具有改进的耐脱锌性和机械加工性能的黄铜合金制造技术

本发明专利技术涉及一种基本上无砷的黄铜合金，具有改进的(i)耐脱锌性、(ii)机械加工性能和(iii)晶间腐蚀防护作用，以重量百分比计，其中所述的黄铜合金含有62‑68％的Cu，0.02‑1.00％的Pb，0.2‑0.6％的P，0.02‑0.06％的Sb，以及余量Zn；并且所述黄铜合金的特征在于其中β‑相的含量＜5％，优选为β‑相的含量＜1％。此外，本发明专利技术还涉及一种制备所述黄铜合金的方法。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种基本上无砷的黄铜合金，具有改进的耐脱锌性、晶间腐蚀防护作用和机械加工性能。
技术介绍
黄铜是一种基本成分为铜(Cu)和锌(Zn)的材料。通过添加各种不同的合金材料，比如铅(Pb)、铁(Fe)、铝(Al)、镍(Ni)、锰(Mn)、硅(Si)等，黄铜可被赋予独特的性能，而且黄铜有许多不同类型，以便适应于不同类型的机械加工和成品。取决于组成和制备的不同，黄铜由不同的显微组织成分组成，这就是所谓的“相”。黄铜通常有α-相和β-相两种相，其中，α-相富含于铜中，而β-相富含于锌中。一般来说，黄铜由这两种相的混合组成。将重量百分比高达约35％的锌加入到铜中，就会形成铜组分均匀的固熔体。如果继续增加锌的含量，就会生成原固熔体(α-相)和含锌量较高的新固熔体(β-相)组成的混合体。锌的重量百分比含量介于35-45％之间的黄铜由这两种相混合而成，被称为α-β-黄铜或两相黄铜，其中α-相与β-相之间的关系主要取决于锌的含量。α-β-黄铜中β-相的存在可以引起可冷锻性降低，而显著提高挤压或冲压以及熔铸等热加工中的塑性，不会出现热裂纹，铅的存在也是如此。此外，α-β-黄铜具有更好的机械性能，而且由于其中含有较高比例的锌，在某些情况下，这种黄铜比α-黄铜价格低廉。但是，α-β-黄铜对脱锌具有较高的敏感性。因此，有必要制备具有耐脱锌性的α-β-黄铜。在特定的环境下，必须使用特种合金。以混合式龙头、阀门和接头等形式存在的建筑物设施配件就是这样的例子，这时候耐脱锌性是必需的。脱锌是腐蚀的一种类型，这种情况下锌被选择性侵蚀，而留下多孔的铜结构。耐脱锌性黄铜中的铜含量相对较高，60％以上，并含有诸如砷(As)、锑(Sb)、或磷(P)等抑制剂，这些抑制剂使黄铜的α-相能对脱锌产生抗性。由于只有α-相可以稳定存在，因此，利用更高含量的铜来降低β-相的含量就显得很重要。但是，事实证明即使使用了砷和含量60％以上的铜，仍然会存在β-相。因此，有必要利用另一种方法来降低α-β-黄铜合金(含有重量百分比≥60％的铜)中的β-相。通过美国专利US 3.963.526已知，通过在合金中加入重量百分比含量为0.02％的诸如As、Sb或P等合金脱锌抑制元素，可以得到β-相含量为5-20％的黄铜合金。天然存在于合金中的β-相连续网状结构可以通过将铸造黄铜合金置于400-600℃温度下进行适当时间的热处理而被打破。除了脱锌，黄铜合金还会经受晶间腐蚀，这是一种沿着晶粒边界发生的腐蚀形式。在黄铜合金的晶粒边界，锌的含量较高，并且晶间腐蚀只是侵袭沿着晶粒边界存在的锌。因此，也有必要对晶间腐蚀进行防护。人们最常通过饮用水和某些食物接触到无机砷，也会主要通过鱼类和贝类接触到各种各样的有机砷化合物[1-3]。从全球范围来看，有数百万人使用的饮用水中砷含量很高，存在严重影响健康的风险。受影响最严重的为盂加拉国、印度、台湾，以及南美洲和中国的部分地区[3]。因此，有必要在与饮用水接触的黄铜合金中使用尽量少的砷，以此来降低饮用水中的砷含量。据美国国家科学院估计，每日摄入1L砷含量处于临界值10μg/L的饮用水，罹患癌症的终身风险可以达到每1000人中出现1-3例，这个比率超过了所谓的低风险水平(即每100,000名暴露人群中出现大约1例)，而此低风险水平被认为是个体环境因素可接受的风险[3]。