具优异熔铸性的无铅快削黄铜合金和其制造方法和用途技术

本发明专利技术系关于具优异熔铸性的无铅快削黄铜合金和其制造方法和用途，本发明专利技术无铅快削黄铜具备良好的抗漏气密封性、铸造回熔性和机械特性，所述的黄铜合金包含：65至75重量％的铜、22.5至32.5重量％的锌、0.5至2.0重量％的硅、和其他不可避免的杂质；其中，所述的黄铜合金中铜和锌含量的总和系97.5重量％或更多。

【技术实现步骤摘要】
具优异熔铸性的无铅快削黄铜合金和其制造方法和用途本申请是申请日为2016年1月21日，申请号为201610041118.8，专利技术名称为“具优异熔铸性的无铅快削黄铜合金和其制造方法和用途”的申请的分案申请。
本专利技术系关于一种无铅快削黄铜；特别关于一种无铅快削黄铜，具备良好的抗漏气密封性、铸造回熔性和机械特性。
技术介绍
传统含铅铜合金拥有良好切削性和机械性质而广泛被作为各种工业材料上的应用，例如：水阀、五金零件类的民生工业用途，为重要的工业基础材料。目前铜合金阀件材料已被广泛地用在管路零部件当中，然而为能车削出阀件、球阀等零件，良好的车削性是必需的。这些常用于阀件、水暖设备、船舶零件的铸造铜合金，除了需要抗腐蚀性能之外，另一个重要的添加元素为铅，铅在零件车削过程扮演着脆化车屑的角色，使车削加工更为容易。但近年受环保意识抬头所影响，故必须考虑添加其它合金元素来取代铅在易切铜合金中所扮演的角色。含铅铜合金会在生产与使用过程中，产生铅蒸气的释出对人体带来身体危害，亦会造成环境重金属铅污染。近年来各先进国家对环境保护议题日益重视，随着北美NSF饮用水规范、欧盟ROHS2.0指令、加州无铅法案的通过，纷纷祭出对铜合金中的铅含量与饮用水中铅浸出量的严格限制。传统含铅铜合金进行无铅化，主要以元素铋来取代铅以加强其易切削效果，中国专利CN102828064B、CN102071336B揭示添加含铋含量为0.3至3.5重量％的高铋黄铜，其切削性已相当接近于铅黄铜。然而，由于铋的熔点仅有271℃，其在铸造凝固过程中易产生热裂倾向，且高铋黄铜并非作为需进行焊接用途阀件的理想材料，其原因在于，一旦焊接温度高于铋的熔点，所述的基于高铋黄铜的铸件即产生热脆缺陷，从而造成输送高压气体、流体的阀件产生泄漏。为降低铋的使用，以相对廉价且易取得的硅元素取代铋，乃是一项新趋势。先前技术中无铅黄铜合金所添加的合金元素，包含硅、铋、石墨、锡、铁和钙等元素，其中在黄铜内添加适量硅元素，可产生固溶强化的效果，并增加合金铸造流动性与可焊接性等优点。因此利用硅元素作为添加元素以制备无铅黄铜合金，已成为开拓环保硅黄铜合金的重点。如：先前技术的ASTMC87800硅黄铜合金，即是透过添加含量为3.8至4.2重量％的硅至黄铜中，从而获得具有优异机械强度、抗腐蚀的高硅无铅黄铜合金；然，先前技术的ASTMC87800合金由于合金中硅含量的提升，造成所述的合金的粥状区间(mushyzone)大幅扩展，在材料手册中被归纳为具备宽广凝固区间的合金(凝固区间温度为95℃，详见：AmericanSocietyforMetals所出版的「Copperandcopperalloys」的铸造用铜合金章节)，此性质易导致ASTMC87800合金所形成的铸件在凝固过程中，生成疏松的缺陷，从而使铸件气密性不佳，产生泄漏情形。另一方面，先前技术C87800硅青铜合金，系由成份为Cu-14Zn-4Si所构成的三元合金，由于所述的合金添加硅元素以和具备低于15重量％锌含量，其具有与紫铜相似的优良抗脱锌腐蚀能力；然而合金成份会显着影响凝固特性，其硅含量高达4重量％，扩大了硅青铜凝固区间，导致凝固过程呈粥状凝固型态，较适合以铸模蓄热系数低的金属永久模，利用压铸法与适当流路设计方案引导铸件产生方向性凝固的铸造制程。目前大多数铜合金厂商主要利用砂模铸造法生产阀件产品，所述的先前技术仍无法符合实用需求。专利TW577931和TW421674揭示，添加2至4重量％的硅元素作为无铅黄铜合金的主要合金强化元素，虽然能提高熔汤流动能力以提高铸造性；但硅元素产生耐磨损的κ、γ硬质析出相会影响刀具使用寿命，并仍需借着微量铅的添加(少于0.4重量％)，方可进一步得到优选的被削性。Taha等人[AinShamsEngineeringJournal，vol.3，2012，pp.383-392.]以先前技术含铅硅黄铜作为研究基础(60重量％Cu、0.25至5.5重量％Si、和0.15至0.5重量％Pb)，以六四黄铜合金基底，添加1-4重量％Si和0.5重量％Al取代铅进行改良，发现硅含量为3-4重量％Si，产生η-Cu8ZnSi与χ-Cu8ZnSi析出物，使组织更微细且强度更高，同时也具备优选流动性，但铸件孔隙分率提高。Puathawee等人[AdvancedMaterialsResearch，Vol.802，2013，pp.169-173]在Cu-Zn-XSi-0.6Sn(X＝0.5，1，2，3)合金，发现随硅含量提高，γ相从等轴β相晶界析出，形成网状组织，添加锡之后比起添加前，能使β、γ相更均匀分散，同时提高合金硬度至HV398，γ相的产生能使车削断屑变得容易，同时γ相硬脆的特性也造成刀具磨损变得严重。由此可见，硅的固溶强化效果相当显着，因此需调整适当硅添加量防止过多γ硬质相产生使机械性质劣化，日本三宝伸铜工业Oishi等人[MaterialsTransactions，vol.67，2003，pp.219-225]，专利技术一种含有75.5Cu-3Si-0.1P-Zn的无铅硅黄铜合金成份专利，组织为α+γ+κ相所组成，并没有观察到残留β相和平衡稳定相μ的析出，合金具备良好锻造性、易铸造、抗脱锌、易切削性能。由于宽广的凝固区间会影响液相进行补充收缩的能力，当液相无法有效补充复杂交错的树枝状晶时，导致铸件产生细微缩孔，因此了解合金的凝固区间显得相当重要。日本学者小林与丸山[日本金属学会会报，第43卷，2004，第647-650页]以热电偶测量到无铅CAC403(Cu-10Sn-2Zn)较含铅CAC406(Cu-5Sn-5Pb-5Zn)的凝固区间更为宽大，表示铅的移除对于合金的铸造特性会造成影响，因而在铜合金熔炼与铸造条件更需要严格控制。因此，业界亟需可符合无铅化规范且兼备制程生产便利性的新型无铅黄铜合金材料以取代传统含铅铜合金，例如，一种具备熔铸便利以和易切削加工的无铅黄铜，在铸造过程中不生成疏松组织，使铸件具备气密性，甚至具有抗脱锌腐蚀，符合用于运输气体、流体用途的高质量阀件所需的性能。本专利技术透过成分调整方式改善硅青铜凝固区间宽的特性，针对适合用于砂模铸造生产的合金成份设计，降低铸件因粥状凝固而产生铸件疏松、缩孔等凝固缺陷倾向，以提升铸件健全性。
技术实现思路
本专利技术为符合环境永续发展与工业应用所需，遵循无铅化理念和兼具机械强度、易铸造特性，故选择以先前技术七三黄铜为基材，添加硅为主合金元素，并微量复合添加铝、锑、锡、锰、镍、硼等合金元素，进行无铅硅黄铜合金特性改善。本专利技术的一目的系提供一种无铅快削黄铜合金，改善了先前技术ASTMC87800高硅黄铜合金中，因宽广凝固温度区间导致凝固过程过长，使铸物布满巢状疏松缩孔，造成铸件密封性不良导致泄漏的缺点；另一方面，专利TW577931、TW421674所揭露的合金中，其添加了高含量的硅元素于黄铜合金，导致产生κ、γ等硬质相，而损害刀具寿命、增加切削加工所需时间等问题，于本专利技术中一并获得解决。本专利技术的另一目的系提本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种无铅快削黄铜合金，其包含/n铜：65至75重量％，/n锌：22.5至32.5重量％，/n硅：1.0至1.35重量％，/n至少一种选自由0.01至0.8重量％的镍和0.01至0.55重量％的锑所组成的群的元素，和/n不可避免的杂质；/n其中，所述的黄铜合金中铜和锌含量的总和为97.5重量％或更多，且所述的黄铜合金的γ相为颗粒状型态均匀弥散在α相和β相之间。/n

