一种无铅易切削黄铜合金及其制备方法技术

技术编号:14849589 阅读:82 留言:0更新日期:2017-03-18 09:45
本发明专利技术提供的一种无铅易切削黄铜合金的组分按质量分数计为:55.4%~69.4%的铜、0.6%~3.2%的碲、0.5%~1.8%的钪、0.2%~0.5%的磷、0.08%~0.4%的镁、0.05%~0.3%的稀土铈、0.08%~0.16%的硒、0.04%~0.32%的锡、0.2%~0.35%的钴、0.22%~0.38%的碳、0%~3%的锰、0.2%~0.4%的铁,余量为锌和不可避免的杂质。从而通过碲钪黄铜合金材料以达到降低铅含量的使用量,符合环保的要求,同时其具备优良的铸造性能和切削性能,以解决现有技术铸造无铅黄铜合金的不足。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及金属合金制造领域,具体地说,是一种无铅易切削的黄铜合金及其制备方法。
技术介绍
黄铜被广泛应用于电子、建筑、机械等
,黄铜性能包括可铸性,可加工性,抗腐蚀性,导电性和热传导性。主要的一个缺点是其可切削性,通过加入铅的黄铜合金在高温下具有较好的塑性,可进行锻造及铸造,同时还可以获得良好的机械性能。铅黄铜已被广泛应用于各个领域,例如:五金件、汽车零件、电器接插件、阀门、管接头等。但这类材料中的铅容易溶解于水中,若用于管道行业,则根据科学测定,铅含量能达到50ppm以上。铅对人体的血液和神经系统都会造成不可逆转的损失,所以世界各国均很重视铅造成的污染和引起的危害,已限制和禁止铅黄铜的使用,环保易切削无铅的黄铜的研究已成为热点。现阶段无铅黄铜研究主要是以铋、硅、镁、锑以及石墨替代铅。铋本身性脆,其熔点比铅低,表面张力亦比铅小,铋以薄膜状在晶界偏聚,严重影响了铋黄铜的力学性能,需要通过添加多种微量元素去改变铋的偏析行为,但由于铋资源有限,使得其价格昂贵,故铋黄铜难以被推广应用。硅可改善铜合金的热加工性能,尤其是低温下的热加工性能。但硅黄铜的切削性能只有铅黄铜性能的70%-80%,并且铜含量较高,其价格也比一般黄铜高出很多。用镁代替铅黄铜的棒材,其切削性能可以达到铅黄铜性能的78.5%,并与铜形成低熔点二元共晶相Cu-Mg和Zn-Mg,弥散分布于基体中,提高合金切削性能。但镁黄铜在熔炼过程中容易发生氧化、吸气等,使得其镁铅黄铜的熔炼工艺极为复杂。石墨具有很好的润滑效果,且石墨质软,容易断裂,切屑尺寸小,还可减少与刀头的磨损。在黄铜中加入石墨并与其他可以提高强度的合金元素配合使用,会使黄铜合金在具有良好切削性能的同时,也具有比较优良的力学性能。但由于石墨的强度低、密度小、容易上浮,很难采用普通熔铸方法使其熔入黄铜基体中,需要采用离心、搅拌等先进的铸造技术,这使得生产工艺复杂,导致生产成本大幅增加。
技术实现思路
本专利技术的主要目的在于提供一种无铅易切削黄铜合金及其制备方法,以解决现有技术铸造无铅黄铜合金的不足,通过碲钪黄铜合金材料以达到降低铅含量的使用量,符合环保的要求,同时其具备优良的铸造性能和切削性能。为达到以上目的,本专利技术采用的技术方案为:一种无铅易切削黄铜合金的组分按质量分数计为:55.4%~69.4%的铜、0.6%~3.2%的碲、0.5%~1.8%的钪、0.2%~0.5%的磷、0.08%~0.4%的镁、0.05%~0.3%的稀土铈、0.08%~0.16%的硒、0.04%~0.32%的锡、0.2%~0.35%的钴、0.22%~0.38%的碳、0%~3%的锰、0.2%~0.4%的铁,余量为锌和不可避免的杂质。根据本专利技术的一实施例,锰含量为0.5%~1.2%。根据本专利技术的一实施例,铁含量为0.2%~0.4%。根据本专利技术的一实施例,碳元素含量在0.24%~0.30%之间。根据本专利技术的一实施例,一种无铅易切削黄铜合金的制备方法,包括步骤:S100熔炼制备合金混合液,熔化铜,熔炼温度1000℃~1200℃,依次分批加入相应质量份的锌、硒、钴、碲、镁、磷、钪、锰以及铁,搅拌;S200调整温度至980~1080℃后添加精炼剂并进行搅拌,炉前取样分析,确认化学成分;S300添加相应质量份的稀土铈、碳、锡,充分搅拌后取样分析,成分调整;以及S400静置,捞渣,保温1000~1100℃,电压220V,静置30~60min,升温至1200~1250℃,出炉浇注成合金棒材或合金锭。根据本专利技术的一实施例,所述步骤S100包括步骤:S110预热工频感应炉,选用电解铜,向工频感应炉中加料,逐步加热工频感应炉,升温进行熔炼,熔化铜,熔炼温度1000℃~1200℃;S120将锌加入所述工频感应炉,充分搅拌使得合金熔炼混合均匀,将硒、钴、碲投入炉内,搅拌30~40min;以及S130将镁和磷投入炉内,投料后搅拌20~30min,接着将钪、锰和铁投入炉内,投料后搅拌20~30min。根据本专利技术的一实施例,所述精炼剂包含如下质量分数的组分:25%铝酸钙,15%氧化锆,30%硼砂,10%二氧化硅,10%二氧化钛,3%氟硅酸钠,7%碳化硅。本专利技术的有益效果为:本专利技术提供了一种无铅易切削黄铜合金及其制备方法,包含的组分有铜、锌、硒、钴、碲、镁、磷、钪、锰、铁、稀土铈、碳、锡,其中,由于锡元素的加入引起可晶格的畸变,可以提高合金的力学强度,同时在一定程度上起到了填充双空位的作用,锌的扩散通道得到阻塞,从而强化了铜合金的晶界,一定程度上抑制了脱锌的过程,耐蚀性得到提高;通过锡、锰的协同作用使得碲含量的优选范围增大,在保持碲铜合金硬度的同时,能增加碲铜合金的切削力;碳元素得以在碲铜合金中起到润滑的作用,改善其切削性能。具体实施方式以下描述用于揭露本专利技术以使本领域技术人员能够实现本专利技术。以下描述中的优选实施例只作为举例,本领域技术人员可以想到其他显而易见的变型。一种无铅易切削黄铜合金的组分按质量分数计为:55.4%~69.4%的铜(Cu)、0.6%~3.2%的碲(Te)、0.5%~1.8%的钪(Sc)、0.2%~0.5%的磷(P)、0.08%~0.4%的镁(Mg)、0.05%~0.3%的稀土铈(Ce)、0.08%~0.16%的硒(Se)、0.04%~0.32%的锡(Sn)、0.2%~0.35%的钴(Co)、0.22%~0.38%的碳(C)、0%~3%的锰(Mn)、0.2%~0.4%的铁(Fe),余量为锌和不可避免的杂质。从而通过碲钪黄铜合金材料以达到降低铅含量的使用量,符合环保的要求,同时其具备优良的铸造性能和切削性能,以解决现有技术铸造无铅黄铜合金的不足。优选地,铜含量的范围为58.4%~65.5%。铜元素在合金组分中的含量越高可以得到α相较多的黄铜合金,黄铜合金的耐腐蚀性和塑性较好,但是合金材料的强度和硬度会有所下降,其热加工性能也会变差,为了兼顾材料的热加工性能,抗腐蚀性能和力学性能,铜含量的优选范围为58.4%~65.5%。碲与硒共同作用,在切削的过程中,在刀刃的接触线上有大量脆而不硬的碲粒和硒粒存在,减小了切削层的面积,所以使得刀具磨损减小,切削温度和切削力降低。由于锰的加入量较少,对黄铜合金的组织无太大影响,但锰是黄铜的重要强化元素。在黄铜中加入一定量的锰,还可有效地改善黄铜的切削性能,锰能稳定含碲黄铜中的β相,减少碲促使析出γ相的作用,因此可以在少许降低塑性的情况下提高碲黄铜的强度...

