一种铋黄铜棒材及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种铋黄铜棒材，其特征在于：该铋黄铜的质量百分比组成为，铜：60～62wt％、铋：0.1～0.8wt％、铅：≤0.1wt％、磷：0.01～0.1wt％、锡≤0.2wt％、铁≤0.2wt％，其余为锌，其他杂质含量≤0.5wt％。本发明专利技术铋黄铜棒材的抗拉强度在500MPa以上时，延伸率为15

【技术实现步骤摘要】
一种铋黄铜棒材及其制备方法


[0001]本专利技术属于铜合金
，具体涉及一种铋黄铜棒材及其制备方法。

技术介绍

[0002]铅黄铜优异的力学性能、耐蚀性能、成形性能特别是机加工性能，被广泛应用于电子电器、精密器件、卫浴阀门等诸多领域。但是，铅元素属于有毒元素，铅黄铜产品生产、加工和使用过程中均易造成环境污染和人体健康危害。世界各国或地区已出台相应的标准法规，限制或禁止含铅产品在电子电器等生活领域应用，黄铜的无铅化已逐步成为各领域的共识。
[0003]目前，硅黄铜、铋黄铜为无铅易切削黄铜中最为技术成熟的一种，并已实现一定的商业化。但易切削黄铜的无铅化更多的涉及卫浴水暖以及车削加工领域，随着无铅进程的逐步推行，电子电器领域对于无铅易切削黄铜型材需求逐步增加，但是电子电器连接件在切削、钻孔后可能还需进行铆接或铆压，该加工工艺要求材料不仅具有优异的切削、钻削能力，还要求材料能够承受一定大塑性冷变形能力，而目前对于同时满足冷加工性能及切削性要求的无铅易切削黄铜研究较少。
[0004]中国专利公开号101445885A公开的《一种易切削硅黄铜合金及其制备方法》，添加硅元素后，黄铜切削性能良好，但产品硬度和强度急剧增加，产品塑性差，不能满足精密加工和塑性冷加工性能，不适用于电子电器领域的应用。中国专利公开号1461815A公开的《无铅易切削黄铜合金材料和它的制造方法》，提供了一种铜
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锌
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铋合金，具有良好的强度、切削性和耐腐蚀性能，为了同时满足耐蚀性和切削性能，对组成和工艺进行了设计，特别是铋含量为0.5～2.2％，铜含量60～62％，并进行高温热处理，该成分组成与工艺条件下，铋颗粒易呈薄膜状分布，对产品冷加工塑性造成影响。
[0005]因此，急需开发一种满足冷加工性能的易切削黄铜棒材。

