无铅易切削硅铋黄铜及其制备方法技术

本发明专利技术提供一种力学性能优异、致密度高、切削性能好的无铅易切削硅铋黄铜及其制备方法，包括下述质量百分比的原料Cu60～66％、Bi0.1～0.6％、Sn0.1～0.5％、Fe0.02～0.07％、Al0.2～0.8％、变质细化剂<0.0038％、Si0.2～0.3％、Ni<0.15％、Pb<0.15％，其余为Zn及总量不大于0.5%的杂质制备成易切削硅铋黄铜的步骤。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种水暖卫浴五金产品用材及生产方法，特别涉及一种无铅易切削硅铋黄铜及其制备方法。
技术介绍
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铸造、锻造、机加工、抛光等工艺，因此铅黄铜被广泛应用于电子电讯、家电、航天航空、汽车、五金装饰、船舶制造以及卫浴水暖等行业。但是，铅属于有毒元素，在使用过程中，容易从基体中脱离，并且在后续的加工以及产品废弃过程中，铅都会以各种途径进入人体，严重危害人体的健康，对人造血、神经系统（特别是儿童的肾及其它器官）损害很大，目前，美国、英国等先进国家已在法律方面严禁含铅的饮用水黄铜阀门或管件的销售。当铅含量过低，黄铜的切削性能受到很大影响，严重影响黄铜的后续加工。目前，我国市场上替代铅黄铜的无铅环保黄铜使用量相对较多的主要有铋黄铜和硅黄铜。铋黄铜的切削性能比较接近铅黄铜，但铋黄铜却存在明显的缺点，即对冷却速度有很高的敏感性，容易造成开裂;另一方面无铅铋黄铜焊接性能差，因此给零部件加工带来难度，这是因为铋黄铜在300～450℃(中温)之间有很严重的热脆现象，在这一温度段的焊接头很容易开裂，其可靠性很值得怀疑；同时无铅铋黄铜在后续的金属切削加工时，如果冷却不好也容易产生热裂，所以铋黄铜很难获得广泛的推广和使用。作为铅黄铜另一种替代品的硅黄铜，其优点是热加工性能好，可焊性好，也有优良的抗脱锌性能和抗应力腐蚀性能，但切削性能与铋黄铜相比，相差较多，冷加工效率也比较低;由于硅含量高，基体硬度大，切削时刀具也易磨损；该无铅硅黄铜，其中的铜添加量较高，一般达73～77％左右，甚至更高至79～83％，因此，原料成本也比铋黄铜高得多。中国专利号为ZL：201110006965.8公开一种无铅易切削耐腐蚀硅铋黄铜合金,该合金由以下重量百分比的各组分组成：Cu60.0％～65.0％，Si0.6％～1.8％，Bi0.2％～1.5％，Al0.02％～0.5％，Ni+Mn+Sn＜1.5％，镧铈合金0.01％～0.5％，B0.002％～0.02％，其余为锌及总量不大于0.5％的杂质。该专利研究人员在含有硅元素的黄铜基体中添加铋，以改善黄铜的切削性能、热加工性能和抗应力腐蚀性能，防止材料的应力腐蚀的开裂。但是，上述专利为了显著改善基体的切削性能，其成分中硅含量都在0.4%以上，导致材料硬度显著增大，严重影响基体的切削性能，影响材料的使用性能，另外，上述专利加入含量>0.6%的Bi，不仅浪费材料成本容易形成不连续点状分布在基体中，容易引起热脆，影响材料的整体性能。基于此现状，本公司开展了对无铅易切削黄铜的研究。
技术实现思路
针对上述问题，本专利技术提出一种力学性能优异、致密度高、切削性能好的无铅易切削硅铋黄铜及其制备方法。为解决此技术问题，本专利技术采取以下方案：无铅易切削硅铋黄铜，其特征在于：由下述质量百分比的原料组成:Cu60～66％、Bi0.1～0.6％、Sn0.1～0.5％、Fe0.02～0.07％、Al0.2～0.8％、变质细化剂<0.0038％、Si0.2～0.3％、Ni<0.15％、其余为Zn及总量不大于0.5%的杂质。进一步改进的是：由下述质量百分比的原料组成:Cu61.31％、Bi0.321％、Sn0.157％、Fe0.02％、Al0.568％、变质细化剂0.0036％、Si0.27％、Ni0.12％、Pb0.061％、Zn37.13%及总量0.0394%的杂质。进一步改进的是：由下述质量百分比的原料组成:Cu60.12％、Bi0.365％、Sn0.138％、Fe0.031％、Al0.562％、变质细化剂0.0025％、Si0.21％、Ni0.012％、Pb0.125％、Zn38.43%及0.0045%的杂质。进一步改进的是：由下述质量百分比的原料组成:Cu60.04％、Bi0.348％、Sn0.137％、Fe0.032％、Al0.560％、变质细化剂0.0034％、Si0.23％、Ni0.007％、Pb0.122％、Zn38.52%及总量不大于0.0006%的杂质。进一步改进的是：所述变质细化剂为硼元素或钛元素或锆元素或任意两者与三者以任一混合比混合而成的混合物。基于同一专利技术构思本专利技术提出一种无铅易切削硅铋黄铜的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：在工频炉中先加入100~150Kg的无铅硅黄铜屑，所述无铅硅黄铜屑总加入量为总原料的20%，所述无铅硅黄铜屑中含有Ni、Pb及Fe，因此后续制备工艺中无需加入，如果后续炉前取样检测成分发现Fe含量不在0.02～0.07％比例范围内的话再补入铜铁合金或者冲淡Fe含量，将已敲碎的粒度控制在2cm内的工业硅，装入合适直径的铜管内，分成若干份，置于坩埚底部的铜屑上，再加入200～300kg的无铅硅黄铜屑覆盖，撒上2.5kg熔炼清渣剂，最后在表面覆盖上厚度为3~5cm的煅烧木炭，打380V的高压，让铜屑和工业硅等原料充分溶解；2）继续加入余量无铅硅黄铜屑，充分搅拌成半熔融状态后，在低温状态下依次加入占上述总原料37~39%的0#锌、0.1~0.5%的锡锭、0.1~0.6%的铋锭；3）加入占总原料60~66%的电解铜，当电解铜溶解3/4后，加入预热好的占总原料0.2~0.8%铝锭，借助合金化过程中产生大量热量来促进余下电解铜的溶解；4）用钟罩将可以改善铜锭光泽的铜镁中间合金压入铜液底部，充分搅拌，铜镁合金加入量为总原料比例的0.003~0.006%；5）当全部原料完全溶解完后，加热到喷火状态，静置10~15分钟后，取样进行成分分析,根据成分测试结果,重新调整铜液成分，如果测出Fe元素成分占总原料比例不在0.02~0.07%范围内的话，则需要用铜铁合金进行微量补偿，而其他主要元素都以纯金属进行补料,直至满足成分要求为止，继而扒渣舀取光杯，判断熔体的流动性；6）再次升温至喷火状态，静置5~9min，使得杂质上浮，扒渣、静置；7）加入占总原料比例不大于0.0038%的变质细化剂，所述变质细化剂为B或Ti或Zr或任意两者与三者以任意比混合而成，充分搅拌2~3min，静置8~10min；8）取样进行抛光并进行结晶分析，若抛光面杂质点数和结晶组织形态两者都满足要求，即可浇铸，反之，继续做精炼处理，直至得到满足精炼要求的含Pb与Ni量都小于0.15%的铜液。进一步改进的是：所述步骤5）中喷火的温度为1000~1150℃。通过采用前述技术方案，本专利技术的有益效果是：本专利技术采用特定的成分、特定的配比、特定的制备方法制备无铅易切削硅铋黄铜，在生产过程中严格控制各原料的添加顺序，避免各原料有效成分的烧损，配方中的硅含量在0.3%以下，再添加0.1~0.6%的铋，不仅显著改善基体的切削性能，也不会导致材料硬度显著变大，在减少铋材料成本的同时还避免了过多的铋在基体中形成不连续点状分布的现象，引起热脆，影响材料的整体性能的缺陷，与现有技术相比,除了有较好性价比外,还同时兼备有铋黄铜和硅黄铜的优点,而相对而言又克服了它们的缺点。通过选择最适当的添加量以得到累积效果,确保合金材料有优良的切削性能,抗腐蚀性能,冷热加工性能和力学性能。与现有的铋黄铜、铅黄铜、硅黄铜相比是一种综合性能较好的易切削材料。且本专利技术硅铋黄铜显著降低本文档来自技高网...