【技术保护点】
一种无铅易切削黄铜合金,其特征在于,其组分按质量分数计为:55.4%~69.4%的铜、0.6%~3.2%的碲、0.5%~1.8%的钪、0.2%~0.5%的磷、0.08%~0.4%的镁、0.05%~0.3%的稀土铈、0.08%~0.16%的硒、0.04%~0.32%的锡、0.2%~0.35%的钴、0.22%~0.38%的碳、0%~3%的锰、0.2%~0.4%的铁,余量为锌和不可避免的杂质。

【技术特征摘要】
1.一种无铅易切削黄铜合金,其特征在于,其组分按质量分数计为:55.4%~69.4%
的铜、0.6%~3.2%的碲、0.5%~1.8%的钪、0.2%~0.5%的磷、0.08%~0.4%的镁、0.05%~0.3%
的稀土铈、0.08%~0.16%的硒、0.04%~0.32%的锡、0.2%~0.35%的钴、0.22%~0.38%的碳、
0%~3%的锰、0.2%~0.4%的铁,余量为锌和不可避免的杂质。
2.根据权利要求1所述的无铅易切削黄铜合金,其特征在于,锰含量为0.5%~1.2%。
3.根据权利要求2所述的无铅易切削黄铜合金,其特征在于,铁含量为0.2%~0.4%。
4.根据权利要求3所述的无铅易切削黄铜合金,其特征在于,碳元素含量在
0.24%~0.30%之间。
5.一种如权利要求1~4中任一所述的无铅易切削黄铜合金的制备方法,其特征在于,
包括步骤:
S100熔炼制备合金混合液,熔化铜,熔炼温度1000℃~1200℃,依次分批加入相应
质量份的锌、硒、钴、碲、镁、磷、钪、锰以及铁,搅拌;
S200调整温度至9...

【专利技术属性】
技术研发人员:冯振华
申请(专利权)人:宁波会德丰铜业有限公司
类型:发明
国别省市:浙江;33

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