一种抗应力腐蚀性能优异的无铅易切削黄铜合金及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种抗应力腐蚀性能优异的无铅易切削黄铜合金及其制备方法，本发明专利技术的黄铜合金含有57～64wt％的Cu，0.5～8wt％的Mn，0.1～0.8wt％的Mg，余量为Zn和总量不大于0.2wt％的杂质。本发明专利技术的黄铜合金具有良好的冷加工和热加工成型性能、抗脱锌腐蚀及优异的抗应力腐蚀性能，适用于需切削加工和磨削加工成型的零部件，尤其适用于装配应力不便消除的锻件，如水龙头和阀门等。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于合金
，具体涉及一种环保黄铜合金，特别是涉及一种抗应力腐蚀性能优异的无铅易切削黄铜合金及其制备方法。
技术介绍
铅黄铜由于具有优良的切削性能、良好的耐腐蚀性能以及低廉的成本，已被广泛应用于供水系统中制作龙头、多种阀门等部件。但由于铅黄铜在生产及使用过程中会污染环境，且铅在水中很容易浸出，长期饮用含有铅的自来水将严重危害人体健康，因此其应用受到严格的控制。美日欧等政府已经立法，将逐步在饮用水管道配件中禁止使用含铅产品，且美国NSF/ANSI 61-2008饮用水标准规定水中铅含量不能超过5μg/L。目前学者们主要通过以铋代铅、以锑代铅、以硅代铅来改善铜合金的切削性能，并添加一定量的锡或镍改善合金的耐蚀性能。在现有的合金中，铋黄铜的切削性能最接近铅黄铜，如中国专利申请CN1906317A，其在铋黄铜中添加较高含量的铋使合金的切削性能与铅黄铜相近的同时，又添加较高含量的锡来提高合金的耐腐蚀性能，但由于铋和锡的价格均较贵，使得铋黄铜的原料成本较高，并且铋黄铜存在焊接性能较差，锻造温度范围较窄等缺点，使得生产工艺难以控制，生产效率偏低。此外，多家国内外铜材生产商提供的铋黄铜棒材在锻造生产阀门本体，并装配成阀门后，因不便退火消除装配应力，在YS/T814-2012的试验方法下(14％浓度氨水氨熏8小时)进行抗应力腐蚀性能测试时，观察到不同程度的应力腐蚀裂纹。现有的无铅易切削锑黄铜合金(如中国专利申请CN1557981A)冷热成型性能和耐蚀性能优良，但由其锻造生产的阀门产品在经NSF测试时，其中锑在水中的溶出量超过0.6μg/L，不能应用于饮用水供给系统零部件，并且该合金应力腐蚀开裂倾向较大，尤其是将其应用于装配应力不便消除的阀门时，难以通过YS/T814-2012的氨熏测试。无铅易切削硅黄铜作为无铅铜研究的热点之一，目前已研究开发的主要是高铜、低锌变形硅黄铜，如中国专利申请CN1969052A中公开的合金，其含铜量在69wt％以上，抗应力腐蚀性能和抗脱锌腐蚀性能优异，大扭矩装配的阀门在未消除装配应力的情况下，进行14％浓度氨水氨熏8小时仍不发生应力腐蚀开裂，但因其铜含量高，总的生产成本高，所以生产的阀门缺乏市场竞争力。路达(厦门)工业有限公司研发的高锌硅黄铜(中国专利申请CN101440444A)具有优良的切削性能、铸造性能、冷热成型性能、焊接性能，已大规模应用于水龙头产品，并大量出口欧美市场。利用该合金砂型铸造的小规格阀门在不退火消除装配应力的情况下，可以通过14％浓度氨水氨熏8小时的应力腐蚀性能检测，但当其用于更大规格阀门，当装配扭矩≥90N·m时，应力腐蚀开裂倾向较大。
技术实现思路
为了克服以上缺陷，本专利技术提供了一种抗应力腐蚀性能优异的无铅易切削黄铜合金及其制备方法，本专利技术的黄铜合金具有优异的抗应力腐蚀性能、冷热成型性能及切削性能，是一种适合于锻造和挤压的环保型无铅黄铜合金。本专利技术的目的是通过以下技术方案来实现的：一种抗应力腐蚀性能优异的无铅易切削黄铜合金，该黄铜合金含有57～64wt％的Cu，0.5～8.0wt％的Mn，0.1～0.8wt％的Mg，余量为Zn和总量不大于0.2wt％的杂质；优选地，所述黄铜合金中Mn的含量为1.0～6.5wt％，优选为2.0-6.0wt％；优选地，所述黄铜合金中Mg的含量为0.2～0.6wt％，优选为0.3～0.5wt％；优选地，所述黄铜合金还含有P元素，其中，P的含量为0.02～0.25wt％，优选为0.05～0.15wt％；优选地，所述黄铜合金还含有B元素，其中，B的含量为0.0005～0.005wt％，优选为0.001-0.003wt％，更优选为0.0015-0.003wt％；优选地，所述黄铜合金还含有选自Al、Sn、Fe和Ni中的至少一种元素，其中，每种元素的含量在0.6wt％以下，优选为0.05～0.5wt％，更优选为0.15-0.45wt％；优选地，加入的所述Al、Sn、Fe和Ni的元素总和为1.5wt％以下。