环保健康新型无铅易切削耐蚀低硼钙黄铜合金制造技术

一种环保健康新型无铅易切削耐蚀低硼钙黄铜合金，它含有：铜：５５～６５ｗｔ％、钙：０．００４～０．２５ｗｔ％、锑：０．１～０．５ｗｔ％、硼：０～０．０５ｗｔ％、其它元素：０．２～１．５ｗｔ％，其它元素包括钛、镍、铁、硅、锡、铝、磷、稀土金属中的至少二种元素，其余为锌和不可避免的杂质。其制造方法是：采用合金化处理和覆盖保护方法熔炼，使金属钙、硼、锑在黄铜熔液中快速固溶为金属间化合物，并在１０３０℃下连续铸造成黄铜铸锭，在６８０～７３０℃温度下进行大挤压比挤压，中间热处理按冷加工的条件在４２０～７００℃温度下进行，在低于４００℃的温度下进行消除应力的退火。本发明专利技术合金具有优异的切削性能、良好焊接性能、优良的耐蚀性和抗脱锌性以及机械性能，特别适用于切削加工成型的零部件、锻件、铸件等；并且制造成本低，完全达到了国际环保、健康、安全标准规范要求。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种不含铅的黄铜合金，尤其涉及一种具有优异的力学性能和耐腐蚀性能的无铅易切削耐蚀低硼钙黄铜合金(PWEHSNBRASS)。它特别适用于民用供水系统管道铸件、阀件、开关连接件；电子通讯器械的接插件；家用电气；灯具和照相器材的光电部件；儿童玩具以及机械与汽车制造业中的零部件制造等领域。它是一种有利于人类营养健康与环境保护的新型金属材料，也是目前广泛应用的会引起对人体和环境有恶劣影响的铅黄铜的又一新型理想替代品。
技术介绍
铅黄铜具有优良的冷热加工性能、极好的切削性能和自润滑等特点，能满足各种形状零部件的机加工，因此含铅黄铜也就被世界公认为重要的基础材料而广泛应用到民用供水系统的管路铸件及配件、家电与儿童玩具的零部件、灯具和照相器材的光电部件、汽车及机械制造业的零部件制造等广泛领域。然而铅是一种对环境和对人体有害的元素，铅对人体血液和神经系统特别是对儿童的肾和脑神经会造成不可逆转的损伤，严重的会造成血铅、脑铅中毒、神经受阻、智力迟钝、痴呆、好动等不良后果。近年来世界各国的医学专家已发现含铅黄铜对人类健康和环境卫生构成了威胁，北欧、美国、日本和中国等医学研究机构均已做出了铅黄铜对人类环境造成危害的报告，因而各国政府也相继出台了对含铅铜合金应用的政府限令，去年，日本政府已将铅在水中的浸出量限制在0.01mg/L。而中国政府近期也相继出台了与国际限令相一致的《电子信息产品污染防治管理办法》等强制性法规。鉴于上述原因，近几年特别是2003年以来，美国、欧共体、日本、中国等国家对铜合金中的铅含量和在饮用水中铅的浸出量分别做出了严格控制的限令，并将不断减少其中的铅含量(其中电子信息产品铅的含量必须小于0.1％)，因而含铅黄铜的应用将面临严格的限制和挑战，因此相继开发无铅易切削铜合金来替代含铅铜合金，是当今世界金属材料制造业所面临的刻不容缓的重大课题，也是国际实施EHS计划(E环保，H健康，S安全)的世界循环经济所必须解决的重大课题。目前国外如美国、德国和日本也专利技术了不含铅的黄铜合金，其中例如中国专利申请号02121991.5说明书中已公开的一种专利技术专利《无铅易切削黄铜合金材料和它的制造方法》，是日本三越金属株式会社专利技术的无铅易切削黄铜合金材料，其制造方法是该合金含有重量％铜60.0～62.0％、铋0.5～2.2％、铝0.01～0.1％、锡0.5～1.6％、磷0.04～0.15％、其余为锌和不可避免的杂质成分，在460～600℃温度下进行30分～4小时热处理，以70℃/小时以下的冷却速度缓冷。上述专利技术专利的无铅易切削黄铜合金材料为铜-锌-铋系合金，该合金中含有铋，在制造时由于铋的成本高，且世界资源临近枯竭，没有竞争力；另一个专利技术是德国威兰德公司研发的《无铅铜合金和其应用》专利，该合金由下列成分组成铜70.0～83.0％、硅1～5％、锡0.01～2％、铁0.01～0.3％和/或钴0.01～0.3％、镍0.01～0.3％、锰0.01～0.3％，余量为锌和不可避免的杂质。该合金属于铜-锌-硅系合金，因该合金含铜量高，原料成本也相应较高(比我司《环保健康新型无铅易切削耐蚀低硼钙黄铜合金》高10％以上)，市场竞争力较弱。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了提供一种不含铅的具有优异切削性、冷热成型性和良好的焊接性及优良的机械性能同时又具有优异的耐蚀性能，并可替代含铅铜合金的不会造成环境污染和有利于人类营养健康的新型无铅易切削耐蚀低硼钙黄铜合金。