一种易切削无铅石墨黄铜及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种易切削无铅石墨黄铜，包括：铜53.25‑59.85％，锌38‑41％，石墨0.5‑3％，铬0.55‑0.75％，铁0.1‑0.3％，锡0.50‑1.00％，钛0.5‑0.7％。其制备方法为：将Cu粉、Fe粉、Sn粉、Ti粉、Cr粉及Zn粉在1600‑1700K下熔化，并保温固溶50‑70min，得到过饱和固溶黄铜合金；然后将其制备成合金粉末，再与石墨粉混合，于1000‑1100K条件下热压烧结20‑40min，随炉冷却到350‑400K以下；最后依次经锻造、热压、拉拔，得到无铅石墨黄铜。本发明专利技术的无铅石墨黄铜完全不含铅，安全无毒，且具有目前很高的抗拉强度和切削性能。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于黄铜制备
，具体涉及一种易切削无铅石墨黄铜，还涉及了该无铅石墨黄铜的制备方法。
技术介绍
铅黄铜是应用最为广泛的一种复杂黄铜，它具有优良切削性能、耐磨性能和高强度，主要用于机械工程中各种连接件、阀门、阀杆轴承保持中。易切削铅黄铜中，细小的铅颗粒呈弥散分布，起到润滑和断屑功能，从而提高生产效率，降低加工成本的作用。然而，当铅黄铜用作水龙头、管接头等饮用水管道配件时，铅会浸出而进入水中，严重危害人体健康；零部件中的铅极易进人土壤，如被焚烧还会进大气从而严重污染环境，因而其应用应该受到严格限制。铅对人类的危害主要表现为：损伤大脑中枢及周围神经系统；破坏造血系统，阻碍血红素的合成，导致贫血；影响消化系统的功能等。美国及欧盟《ROHS指令》新标准及法令规定：到2006年，水道的铅溶出标准必须从现在的0.05mg/L降低到0.01mg/L。目前我国的水道铅溶出量远远高于0.05mg/L，一般为0.1mg/L。从环境保护和人身安全方面考虑，使用的黄铜应该为低铅或者无铅的环保易切削铜合金。2005年，日本三越金属株式会社申请的专利技术专利《黄铜》(中国专利号200580001492.5，公开号：1906317，公开日：2007.01.31)，提供了锻造和耐腐蚀性能较好的无铅黄铜，其特点是含Bi0.5-2.5wt.％。然而，此类黄铜在试用过程中，产品容易开裂造成较大的事故，目前已经停止了使用。2008年，中国宁波博威集团申请的专利技术专利《一种耐脱锌腐蚀的低锑铝黄铜合金及其制造方法》(专利号200810163233.8，公开号：101440443公开日：2009.05.27)中，提供了一种耐脱锌腐蚀的低锑铝黄铜合金及其制造方法，通过添加微量锑和铝，结合合金精炼-连续铸锭-挤压-拉伸-热处理-酸洗-消除应力退火-成品的工艺流程，工艺流程长，耐脱锌腐蚀性能不佳，生产成本高。目前已有的材料及制备技术中，存在的主要问题是：仍然添加微量铅在黄铜中，另外添加的铋在黄铜使用过程中，易产生脱锌腐蚀和开裂而引发安全事故；而耐脱锌腐蚀的低锑铝黄铜合金中仍然含有微量铅以及锑，耐脱锌腐蚀性能也不理想。因此，需要开发一种环保、高强度黄铜合金并研究其制备方法。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种易切削无铅石墨黄铜，解决了现有含铅黄铜有毒且抗拉强度和切削性能不能兼顾的问题。本专利技术的另一目的是提供上述易切削无铅石墨黄铜的制备方法。本专利技术所采用的技术方案是，一种易切削无铅石墨黄铜，包括以下质量百分比的元素：铜53.25-59.85wt.％，锌38-41wt.％，石墨0.5-3wt.％，铬0.55-0.75wt.％，铁0.1-0.3wt.％，锡0.50-1.00wt.％，钛0.5-0.7％，以上元素质量百分比总和为100％。本专利技术所采用的另一个技术方案是，上述易切削无铅石墨黄铜的制备方法，包括以下步骤：步骤1，固溶处理分别称取原料粉末，其中，Cu粉53.25-59.85wt.％、Zn粉38-41wt.％、石墨粉0.5-3wt.％、Cr粉0.55-0.75wt.％、Sn粉0.50-1.00wt.％、Ti粉0.5-0.7％以及Fe粉0.1-0.3wt.％。将Cu粉、Fe粉、Sn粉、Ti粉、Cr粉及Zn粉在1600-1700K下熔化，并保温固溶50-70min，得到CuZnCrFeSnTi过饱和固溶黄铜合金。步骤2，制粉将CuZnCrFeSnTi过饱和固溶合金制备成过饱和固溶黄铜合金粉末，将过饱和固溶黄铜合金粉末与石墨粉混合，并制成分散均匀的混合粉末。步骤3，热压烧结先将混合粉末压制成棒坯，再放入马弗炉中1000-1100K条件下烧结20-40min，然后随炉冷却到350-400K以下。步骤4，依次经锻造、热压、拉拔，得到所述无铅石墨黄铜。本方法的特点还在于：优选地，步骤2中过饱和固溶黄铜合金粉末的粒径在150-250μm。优选地，步骤2中过饱和固溶黄铜合金粉末采用水雾化法，其压力为8-10MPa、温度为1273K-1673K℃，喷嘴尺寸为10mm。