与其它致癌物质一样，降低暴露量就可以降低影响健康的风险。欧盟内部规定饮用水中砷含量的临界值为10μg/L。基于罹患癌症的风险，瑞典规定饮用水中砷含量的临界值为10μg/L[3]。据估计，每日摄入饮用水临界值相应数量的砷(视年龄、气候和身体活动的差别，每日摄入10-20μg的砷)，癌症发生的终身风险为每1000人中出现1-3例(0.1-0.3％)。因此，人们期望尽可能的限制砷的摄入量。实验研究表明，胎儿和小孩比成人更敏感，所以儿童特别需要限制砷的摄入量。在一些国家中，铅在自来水工程系统中相当普遍，因此饮用水中的铅造成了高度暴露性。极低剂量的铅就可以损害神经系统[3，4]。未发育成熟的神经系统对其特别敏感。可以根据血液中的含铅量来确定健康风险。胎儿阶段和幼龄期曾经暴露于铅的儿童，如果血铅含量达到约100μg/L和更高水平，就可能出现智力退化、发育迟缓和行为障碍等症状。因此，有必要在与饮用水接触的黄铜合金中使用更少的铅，以此来降低饮用水中的铅含量。专利技术目的本专利技术的目的是提供一种基本上无砷的α-β-黄铜合金。本专利技术的目的还在于该黄铜合金与含砷黄铜或仅含砷黄铜比较，具有改进的耐脱锌性。本专利技术的目的还在于提供一种黄铜合金，其与含砷黄铜或仅含砷黄铜比较，具有相似的或更好的晶间腐蚀防护作用。本专利技术的目的还在于该黄铜合金中铅的重量百分比含量应该≤1.0％，优选为铅的重量百分比含量≤0.10％。本专利技术的目的还在于该黄铜合金中β-相的含量＜5％，优选为β-相的含量≤1％。专利技术概述通过本专利技术如独立权利要求所述，实现了上述目的。本专利技术中合适的实施例限定于从属权利要求中。本专利技术涉及一种基本上无砷的α-β-黄铜合金，具有改进的(i)耐脱锌性、(ii)机械加工性能和(iii)晶间腐蚀防护作用。根据优选的实施例，以重量百分比计，这种基本上无砷的黄铜合金含有62-68％的Cu，0.02-1.00％的Pb，＜0.02％的As，和/或0.01-0.06％的P，和/或0.01-0.06％的Sb(锑)，以及余量Zn。所述黄铜合金的特征在于，其中β-相的含量＜5％，优选为β-相的含量≤1％。由于只有α-相可以稳定存在，因此将β-相的含量减少到＜5％就显得很重要，优选为减少到≤1％，目的是为了防止脱锌和晶间腐蚀。根据优选的实施例，以重量百分比计，这种基本上无砷的黄铜合金含有62-68％的Cu，0.02-1.00％的Pb，＜0.02％的As，和/或0.01-0.06％的P，和/或0.01-0.06％的Sb，以及余量Zn，制备这种黄铜合金的方法包括以下步骤：a.在置于熔炉内的基础合金中加入Sb和P，b.将熔融合金液倒入模具，c.将铸造黄铜合金在500℃-550℃的温度下进行热处理1-2h。由于只有α-相可以稳定存在，因此减少β-相的含量就显得很重要，其目的是防止脱锌和晶间腐蚀。进行热处理并添加抑制剂Sb可以降低β-相的含量，而添加合金添加剂P可以降低切削力。在此优选的实施例中，所述基本上无砷的黄铜合金，其特征在于它的制备方法(方法限定产品)以及这种合金的其它测定方法，因为很难通过其它方式来限定这种合金的技术特征，也就是说，这种合金获得改进的(i)耐脱锌性、(ii)机械加工性能和(iii)晶间腐蚀防护作用，要部分归因于热处理。根据优选的实施例，以重量百分比计，这种基本上无砷的黄铜合金含有63.0-64.0％的Cu，0.02-1.00％的Pb，和/或0.02-0.06％的P，0.02-0.06％的Sb，以及余量Zn。其中Pb的含量有所增加，在一定程度上带来机械加工性能的改进。根据优选的实施例，以重量百分比计，这种基本上无砷的黄铜合金含有63.0-64.0％的Cu，0.80-1.00％的Pb，0.02-0.06％的P，0.02-0.06％的Sb，以及余量Zn。