一种无铅易切削硅镁磷黄铜合金及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种无铅易切削硅镁磷黄铜合金及其制备方法。按重量百分比计，该硅镁磷黄铜合金含有：60wt%Cu，0.5～0.9wt%Si，0.5～0.9wt%Mg，0.5～0.7wt%P，0.2～0.4wt%Al和选择添加元素0～0.6wt%，其余为Zn和杂质，杂质合计小于1wt%。所述合金严格要求Mg、Si、P元素的添加配比，Mg、Si、P元素的含量之和处于1.8～2.4wt%，其中Mg、Si含量之和处于1.3～1.6wt%。本发明专利技术将原料组分熔化，待成分均匀化后，在高温下精炼，浇注，后冷却至室温脱模，得到所述的无铅易切削硅镁磷黄铜合金。本发明专利技术的硅镁磷黄铜合金切削性能、耐腐蚀性能优异，力学性能优良，成本低廉，可代替铅黄铜，具有良好的应用前景。

Leadless easy cutting silicon magnesium phosphorus brass alloy and preparation method thereof

The invention discloses a lead-free free cutting silicon magnesium phosphorus brass alloy and a preparation method thereof. According to the weight percentage, the silicon magnesium phosphorus brass alloy containing 60wt%Cu, 0.5 ~ 0.9wt%Si, 0.5 ~ 0.9wt%Mg, 0.5 ~ 0.7wt%P, 0.2 ~ 0.4wt%Al and select add elements of 0 ~ 0.6wt%, others are Zn and total impurities, impurity is less than 1wt%. The alloy strictly requires the addition ratio of Mg, Si and P elements, and the content of Mg, Si and P elements is between 1.8 and 2.4wt%, wherein the sum of the contents of Mg and Si is between 1.3 and 1.6wt%. The present invention melts the raw material component, after being homogenized, is refined at high temperature, pouring, cooling and releasing at room temperature, and then the leadless free cutting silicon magnesium phosphorus brass alloy is obtained. The silicon magnesium phosphorus brass alloy of the invention has excellent cutting performance, excellent corrosion resistance, good mechanical performance, low cost, and can replace the lead brass, and has a good application prospect.

【技术实现步骤摘要】
一种无铅易切削硅镁磷黄铜合金及其制备方法
本专利技术属于环保黄铜合金领域，具体涉及一种无铅易切削硅镁磷黄铜合金及其制备方法。
技术介绍
