一种无铅易切削锡磷青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锡磷青铜合金，其特征在于：该锡磷青铜合金的质量百分比组成为，Sn：4.0～7.0wt％，P：0.01～0.50wt％，S：0.03～0.50wt％，V：0.02

【技术实现步骤摘要】
一种无铅易切削锡磷青铜合金及其制备方法


[0001]本专利技术属于铜合金
，具体涉及一种无铅易切削锡磷青铜合金及其制备方法。

技术介绍

[0002]锡磷青铜是一种很好的弹性材料，主要用于制作各种弹性元件、通讯接插件，应用最为广泛的合金牌号是QSn6.5
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0.1，美标是C5191，它作为棒材用于加工端子接插件时，通常要在自动车床上进行切削加工，需要材料具有较好的切削性能，于是市场出现了锡铅青铜QSn4
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4，QSn4
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4是在添加一定含量的Pb元素，Pb不溶于Cu中，以单质形式分布于晶内和晶界，破坏的铜基体的连续性，在切削加工时起到断屑作用。众说周知， Pb是一种对环境和人体有害的元素，随着人类对健康的关注，材料无铅化是一种趋势，但是青铜棒材中不含Pb，切削性很差，不能满足自动车床加工要求。
[0003]因此，开发一种满足易切削加工的无铅锡磷青铜是市场紧迫所需的材料。