其中Pb的含量有所增加，在一定程度上本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种具有改进的耐脱锌性、机械加工性能和晶间腐蚀防护作用的黄铜合金，以重量百分比计，含有a.62‑68％的Cu，b.0.02‑1.00％的Pb，c.＜0.02％的As，d.0.01‑0.06％的P和/或0.01‑0.06％的Sb，以及e.余量Zn，其特征在于所述黄铜合金中β‑相的含量＜5％，优选为β‑相的含量≤1％。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.01.30 SE 1450094-61.一种具有改进的耐脱锌性、机械加工性能和晶间腐蚀防护作用的黄铜合金，以重量百分比计，含有a.62-68％的Cu，b.0.02-1.00％的Pb，c.＜0.02％的As，d.0.01-0.06％的P和/或0.01-0.06％的Sb，以及e.余量Zn，其特征在于所述黄铜合金中β-相的含量＜5％，优选为β-相的含量≤1％。2.根据权利要求1所述的黄铜合金，以重量百分比计，含有62-68％的Cu，0.02-1.00％的Pb，0％的As，0.02-0.06％的P，0.02-0.06％的Sb，以及余量Zn。3.根据权利要求1所述的黄铜合金，以重量百分比计，含有62-68％的Cu，0.02-1.00％的Pb，0％的As，0.01％的P，0.02％的Sb，以及余量Zn。4.根据权利要求1或2所述的黄铜合金，以重量百分比计，含有63.0-64.0％的Cu，0.02-1.00％的Pb，0％的As，0.02-0.06％的P，0.02-0.06％的Sb，以及余量Zn。5.根据权利要求1、2和4中任一项所述的黄铜合金，以重量百分比计，含有63.0-64.0％的Cu，0.80-1.00％的Pb，0％的As，0.02-0.06％的P，0.02-0.06％的Sb，以及余量Zn。6.根据上述权利要求中任一项所述的黄铜合金，以重量百分比计，还含有0.07-0.12％的Fe以及0-0.05％或0.45-0.70％的Al。7.根据上述权利要求1、2、4-6中任一项所述的黄铜合金，以重量百分比计，含有63.5％的Cu，35.0％的Zn，0.9％的Pb，0％的As，0.10％的Fe，0.50％的Al，0.02-0.06％的P，0.02-0.06％的Sb。8.根据上述权利要求1、2、4-7中任一项所述的黄铜合金，以重量百分比计，含有63.5％的Cu，35.0％的Zn，0.9％的Pb，0％的As，0.10％的Fe，0.50％的Al，0.03％的P，以及0.03％的Sb。9.根据上述权利要求中任一项所述的黄铜合金，以重量百分比计，还含有0-0.200％的Ni，0-0.100％的Mn，0-0.02％的Si，和/或0.0004-0.0006％的B。10.根据权利要求1所述的黄铜合金，以重量百分比计，含有62-68％的Cu，0.02-1.00％的Pb，0.01％的As，0.02％的Sb，以及余量Zn。11.根据权利要求1所述的黄铜合金，以重量百分比计，含有62-68％的Cu，0.02-1.00％的Pb，0.01％的As，0.02％的Sb，0.015％的P，以及余量Zn。12.一种制备根据权利要求1-11中任一项所述的黄铜合金的方法，其特征在于，包括如下步骤：a.在置于熔炉内的基础合金中加入Sb和/或P，b.将步骤a中得到的熔融合金液倒入模具，c.将步骤b中得到的铸造黄铜合金在500℃-550℃的温度下进行热处理1-2h。13.根据权利要求12所述的制备黄铜合金的方法，其特征在于，将所述黄铜合金在...

【专利技术属性】
技术研发人员：扬·尼尔森，卡托·马丁森·梅瑞里，
申请(专利权)人：北欧古苏姆冶金公司，IMI平衡流体技术公司，
类型：发明
国别省市：瑞典;SE