技术实现思路

[0006]本专利技术所要解决的第一个技术问题是提供一种冷加工性能与切削性能都优异的铋黄铜棒材。
[0007]本专利技术解决第一个技术问题所采用的技术方案为：一种铋黄铜棒材，其特征在于：该铋黄铜的质量百分比组成为，铜：60～62wt％、铋：0.1～0.8wt％、铅：≤0.1wt％、磷：0.01～0.1wt％、锡≤0.2wt％、铁≤0.2wt％，其余为锌，其他杂质含量≤0.5wt％。
[0008]铜是本专利技术的主要元素，其含量关系合金的组织结构与成本。若铜含量低于60％，虽为α+β两相组织，且具有良好的切削性能与成本控制，但α相比例可能低于范围，影响产品冷加工塑性；而铜含量高于62％，则α相难呈孤岛分布状态，不利于铋颗粒的形态和分布，影响切削性能的同时也造成成本升高，因此本专利技术的铜合金含量为60～62wt％。
[0009]铋是本专利技术的主要元素，铋含量小于0.1％时，无法达到令人满意的切削性能；而含量大于0.8％易发生铋元素聚集而影响形貌分布，难以进一步提升本专利技术的切削性能，同
时造成合金塑性下降，因此本专利技术的铋含量为0.1～0.8wt％。
[0010]铅是本专利技术的杂质元素。一般条件下，铅与铋共存易形成铅铋低温合金，极大降低材料的机械加工性能与冷热加工性能，同时增加合金在冷、热加工过程中的开裂风险。因此，常规含铋黄铜要求铅含量越低越好，甚至不含铅元素，这也造成含铋黄铜与含铅黄铜不能混合，是铋黄铜回料难以回收的根本原因。而本专利技术中，通过合金组织、切削性颗粒形貌管控，极大地避免了因含铅导致的开裂风险，微量的铅元素存在对本专利技术的冷、热加工塑性不造成影响。考虑到铅元素对环境的危害程度，本专利技术对铅的含量控制在0.1％以内。
[0011]磷是本专利技术的添加元素，添加磷可以起到熔铸过程脱氧、改善金属流动作用，同时在本专利技术中形成Cu3P硬质相，不仅提升切削性能，且能为铋颗粒提供形核位点，减少薄膜态铋分布生成。P含量低于0.01％时，则Cu3P硬质相形成少，作用不明显，P含量高于0.1％，合金脆性增加，冷加工塑性下降，因此本专利技术的磷含量为0.01～0.1wt％。
[0012]铁和锡为本专利技术的杂质元素，微量的铁和锡能起到细化晶粒的作用，同时锡和铋有一定溶解度，可起到增大黄铜晶界润湿角作用，促进铋颗粒形貌分布。而过量的铁和锡，易造成合金硬度、强度上升，降低材料塑性。一般情况下铁和锡在回料中存在，主要由回料中带入，因此本专利技术控制铁和锡元素不高于0.2％。
[0013]作为优选，还包括0.005～0.05wt％的镧、0.005～0.05wt％的铈。
[0014]镧和铈为本专利技术的添加元素，起到细化晶粒的作用，镧、铈能极大程度减少晶粒长大，增大晶界面积，增加了合金的扩散阻力，减少铋颗粒加工和热处理时在晶界的偏聚，降低薄膜状分布风险。镧、铈含量低于0.005％，效果不明显；含量高于0.05％，非真空烧损严重，难以稳定达到，增加熔炼难度，因此本专利技术的镧和铈含量分别控制在0.005～0.05％。
[0015]作为优选，该铋黄铜的微观组织晶粒为等轴晶，晶粒度为5～7μm。
[0016]作为优选，该铋黄铜以α相和β相为基体相，所述α相的面积含量为70～90％。α相作为一种塑性良好的组织，较高的面积含量能显著提高材料塑性，保证铆压等对材料塑性要求较高的加工过程中不发生开裂。而少量的、弥散分布的硬质β相可以阻断α相的联结，增加材料的切削性能。
[0017]作为优选，该铋黄铜含有第二相，第二相包括Bi颗粒，Bi颗粒椭圆度0～20％，1mm2上Bi颗粒数10000个以上，Bi颗粒粒径1
‑
2μm的面积占比在70％以上，Bi颗粒粒径2
‑
10μm以上面积占比在10％以下，Bi颗粒粒径1μm以下面积占比在15％以下。具有一定尺寸的铋颗粒才能在切削过程中发挥类似铅黄铜断屑的能力，粒径过小虽能起到润滑刀具的作用，但是相应断屑能力会降低；粒径过大则会完全丧失切削润滑与断裂能力，增加刀具磨损。因此本专利技术控制铋颗粒粒径1
‑
2μm的面积占比在70％以上。
[0018]作为优选，所述第二相还包括Cu3P颗粒，Cu3P颗粒的椭圆度0～10％，1mm2上Cu3P颗粒的数量在3000个以上，Cu3P颗粒粒径0.5～1.5μm的面积占比在60％以上，Cu3P颗粒粒径1.5～4μm的面积占比在15％以下，Cu3P颗粒粒径0.5μm以下的面积占比在25％以下。弥散分布的硬质脆相Cu3P颗粒可以提高合金的切削性能，也能为铋颗粒的析出提供形核位置，降低薄膜状铋颗粒的形成。粒径过大则无法为铋颗粒形核提供位置，增加形成薄膜状铋颗粒风险，粒径过小则会损失部分切削性能，因此优选的Cu3P颗粒粒径为0.5
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1.5μm的面积占比在60％以上。
[0019]作为优选，该铋黄铜棒材的抗拉强度在500MPa以上时，延伸率为15
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30％，且各位
置硬度最大偏差在5HV5以下。硬度最大偏差表现为材料的硬度均匀性，可能因不同截面加工率选择问题会出现截面间硬度偏差过大情况，这势必会引起材料加工的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种铋黄铜棒材，其特征在于：该铋黄铜的质量百分比组成为，铜：60～62wt％、铋：0.1～0.8wt％、铅：≤0.1wt％、磷：0.01～0.1wt％、锡≤0.2wt％、铁≤0.2wt％，其余为锌，其他杂质含量≤0.5wt％。2.根据权利要求1所述的铋黄铜棒材，其特征在于：还包括0.005～0.05wt％的镧、0.005～0.05wt％的铈。3.根据权利要求1所述的铋黄铜棒材，其特征在于：该铋黄铜的微观组织晶粒为等轴晶，晶粒度为5～7μm。4.根据权利要求1所述的铋黄铜棒材，其特征在于：该铋黄铜以α相和β相为基体相，所述α相的面积含量为70～90％。5.根据权利要求1所述的铋黄铜棒材，其特征在于：该铋黄铜含有第二相，第二相包括Bi颗粒，Bi颗粒椭圆度0～20％，1mm2上Bi颗粒数10000个以上，Bi颗粒粒径1～2μm的面积占比在70％以上，Bi颗粒粒径2～10μm面积占比在15％以下，Bi颗粒粒径1μm以下面积占比在15％以下。6.根据权利要求5所述的铋黄铜棒材，其特征在于：所述第二相还包括Cu3P颗粒，Cu3P颗粒的椭圆度0～10％，1mm2上Cu3P颗粒的数量在3000个以上，Cu3P颗粒粒径0.5～1.5μm的面积占比在60％以上，Cu3P颗粒粒径1.5～4μm...

【专利技术属性】
技术研发人员：周冰清，傅杰，巢国辉，夏文彬，
申请(专利权)人：宁波金田铜业集团股份有限公司，
类型：发明
国别省市：