【技术保护点】
无铅易切削硅铋黄铜，其特征在于：由下述质量百分比的原料组成:Cu60～66％、Bi0.1～0.6％、Sn0.1～0.5％、Fe0.02～0.07％、Al0.2～0.8％、变质细化剂<0.0038％、Si0.2～0.3％、Ni<0.15％、Pb<0.15％，其余为Zn及总量不大于0.5%的杂质。

【技术特征摘要】
1.无铅易切削硅铋黄铜，其特征在于：由下述质量百分比的原料组成:Cu60～66％、Bi0.1～0.6％、Sn0.1～0.5％、Fe0.02～0.07％、Al0.2～0.8％、变质细化剂<0.0038％、Si0.2～0.3％、Ni<0.15％、Pb<0.15％，其余为Zn及总量不大于0.5%的杂质。2.根据权利要求1所述的无铅易切削硅铋黄铜，其特征在于：由下述质量百分比的原料组成:Cu61.31％、Bi0.321％、Sn0.157％、Fe0.02％、Al0.568％、变质细化剂0.0036％、Si0.27％、Ni0.12％、Pb0.061％、Zn37.13%及总量0.0394%的杂质。3.根据权利要求1所述的无铅易切削硅铋黄铜，其特征在于：由下述质量百分比的原料组成:Cu60.12％、Bi0.365％、Sn0.138％、Fe0.031％、Al0.562％、变质细化剂0.0025％、Si0.21％、Ni0.012％、Pb0.125％、Zn38.43%及0.0045%的杂质。4.根据权利要求1所述的无铅易切削硅铋黄铜，其特征在于：由下述质量百分比的原料组成:Cu60.04％、Bi0.348％、Sn0.137％、Fe0.032％、Al0.560％、变质细化剂0.0034％、Si0.23％、Ni0.007％、Pb0.122％、Zn38.52%及总量不大于0.0006%的杂质。5.根据权利要求1所述的无铅易切削硅铋黄铜，其特征在于：所述变质细化剂为硼元素或钛元素或锆元素或任意两者与三者以任一混合比混合而成的混合物。6.无铅易切削硅铋黄铜的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：1）在工频炉中先加入100~150Kg的无铅硅黄铜屑，所述无铅硅黄铜屑总加入量为总原料的20%，所述无铅硅黄铜屑中含有Ni、Pb及Fe，因此后续制备工艺中无需加入，如果后续炉前取样检测成分...

【专利技术属性】
技术研发人员：王秋燕，陈永禄，张海高，彭秀华，王文华，卢清锋，
申请(专利权)人：龙岩市鸿航金属科技有限公司，
类型：发明
国别省市：福建;35