技术实现思路

[0004]本专利技术所要解决的第一个技术问题是提供一种导电性、切削性能以及塑性均衡的无铅易切削锡磷青铜合金。
[0005]本专利技术解决第一个技术问题所采用的技术方案为：一种无铅易切削锡磷青铜合金，其特征在于：该锡磷青铜合金的质量百分比组成为，Sn：4.0～7.0wt％，P：0.01～0.50wt％， S：0.03～0.50wt％，V：0.02
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0.1wt％，Pb≤0.01wt％，余量为Cu和不可避免的杂质。
[0006]本专利技术添加0.03～0.50wt％的S，S在锡磷青铜中以Cu2S、SnS2脆性化合物存在，能显著改善铜的切削性能，SnS2比Cu2S更脆，改善切削性能的作用强于Cu2S，但是Cu 相比Sn更亲S，在Cu的作用下，SnS2较难形成，因此，添加0.02
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0.1wt％的V，V的熔点1890℃，远高于Cu(1083℃)，属于高熔点物质，铜水凝固结晶时，阻碍富Cu2S的树枝晶生成，促进低熔点Sn(232℃)与S结合在枝晶形成SnS2。但铜的塑性随着S含量提高而下降，超过0.5％以后，塑性严重变差，影响材料的冷加工性能；铜的电导率与塑性随着S含量提高而下降，因此，S控制在0.03～0.50wt％。
[0007]作为优选，所述锡磷青铜合金的微观组织包括基体相以及第二相，所述基体相为α相，所述第二相包括Cu2S、SnS2，所述Cu2S、SnS2总面积含量控制在0.1～1％。α相作为基体相提供强度和塑性，第二相分散在铜基体中提高材料的切削性能，但Cu2S、SnS2总面积超过1％，材料在冷变形过程中，容易开裂。
[0008]为了实现切削与塑性的平衡，作为优选，所述SnS2占Cu2S、SnS2总面积含量的 60％～90％。
[0009]作为优选，所述锡磷青铜合金的晶粒度≤10μm，Cu2S、SnS2相尺寸≤1μm。Cu2S、 SnS2为脆性相尺寸越细小，在基体中分布越弥散，提高切削性能的效果越显著。
[0010]作为优选，所述锡磷青铜合金的硬度HV5为180～220，延伸率：2～5％，相对切削指数为QSn4
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4的60％以上，导电率≥10％IACS。
[0011]作为弹性元件及通讯接插件，要求材料具有较高的硬度和强度，抵抗外力作用变形，延伸率需控制在合理范围，延伸率过高，材料塑性好，切削加工时容易粘刀造成切削不良，延伸率低于2％以下，材料呈现脆化现象，容易脆断，此外，作为通讯接插件，材料还需具有较好的导电性能，导电率低，电流通过时电阻大，增大电子元器件的发热量，影响材料的使用性能。
[0012]本专利技术所要解决的第二个技术问题是提供一种无铅易切削锡磷青铜合金的制备方法。
[0013]本专利技术解决第二个技术问题所采用的技术方案为：一种权利要求1至4任一权利要求所述的无铅易切削锡磷青铜合金的制备方法，其特征在于：该锡磷青铜合金的制备工艺流程为：熔炼
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水平连铸
→
均匀化处理
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中间拉伸、中间退火
→
留底拉伸、留底退火
→
成品拉伸；所述均匀化处理工艺为：1)4.0wt％≤Sn≤5.0wt％时，均匀化处理温度： 520～550℃，保温时间：10～12h；2)5.0wt％＜Sn≤6.0wt％时，均匀化处理温度560～600℃，保温时间6～8h；6.0wt％＜Sn≤7.0wt％时，均匀化处理温度610～650℃，保温时间3～5h。
[0014]铸态锡磷青铜存在比较严重的枝晶偏析现象，Cu2S、SnS2不均匀分布在枝晶之间，不仅不能充分发挥其改善切削作用，而且恶化了材料的冷加工性能，后道冷加工过程中会出现开裂。均匀化处理的目的是消除合金铸态组织的枝晶偏析，使合金的成分、组织、性能均匀。但是均匀化温度过高，Cu2S、SnS2脆性相会聚集球化，数量减少，改善切削性能的作用会下降。本专利技术要求采用在Cu、Sn、S原子扩散的下限温度区进行，Sn含量高，适当提高均匀化温度，但是要缩短均匀化时间，Sn含量低，适当降低均匀化温度，可适当延长保温时间，以促进均匀化充分进行，避免高温下Cu2S、SnS2相聚集球化，控制最终的Cu2S、SnS2相尺寸≤1μm。
[0015]作为优选，所述水平连铸工艺为：铸坯规格Φ8～40mm，铸造温度1150～1220℃，冷却水进水温度：25～33℃，出水温度：35～45℃，牵引工艺采用“拉
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停
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反推
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拉”的牵引动作，牵引速度200～700r/min。“拉
‑
停
‑
反推
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拉”牵引动作起到振动的作用，可以在铜水凝固结晶时起到破碎枝晶、细化结晶组织的作用，使得枝晶之间分布的Cu2S、SnS2脆性相更加均匀。
[0016]作为优选，所述中间拉伸的总加工率控制在20～60％，中间退火温度450～550℃，升温时间30～60min，保温时间120～240min。
[0017]作为优选，所述留底拉伸总加工率控制在50～70％，留底退火温度350
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450℃，升温时间30～90min，保温时间120～360min。留底拉伸总加工率控制在50～70％，目的是通过大加工率变形充分破碎晶粒，增加留底退火形核数量，同时退火温度控制在 350
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450℃，升温时间30
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90min，保温时间120～360min，目的是通过低温退火获得较小的晶粒度，细化Cu2S、SnS2相尺寸，提高材料的切削性能，最终实现锡磷青铜合金的晶粒度≤10μm，Cu2S、SnS2相尺寸≤1μm。
[0018]与现有技术相比，本专利技术的优点在于：本专利技术合金在QSn6.5
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0.1的基础上添加S元素，不含有人体有害的Pb元素，也不含有Bi元素(含Bi铜合金废料再生性能差)，通过添加S元素，形成Cu2S、SnS2本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种无铅易切削锡磷青铜合金，其特征在于：该锡磷青铜合金的质量百分比组成为，Sn：4.0～7.0wt％，P：0.01～0.50wt％，S：0.03～0.50wt％，V：0.02
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0.1wt％，Pb≤0.01wt％，余量为Cu和不可避免的杂质。2.根据权利要求1所述的无铅易切削锡磷青铜合金，其特征在于：所述锡磷青铜合金的微观组织包括基体相以及第二相，所述基体相为α相，所述第二相包括Cu2S、SnS2，所述Cu2S、SnS2总面积含量控制在0.1～1％。3.根据权利要求2所述的无铅易切削锡磷青铜合金，其特征在于：所述SnS2占Cu2S、SnS2总面积含量的60％～90％。4.根据权利要求1所述的无铅易切削锡磷青铜合金，其特征在于：所述锡磷青铜合金的晶粒度≤10μm，Cu2S、SnS2相尺寸≤1μm。5.根据权利要求1至4任一权利要求所述的无铅易切削锡磷青铜合金，其特征在于：所述锡磷青铜合金的硬度HV5为180～220，延伸率：2～5％，相对切削指数为QSn4
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4的60％以上，导电率≥10％IACS。6.一种权利要求1至4任一权利要求所述的无铅易切削锡磷青铜合金的制备方法，其特征在于：该锡磷青铜合金的制备工艺流程为：熔炼
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水平连铸
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均匀化处理
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【专利技术属性】
技术研发人员：叶东皇，傅杰，项燕龙，
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：