此外，本专利技术还提供了一种制造上述抗应力腐蚀性能优异的无铅易切削黄铜合金的方法，该方法包括：配料后进行熔炼，通过水平连铸或半连续铸造取得合金铸锭，铸锭加热后进行挤压，挤压铜棒经冷拉拔、退火后获得最终的铜棒成品，其中所述熔炼过程中镁是以镁合金或铜镁中间合金的形式加入，所述熔炼温度为1000～1200℃，所述水平连铸或半连续铸造的温度为950～1150℃，所述挤压温度为600～800℃，所述退火温度为300～500℃。本专利技术制造所述抗应力腐蚀性能优异的无铅易切削黄铜合金的工艺流程如图1所示。本专利技术通过添加较高含量的锰元素和一定含量的镁元素，一方面使合金具有良好的切削性能和优异的抗应力腐蚀性能，另一方面大大降低了本专利技术的原材料成本。本专利技术中添加锰元素的作用一方面是固溶强化，提高合金的强度和硬度，另一方面则主要是因为锰能显著提高黄铜在大气、海水、氯化物及过热蒸汽中的耐蚀性，利用锰来提高合金的耐蚀性，其原理在于：锰在铜中有较高的固溶度，其锌当量系数为0.5，在铜等其他元素不变的情况下，添加锰元素含量的同时减少了锌的含量，从而扩大了α相区，因此，添加适量的元素锰，可以提高α相的比率，从而提
高合金的耐蚀性，尤其是提高合金的抗应力腐蚀性能。此外，锰在提高合金的强度、硬度以及耐蚀性的同时，还能与部分其它添加金属形成少量的金属间化合物，提高合金的强度并改善切削性能。因此，锰是本专利技术合金中最重要的合金元素之一，其含量控制在0.5～8.0wt％的范围内，当锰的含量低于0.5wt％，其对合金的耐蚀性能的影响表现不足，当锰的含量高于8.0wt％，则合金虽然具有优异的抗应力腐蚀性能，但是锰元素的固溶强化效果明显，不利于合金的切削加工性能。镁与铜形成了含镁化合物(MgCu2和MgCu)并以第二相粒子弥散分布于晶界或晶内，含镁化合物(MgCu2和MgCu)具有脆而不硬的特性，与刀刃接触时在切应力的作用下易于破碎，破碎后与断口处接触的金属发生应力集中，很容易萌生裂纹并扩散，使切屑很快断裂而不继续长大，减小切屑的尺寸，起到与铅类似的断屑作用，从而使合金具有良好的切削加工性能。应力腐蚀是在静应力(主要是拉应力)和腐蚀的共同作用下产生的失效现象，其过程包含裂纹的萌生、扩展以及最后的断裂三个阶段。应力腐蚀裂纹的扩展是一个比较复杂的现象，与裂纹尖端的力学状态、尖端附件的腐蚀介质条件以及受应力腐蚀材料的性质和状态有关。在应力腐蚀裂纹的扩展过程中，当裂纹尖端遇上脆性相时，脆性相可发生断裂等变化，使裂纹扩展的应力得以充分释放，裂纹的扩展得以停止。镁与铜形成的大量的弥散分布的脆性化合物的存在，使合金的应力腐蚀裂纹扩散后很快就终止，从而显著的提高了合金的抗应力腐蚀性能。此外，镁在熔炼过程中也起了脱氧的作用。因此镁是本专利技术合金中最重要的合金元素之一，其含量控制在0.1～0.8wt％范围内，含量低于0.1wt％时对合金的抗应力腐蚀性能及切削性能的提高较小，含量高于0.8wt％时合金的抗应力腐蚀性能及切削性能优异，但因Mg易氧化等原因，降低了合金的铸造性能。磷通常用于合金的脱氧，增加熔体流动性，改善切削性能和抗脱锌腐蚀性能。磷的脱氧作用，也可以减少了镁的氧化烧损，提高本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种抗应力腐蚀性能优异的无铅易切削黄铜合金，其特征在于，该黄铜合金含有57～64wt％的Cu，0.5～8.0wt％的Mn，0.1～0.8wt％的Mg，余量为Zn和总量不大于0.2wt％的杂质。

【技术特征摘要】
1.一种抗应力腐蚀性能优异的无铅易切削黄铜合金，其特征在于，该黄铜合金含有57～64wt％的Cu，0.5～8.0wt％的Mn，0.1～0.8wt％的Mg，余量为Zn和总量不大于0.2wt％的杂质。2.根据权利要求1所述的黄铜合金，其特征在于，所述黄铜合金中Mn的含量为1.0～6.5wt％，优选为2.0～6.0wt％。3.根据权利要求1或2所述的黄铜合金，其特征在于，所述黄铜合金中Mg的含量为0.2～0.6wt％，优选为0.3～0.5wt％。4.根据权利要求1至3中任一项所述的黄铜合金，其特征在于，所述黄铜合金还含有P元素，其中，P的含量为0.02～0.25wt％，优选为0.05～0.15wt％。5.根据权利要求1至4中任一项所述的黄铜合金，其特征在于，所述黄铜合金还含有B元素，其中，B的含量为0.0005～0.005wt％，优选为0.001-0.003wt...

【专利技术属性】
技术研发人员：许传凯，胡振青，张华威，吕青，龙佳，张卫星，毕秋，
申请(专利权)人：百路达厦门工业有限公司，路达厦门工业有限公司，
类型：发明
国别省市：福建;35