一种用于热锻的黄铜棒材及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种用于热锻的黄铜棒材，所述黄铜棒材的各组分的质量百分比为：

【技术实现步骤摘要】
一种用于热锻的黄铜棒材及其制备方法


[0001]本专利技术属于铜合金
，具体涉及一种用于热锻的黄铜棒材及其制备方法
。

技术介绍

[0002]黄铜是由
Cu
和
Zn
所组成的合金，室温组织随
Zn
含量的变化发生改变
。
根据
Cu
‑
Zn
二元相图，黄铜室温组织有三种：
Zn
含量在
35
％以下的黄铜，室温下的金相组织仅有
α
相组成；
Zn
含量在
36
‑
46
％范围内的黄铜，室温下的金相组织由
α
和
β
两相组成，称为双相黄铜
。
由于
β
相高温塑性远优于
α
相，因此双相黄铜的热锻性能优于单相黄铜
。
[0003]水暖卫浴行业广泛使用的水龙头和阀门是黄铜经过热锻成型和数控机床切削加工而成
。
在金属再结晶温度以上进行的锻造工艺称为热锻，热锻模具属于耗损件，模具的费用占热锻生产成本的比例在
15
‑
20
％，因此模具使用寿命一直是锻造行业关注的重要指标
。
模具的使用寿命是指自投入使用直至正常耗损失效期内所生产零件的数量
。
热锻模具在机械负荷和热负荷双重作用下，一方面坯料与模具表面产生冲击性的接触应力，另一方面坯料及其氧化皮的高速流动与模具表面产生强烈的摩擦
。
机械负荷主要是冲击力和摩擦力，热负荷主要是交替加热和冷却
。
热锻模具主要失效形式有：磨损
、
开裂，开裂和变形
。
如果模具提前失效，不仅会造成生产停顿，而且会使成本增加
。
[0004]在模具各种主要失效形式中，磨损发生概率约占
68
％，开裂约占
24
％，塑性变形约占3％，热龟裂约占2％
。
因此，磨损是造成模具失效因素中最主要的因素，磨损情况很复杂，模具与坯料相对运动过程中，磨损不只是以一种形式存在，往往是多种形式并存的，并且之间相互影响
。
磨损形式又分为疲劳磨损
、
冲蚀磨损
、
磨粒磨损，粘着磨损等
。
疲劳磨损是模具表面与变形金属表面相对运动时，在机械应力与热应力的作用下，使模具表面金属疲劳脱落现象；冲蚀磨损是微小颗粒高速落到模具表面，反复冲击模具表面，使模具表面局部材料损失，形成麻点和凹坑的现象；磨粒磨损是硬质颗粒存在于坯料与模具接触表面之间，刮擦模具表面，引起模具表面材料脱落的现象；粘着磨损是坯料与模具表面相对运动时，模具表面材料转移到坯料或脱落的现象，这几种磨损形式都与坯料的热锻性能优劣密切相关
。
[0005]影响模具寿命的因素较多，人们往往关注模具材料冶金质量
、
模具设计和制造工艺
、
锻造工艺
、
模具润滑工艺以及使用操作是否规范等，很少有人从热锻坯料本身品质去改进，来提高模具的使用寿命
。
[0006]针对目前水暖卫浴行业热锻用的黄铜棒亟需进行改进，亟需开发一种热锻性能优异的黄铜棒材，解决现有材料的不足，提高热锻模具使用寿命
。