【技术特征摘要】
1.一种无铅快削黄铜合金，其包含
铜：65至75重量％，
锌：22.5至32.5重量％，
硅：1.0至1.35重量％，
至少一种选自由0.01至0.8重量％的镍和0.01至0.55重量％的锑所组成的群的元素，和
不可避免的杂质；
其中，所述的黄铜合金中铜和锌含量的总和为97.5重量％或更多，且所述的黄铜合金的γ相为颗粒状型态均匀弥散在α相和β相之间。


2.根据权利要求1所述的黄铜合金，其中铜含量为68.369重量％至75重量％。


3.根据权利要求1所述的黄铜合金，其中铜和锌含量的总和为97.5至98.5重量％。


4.根据权利要求1至3中任一項所述的黄铜合金，其中硅含量为1.1至1.35重量％。


5.根据权利要求1至3中任一項所述的黄铜合金，其包含分布于α-Cu固溶体中的铜-硅-锑化合物。


6.根据权利要求1至3中任一項所述的黄铜合金，其另包含0.01至0.55重量％的锰。


7.根据权利要求1至3中任一項所述的黄铜合金，其另包含0.001至0.1重量％的硼。


8.根据权利要求1至3中任一項所述的黄铜合金，其另包含0.01至1.0重量％的铝。


9.根据权利要求1至3中任一項所述的黄铜合金，其另包含0.01至0.55重量％的锡。


10.根据权利要求8所述的黄铜合...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈金龙，陈贞光，洪启捷，叶斐钦，
申请(专利权)人：庆堂工业股份有限公司，
类型：发明
国别省市：中国台湾;71