优选地，步骤2中混合粉末的粒径不大于10μm。优选地，步骤2中过饱和固溶黄铜合金粉末与石墨粉采用振动球磨法制备混合粉末，球磨1-3小时，转速300-450rpm，球料比1-3：1。优选地，步骤4中锻造具体为，在950-1150K加热锻造，773-873K均匀化退火。优选地，步骤1中原料粉末的粒径均在30-50μm。本专利技术的有益效果是，本专利技术的无铅石墨黄铜完全不含铅，安全无毒，且具有目前很高的抗拉强度和切削性能，解决了传统黄铜含铅，且抗拉强度和切削性能不能兼顾的问题。本专利技术石墨黄铜的强度是目前市场销售铅黄铜的两倍，达到316不锈钢的同等级水平，而切削性能是不锈钢产品的两到三倍，实现产品的小型化、轻质化和低成本化，得到了国内国际同行的广泛关注。附图说明图1是本专利技术易切削无铅石墨黄铜制备方法流程路图；图2是本专利技术易切削无铅石墨黄铜切削屑SEM-EDS能谱图。具体实施方式下面结合附图和具体实施方式对本专利技术作进一步的详细说明，但本专利技术并不限于这些实施方式。本专利技术的易切削无铅石墨黄铜包括铜、锌、石墨、铬、铁、锡、钛和杂质元素；其各元素及含量为：铜53.25-59.85wt.％，锌38-41wt.％，石墨0.5-3wt.％，铬0.55-0.75wt.％，铁0.1-0.3wt.％，锡0.50-1.00wt.％，钛0.5-0.7％，杂质元素低于0.4wt.％。上述元素中，石墨颗粒是一种固体润滑剂，具有良好的耐磨性，在黄铜中能够起到润滑和断屑的作用，能替代铅提高切削性能，具有环境污染小、低成本、资源丰富的特点。锡具有提高耐脱锌腐蚀性能、切削性能和机械性能的作用，当锡含量小于0.50wt.％，固溶强化和耐脱锌效果不明显，当锡含量大于1.00wt.％，会影响本合金的成型性能，，故锡含量为0.50-1.00wt.％。铬、铁在本合金中起提高耐脱锌腐蚀性能，细化晶粒，增加合金强度、塑性及抗应力腐蚀能力。该无铅石墨黄铜的制备如图1所示，具体为：称取粒径范围在30-50μm的各原料粉末，铜粉53.25-59.85wt.％，锌粉38-41wt.％，石墨粉0.5-3wt.％，铬粉0.55-0.75wt.％，铁粉0.1-0.3wt.％，锡粉0.50-1.00wt.％，钛粉0.5-0.7％(杂质总量低于0.4wt.％)；将Cu粉、Fe粉、Sn粉、Ti粉、Cr粉及Zn粉加入中频感应炉，在1600-1700K下熔化并保温固溶50-70min，得到CuZnCrFeSnTi过饱和固溶黄铜合金。采用水雾化法，利用高压水雾喷向金属熔滴，液态溶滴在高压水雾的冲击下破碎为细小的液滴并迅速冷却、凝固，制备成黄铜合金粉末。本专利技术在压力8-10MPa、温度1273-1673K条件下，喷嘴尺寸10mm，将CuZnCrFeSnTi过饱和固溶合金制备成过饱和固溶黄铜合金粉末，粉末粒径控制在150-250μm。将黄铜合金粉末与石墨粉采用振动球磨法混合1-3小时，转速300-450rpm，球料比1-3：1，得到粒径不大于10μm的混合粉末。采用油压机，在500-700MPa，673-873K下将混合粉末压制成棒坯，将压制好的坯料在有氮气保护的马弗炉中1000本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种易切削无铅石墨黄铜，其特征在于，包括以下质量百分比的元素：铜53.25‑59.85wt.％，锌38‑41wt.％，石墨0.5‑3wt.％，铬0.55‑0.75wt.％，铁0.1‑0.3wt.％，锡0.50‑1.00wt.％，钛0.5‑0.7％，以上元素质量百分比总和为100％。

【技术特征摘要】
1.一种易切削无铅石墨黄铜，其特征在于，包括以下质量百分比的元素：铜53.25-59.85wt.％，锌38-41wt.％，石墨0.5-3wt.％，铬0.55-0.75wt.％，铁0.1-0.3wt.％，锡0.50-1.00wt.％，钛0.5-0.7％，以上元素质量百分比总和为100％。2.一种如权利要求1所述的易切削无铅石墨黄铜的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1，固溶处理分别称取原料粉末，其中，Cu粉53.25-59.85wt.％、Zn粉38-41wt.％、石墨粉0.5-3wt.％、Cr粉0.55-0.75wt.％、Sn粉0.50-1.00wt.％、Ti粉0.5-0.7％以及Fe粉0.1-0.3wt.％，将Cu粉、Fe粉、Sn粉、Ti粉、Cr粉及Zn粉在1600-1700K下熔化，并保温固溶50-70min，得到CuZnCrFeSnTi过饱和固溶黄铜合金；步骤2，制粉将CuZnCrFeSnTi过饱和固溶合金制备成过饱和固溶黄铜合金粉末，将过饱和固溶黄铜合金粉末与石墨粉混合，并制成粒径均匀的混合粉末；步骤3，热压烧结先将混合粉末压制成棒坯，再放入马弗炉中1000-11...

【专利技术属性】
技术研发人员：李树丰，朱金超，付亚波，
申请(专利权)人：西安理工大学，
类型：发明
国别省市：陕西;61