技术实现思路

[0007]本专利技术提供了一种用于热锻的黄铜棒材，使用该黄铜棒材能够使得热锻模具具有较高的使用寿命
。
[0008]本专利技术具体实施例提供了一种用于热锻的黄铜棒材，所述黄铜棒材的各组分的质量百分比为：
Cu
：
57
‑
63wt
％，
Pb≤3.0wt
％，
Al
：
0.03
‑
0.8wt
％，
P
：
0.001
‑
0.008wt
％，余量为
杂质和
Zn
；
[0009]所述黄铜棒材的表面硬度与心部硬度的差值范围为
‑5－
5HB。
[0010]本专利技术提供的黄铜棒材的表面硬度与心部硬度的差值范围为
‑5－
5HB。
这是由于黄铜棒材的表面硬度与心部硬度的差值大时，硬度低的部位热锻变形抗力小于硬度高的部位，因此，硬度低的部位金属流动速度快，硬度高的部位金属流动速度慢，流动速度慢的金属反过来会牵扯流动速度快的金属，增大了坯料与模具表面的摩擦力，加剧坯料与模具的磨损
。
[0011]各元素含量范围控制依据：
[0012]Cu
：当
Cu
含量低于
57wt
％时，黄铜
α
相比例太低，合金开始呈现脆性，导致热锻加工件在装配和服役过程中容易出现应力开裂；当
Cu
含量超过
63wt
％，黄铜常温组织逐渐变成单一
α
相组织，
α
相高温塑性差，使得黄铜热锻性能变差，同时由于
α
相黄铜的含
Pb
量超过
0.03wt
％时，会出现热脆性，热锻时会开裂
。
[0013]Pb
：
Pb
不固溶于
Cu
，以单质形式分布于晶内和晶界上，可以提高黄铜的切削加工性能，当黄铜
Pb
含量超过
3wt
％以后，黄铜的切削性能不仅不会提高，反而因为大量的
Pb
颗粒聚集在晶界上，导致黄铜的强度下降
。
[0014]Al
：
Al
能提高黄铜组织中
β
相比例，改善铜棒热锻时的金属流动性，使得金属充型饱满，当
Al
含量低于
0.03wt
％时，改善流动性作用微弱，当
Al
含量超过
0.8wt
％以后，由于
Al
在黄铜中具有很强的固溶强化作用，导致合金硬度上升，使得黄铜热锻毛坯在切削加工时难以切削，影响加工效率，降低刀具使用寿命
。
[0015]P
：
P
在黄铜中，可以起到脱氧作用，减少铜水中氧化物夹杂；
P
还可在铜水表面形成
ZnO
‑
P2O5氧化膜，该氧化膜可以阻止空气中氧与铜水中
Al
接触形成
Al2O3夹杂
。
[0016]进一步的，对所述黄铜棒材进行抛光，在不小于
160mm2抛光面上，尺寸为
100
μ
m
以上的硬质点数量为0，尺寸为
30
－
100
μ...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种用于热锻的黄铜棒材，其特征在于，所述黄铜棒材的各组分的质量百分比为：
Cu
：
57
‑
63wt
％，
Pb≤3.0wt
％，
Al
：
0.03
‑
0.8wt
％，
P
：
0.001
‑
0.008wt
％，余量为杂质和
Zn
；所述黄铜棒材的表面硬度与心部硬度的差值范围为
‑5－
5HB。2.
根据权利要求1所述的用于热锻的黄铜棒材，其特征在于，所述黄铜棒材包括多个硬质点，在所述黄铜棒材的不小于
160mm2的抛光面上，尺寸为
100
μ
m
以上的硬质点数量为0，尺寸为
30
－
100
μ
m
的硬质点的数量小于3个
。3.
根据权利要求2所述的用于热锻的黄铜棒材，其特征在于，所述硬质点主要为
Al2O3、SiO2、Fe3Si、Mn5Si3、Cr
‑
Si、Mn
‑
Fe
‑
Si
中的一种或多种
。4.
根据权利要求1所述的用于热锻的黄铜棒材，其特征在于，所述黄铜棒材的平均晶粒度控制在
0.030
－
0.045mm。5.
根据权利要求4所述的用于热锻的黄铜棒材，其特征在于，晶粒度在
0.035
－
0.040mm
的晶粒占晶粒的面积百分比＞
90
％
。6.
根据权利要求1所述的用于热锻的黄铜棒材，其特征在于，所述黄铜棒材的晶相组织为
α
+
β
相，其中常温下
β
相面积占比
≥15
％
。7.
根据权利要求1所述的用于热锻的黄铜棒材，其特征在于，所述黄铜棒材还包括
As
，所述
As
的含量范围为
0.01
－
0.3wt
％
。8.
根据权利要求1所述的用于热锻的黄铜棒材，其特征在于，所述杂质包括
Fe、Mn、Si
和
Cr
，其中，杂质的各组分占黄铜棒材的质量百分比为：
Fe≤0.2wt
％，
Mn≤0.1wt
％，
Si≤0.03wt
％，
Cr≤0.05wt
％
...

【专利技术属性】
技术研发人员：叶东皇，华称文，项燕龙，傅杰，汪青松，沈强，
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：