铅黄铜有着优异的切削性能、综合性能以及价格的优势，在水暖卫浴、电器电子、仪器仪表、机械制造等各种领域有着广泛的应用。但是铅元素会在加工生产或使用过程中析出，进而危害人体健康。随着人们对健康与环保意识的不断增强，发达国家很早就已经对铅黄铜进行限制和禁止，我国也加紧了对无铅黄铜的研究与应用。高铜硅黄铜的铜含量高达70%以上，综合性能虽好，但成本过高，不易推广应用，而低铜硅黄铜又因为γ相的产生，硬度值高，切削力高，切削性能不佳，有待进一步改善。硅、镁、磷部分溶于铜，与铜形成金属间化合物，形成的化合物弥散分布于基体中，在切削时产生“切口效应”有利于断屑。同时硅、铝元素的添加会使黄铜的耐腐蚀能力增强，锡元素可以显著地提高合金的耐腐蚀性能。国内有许多研究工作者对硅黄铜、镁黄铜、磷钙黄铜及其硅、镁、磷元素的作用都有过研究，但主要是对单个元素进行研究。在研究过程中还存在关键问题需要解决，添加单一的1～2种主要元素，加入量太多，一方面在熔炼时易氧化烧损，很难控制合金的质量，另一方面会使材料的硬度太高；加入量太少又不能形成有效的断屑质点，切削性能不理想，以至于很难推广应用。基于硅黄铜与添加其他元素的研究现状，本专利技术是通过复合添加硅、镁、磷以及少量的铝、锡、硼、稀土等元素，并严格控制硅、镁、磷等元素的添加量及添加比例，期望获得一定数量的脆而不硬的质点化合物均匀分布在晶内晶界的组织，有利于切削的断屑同时又不会使合金的硬度太高，材料的工艺性能优良，合金资源丰富，成本低廉。
技术实现思路
本专利技术针对现有技术的不足，提供了一种无铅易切削硅镁磷黄铜合金。该硅镁磷黄铜合金的切削性能优异，具有铸造性能、力学性能、耐腐蚀性能优良的特点。本专利技术还提供了所述的一种无铅易切削硅镁磷黄铜合金的制备方法。本专利技术通过如下技术方案实现。一种无铅易切削硅镁磷黄铜合金，按重量百分比计，含有60wt%Cu，0.5～0.9wt%Si，0.5～0.9wt%Mg，0.5～0.7wt%P，0.2～0.4wt%Al和选择添加元素0～0.6wt%，其余为Zn和杂质，杂质合计小于1wt%。进一步地，Si、Mg、P的含量配比中，Mg、Si、P的含量之和处于1.8～2.4wt%，Mg与Si的含量之和处于1.3～1.6wt%，P的含量在0.5～0.7wt%。进一步地，所述选择添加元素包括Sn、B和Re中的一种以上，其中，按重量百分比计，各元素添加后在合金中的含量为：0.2～0.5wt%Sn，0.002～0.006wt%B，0.002～0.006wt%Re。进一步地，所述合金的组织结构特征为：包括α和β两个基本组成相，以及脆性的球状或短杆状金属间化合物，金属化合物均匀分布在晶内及晶界。更进一步地，所述金属间化合物为Cu2Mg+Cu3P+Mg3P2或者Cu2Mg+γ。更进一步地，所述金属间化合物的占比为5~10wt%。制备上述任一项所述的一种无铅易切削硅镁磷黄铜合金的方法，包括如下步骤：（1）将Cu与Si以木炭覆盖，升温熔化，待Cu与Si熔化并均匀化后，降温，顺序加入Al、Zn、Mg、P、选择添加元素，其中Si、Al、Mg、P、选择添加元素均以中间合金的形式加入，得到合金熔体；（2）将合金熔体保温精炼，打渣后，浇注到预热好的模具中，冷却至室温，脱模，得到所述的无铅易切削硅镁磷黄铜合金。进一步地，步骤（1）中，所述升温熔化是加热至1050～1100℃进行熔化。进一步地，步骤（1）中，所述降温是降温至500～700℃。进一步地，步骤（2）中，所述保温精炼是在1050～1100℃下保温10～30分钟。进一步地，步骤（2）中，所述浇注是在1050℃进行浇注。进一步地，步骤（2）中，所述预热的温度为200℃。本专利技术控制铜的含量60wt%，锌的含量不少于37wt%，且不添加稀有贵重金属，节约成本。本专利技术合金以硅、镁和磷作为除锌外的主要合金元素，铝次之，并选择性添加包括锡、硼和稀土中的一种以上。Si的锌当量系数为10，强烈扩大β相区而减少α相区，少量的Si能降低液相线温度使固液距离减少，使铸件致密；同时，Si的添加会在合金腐蚀时形成Si的氧化物，从而有利于提高合金的耐腐蚀性能。但当Si含量高于1wt%时，易使合金形成γ相。所以控制Si的含量在0.5～0.9wt%之间，使铸件致密、提高耐腐蚀性能的同时又不会形成太多的γ相，增加合金的硬度。Mg难溶于Cu，易与Cu、Zn形成金属间化合物，在晶内及晶界分布。其中，金属间化合物主要为Cu2Mg，且Cu2Mg质点脆而不硬，可有效地改善合金的切削性能。