本专利技术的目的是通过提供具有如下各列合金组成的无铅易切削耐蚀低硼钙黄铜合金而实现的本专利技术无铅易切削耐蚀低硼钙黄铜合金之一的合金组成为它由铜、锌及钙、硼、锑等合金元素和不可避免的杂质成分组成，所述合金的组成为铜55～65wt％、钙0.004～0.25wt％、锑0.1～0.5wt％、硼0～0.05wt％、其它元素0.2～1.5wt％，所述的其它元素包括钛、镍、铁、硅、锡、铝、磷、稀土金属中的至少二种元素，其余为锌和不可避免的杂质，不可避免的杂质中铅的含量小于0.1wt％；所述的合金组成中铜加锌加钙加锑加硼大于97wt％，且其中锌大于35.5wt％。所述合金中硼的较佳含量为0.0005～0.05wt％(但用在非饮用水工程的本合金硼的含量也可以为0～0.0005％)。所述合金的较佳组成为铜58～63wt％、钙0.005～0.15wt％、锑0.15～0.35wt％、硼0.0006～0.03wt％，其它元素0.3～1.2％；合金组成中铜加锌加钙加锑加硼大于97.5％且不大于99％，其中锌大于35.5％。所述的无铅易切削耐蚀低硼钙黄铜合金之一的相组成为以α、β两相为主，少量细小均匀分布于晶界的含钙和含锑金属间化合物等硬脆相。所述的无铅易切削耐蚀低硼钙黄铜合金之一是利用低含量的钙和锑替代铅，钙和锑元素是部分黑色金属和有色金属中的易切削元素(在国内外均有专利报导)，经过合金化处理，使含钙和锑的金属化合物(以固溶无毒、有利健康的形态存在于合金中)等易切削断屑的脆化相聚集在晶界附近，使合金具有象铅黄铜一样的切削性能，同时又添加一些细化晶粒、抑制脱锌和控制合金脆断倾向的微量其它元素，进而使含钙、含锑的金属化合物更加细小均匀地分布在晶界上，使合金在机加工中易形成短断屑点，有效地增加了合金的切削性能、机械性能和耐蚀抗脱锌性等综合性能，从而使低硼钙黄铜合金获得了象铅黄铜那样优异的切削性能、冷热成型性能和优良的铸造性能、焊接性能、机械性能。可广泛应用在饮用水工程、五金、机械、照相器材的光电部件、电子电讯、家电、汽车零部件的铸造和冷热成型易切削零部件制造业。钙和锑是强化和改善合金切削性能的元素，同时钙也是营养性元素，以钙为主，用锑辅助钙。在本合金中钙含量小于0.004％时，易切削效果较低，钙含量大于0.25％时，切削性能好于铅黄铜，但铸造结晶疏松，易出现夹杂影响合金的气密性，并且使合金的机械性能急剧下降。为充分利用钙能提高切削性能的特性，同时还要防止过量钙会导致结晶疏松和机械性能下降的脆断倾向，我们只选定钙的含量为0.004～0.25％。这样的含量控制在不含锑等其它切削元素的条件下，只能使该合金的切削系数达到60％左右，为此我们在此基础上还同时添加了辅助的低含量的锑元素，使之辅助钙并与之共同作用获得了优异的切削性能(切削系数为78～92％)、机械性能和优良的耐蚀性能，进而达到环保、健康、营养、新型合金材料的要求。辅助添加适当含量的锑元素，主要是起辅助钙进一步提高合金的切削性能和抑制脱锌性能的作用。当添加含量小于0.1％时，对辅助钙提高切削性能效果不明显，而辅助添加含量大于0.5％时，虽辅助钙提高切削性能较大，但本合金的塑性降低也非常明显，同时还增加了成本。故经实践证明辅助添加锑的含量为0.1～0.5％，就可以起到辅助钙提高本合金的切削性能的作用，并使该合金具有优异的切削性能(切削系数为78～92％)、冷热成型性能、抗脱锌性能和焊接性能、可抛光和电镀性能以及良好的机械性能。低含量的锑在铜和锌中均有一定的溶解度，因此锑是以低含量无毒的固溶态存在于合金中，不溶于水，而不是象铅那样以有毒的游离态存在于合金中。经电子探针和透射电镜观察，在本合金中锑优先与锌形成固溶体，并聚集在晶界附近，形成易切削的短断屑点，使得含钙和本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种无铅锡切削耐蚀低硼钙黄铜合金，其特征在于：它由铜、锌及钙、硼、锑等合金元素和不可避免的杂质成分组成，所述合金的组成为：铜：５５～６５ｗｔ％、钙：０．００４～０．２５ｗｔ％、锑：０．１～０．５ｗｔ％、硼：０～０．０５ｗｔ％、其它元素：０．２～１．５ｗｔ％，所述的其它元素包括钛、镍、铁、硅、锡、铝、磷、稀土金属中的至少二种元素，其余为锌和不可避免的杂质，不可避免的杂质中铅的含量小于０．１ｗｔ％；所述的合金组成中铜加锌加钙加锑加硼大于９７ｗｔ％，且其中锌大于３５．５ｗｔ％。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：张明，谢潇，蔡洎华，孟宪旗，
申请(专利权)人：宁波博威集团有限公司，
类型：发明
国别省市：97[中国|宁波]