.2m/min，拉长(节距)为8～25mm，停1～2秒后反推1～2mm。

10、根据权利要求7或8所述的制造工艺，其特征在于所述的拉伸过程中的冷加工率为20％～80％。