但Mg的含量过低则改善合金的切削性能不明显，Mg含量过高则合金的塑性降低，加工性能下降，而且Mg在熔炼时容易氧化烧损，因此控制Mg的含量在0.5～0.9wt%之间。另外Mg与P可形成化合物Mg3P2，在切削时易产生热效应使Mg3P2熔化或脱落，起到与铅类似的改善合金切削性能的作用。加入的P除与Mg形成化合物Mg3P2外，还与Cu形成Cu3P改善合金的切削性能。同时，P在熔炼时有脱氧的作用，有利于提高熔体流动性、改善合金的耐蚀性能。Al起固溶强化、提高耐腐蚀性能、脱氧、提高熔体流动性的作用，Al的加入还可以减少Zn的蒸发。Al的含量不宜过高，否则易氧化成渣降低流动性，反而对铸造性能不利，控制Al的含量为0.2～0.4wt%。合金中选择性添加包括Sn、B和Re中的一种以上，少量的Sn在腐蚀时形成一层氧化膜，可以显著改善合金的耐腐蚀性能；B和Re作为晶粒细化剂，少量添加即可细化晶粒，提高合金的综合性能。与现有技术相比，本专利技术具有如下优点和有益效果：（1）本专利技术的合金中不含有稀有贵重金属，且以Si、Mg、P元素代替铅，控制Zn的含量不少于37wt%，Cu用量较少，成本低廉；（2）本专利技术的硅镁磷黄铜合金的组织结构特征包括α和β两个基本组成相，以及脆性的球状或短杆状金属间化合物，这些金属间化合物为Cu2Mg+Cu3P+Mg3P2或者Cu2Mg+γ，金属间化合物占比为5～10%，均匀分布在晶内晶界，这些富Mg、P的金属间化合物脆而不硬，有利于合金的断屑；（3）本专利技术控制Si、Mg、P的含量配比，要求Mg、Si和P的含量之和处于1.8～2.4wt%；而当Mg与Si的含量处于1.3～1.6wt%时，合金的硬度值不高，铸态合金的断后伸长率较好，合金的切削性能普遍较好；而P的含量在0.5～0.7wt%，会出现富Mg、P的金属间化合物，有利于合金的断屑；（4）本专利技术合金的切削性能优异，耐腐蚀性能优良，同时具有优良的铸造性能和力学性能，抗拉强度达到344.53～414.33Mpa、延伸率为6.10～9.53%、硬度值为120.82～148.81HB，可代替铅黄铜，具有良好的应用前景。附图说明图1为实施例1制备的无铅易切削硅镁磷黄铜合金的X射线衍射图；图2为实施例1制备的无铅易切削硅镁磷黄铜合金的光学形貌图；图3为实施例2制备的无铅易切削硅镁磷黄铜合金的X射线衍射图；图4为实施例2制备的无铅易切削硅镁磷黄铜合金的光学形貌图；图5为实施例2制备的无铅易切削硅镁磷黄铜合金的扫描电镜组织图；图6为实施例2本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种无铅易切削硅镁磷黄铜合金，其特征在于，按重量百分比计，含有60wt%Cu，0.5～0.9wt%Si，0.5～0.9wt%Mg，0.5～0.7wt%P，0.2～0.4wt%Al和选择添加元素0～0.6wt%，其余为Zn和杂质，杂质合计小于1wt%。

【技术特征摘要】
1.一种无铅易切削硅镁磷黄铜合金，其特征在于，按重量百分比计，含有60wt%Cu，0.5～0.9wt%Si，0.5～0.9wt%Mg，0.5～0.7wt%P，0.2～0.4wt%Al和选择添加元素0～0.6wt%，其余为Zn和杂质，杂质合计小于1wt%。2.根据权利要求1所述的一种无铅易切削硅镁磷黄铜合金，其特征在于，Si、Mg、P的含量配比中，Mg、Si、P的含量之和处于1.8～2.4wt%，Mg与Si的含量之和处于1.3～1.6wt%，P的含量在0.5～0.7wt%。3.根据权利要求1所述的一种无铅易切削硅镁磷黄铜合金，其特征在于，所述选择添加元素包括Sn、B和Re中的一种以上，其中，按重量百分比计，各元素添加后在合金中的含量为：0.2～0.5wt%Sn，0.002～0.006wt%B，0.002～0.006wt%Re。4.根据权利要求1所述的一种无铅易切削硅镁磷黄铜合金，其特征在于，所述合金的组织结构特征为：包括α和β两个基本组成相，以及脆性的球状或短杆状金属间化合物，金属化合物均匀分布在晶内及晶界。5.根据权利要求4所述的一种无铅易切削硅镁磷黄...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱权利，田小平，杨超，
申请(专利权)人：华南理工大学，
类型：发明
国别省市：广东,44