【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及铜合金，具体涉及一种无铅黄铜合金及其制备方法。
技术介绍
1、近年来，光学仪器作为资源勘探、空间探索、科学实验、以及社会生活各领域不可缺少的工具，其市场规模呈不断扩大趋势，同时对于其性能要求也逐步提升。特别是其配套使用的镜头零件，基本呈小、薄、轻趋势发展，因此对于镜头与铜制模组垫片之间的精密度提出更高要求。不但要求铜制模组垫片尺寸公差精度控制在微米级0.001mm以内，而且垫片表面需实现良好光滑平整度，才能保证与镜片组装时完美契合。考虑铜制模组垫片与镜头的组装紧密性以长期使用不出现松弛导致镜片脱落，因此，要求垫片材料需具备良好耐应力松弛性和弹性性能。
2、目前铋黄铜作为商业化普及率较高的无铅环保黄铜产品，逐步替代部分铅黄铜应用于电子、电气、五金等众多行业，也可以被应用在铜制模组垫片中。铋黄铜主要通过形成铋颗粒或薄膜质点，在材料加工过程达到润滑、断屑的作用，实现良好的切削加工性能。然而铋黄铜虽然综合性能接近铅黄铜，但自脆倾向性极高，同时在冷热加工过程极易开裂。虽然可通过降低铋元素添加量来改善上述问题，但是铋含量减少意味材料切削性能大幅度降低，因此，在现有技术中，铋黄铜的冷热加工性能和切削性能不能两全。
3、例如，公开号为cn115198137a的中国专利技术申请的手机镜头用高性能铋黄铜合金材料，其工艺中挤压温度高，同时中间退火工艺会加剧bi元素聚集以薄膜状态分布，一方面材料切削性能难以满足微米级精密加工切削性能要求；另一方面，中间高温退火处理会造成材料弹性性能和耐应力松弛性能难以符合要求。而公
4、综上，需要对铋黄铜材料进行改进。
技术实现思路
1、本专利技术所要解决的第一个技术问题是针对上述技术现状提供一种兼具优异切削性能、耐应力松弛性能和弹性性能的无铅黄铜合金。
2、本专利技术所要解决的第二个技术问题是针对上述技术现状提供一种相关的无铅黄铜合金的制备方法。
3、本专利技术解决上述第一个技术问题所采用的技术方案为：一种无铅黄铜合金，其特征在于：该无铅黄铜合金的化学成分质量百分比为：cu：53～60％；bi：0.1～0.8％；ni：0.05～1.8％；b：0.001～0.08％；in：0.03～0.15％，余量为zn和不可避免杂质。
4、优选地，该无铅黄铜合金的化学成分质量百分比为：cu：55～58％；bi：0.2～0.6％；ni：0.1～1.5％；b：0.001～0.05％；in：0.05～0.1％，余量为zn和不可避免杂质。
5、cu含量下限控制53％，若低于下限值，则会造成余量zn含量偏高，形成过多的cuzn电子化合物，β相和γ相易造成材料脆性增加，难以满则拉伸等冷变形加工要求。cu含量上限控制60％，若高于上限值，则形成α相数量增加，α相质软塑性高，虽利于冷变形塑性加工，但切削加工过程易黏刀，不利于切削性能，无法满足高速精密车床加工，因此综合考虑材料加工塑性和切削性能平衡，控制cu含量在53～60％范围，为了获得更好的加工塑性和切削性能平衡，优选cu含量在55～58％范围。
6、bi作为易切削元素，在基体中溶解度极低，一般分布于晶界中。虽然bi含量的增加对于切削性能有利，但伴随bi含量增加，材料热脆性和自裂倾向大幅度增加，同时也不利于弹性性能和耐应力松弛性能，为获得良好的冷热加工塑性和弹性、耐松弛性能，控制bi含量上限为0.8％，优选地，控制bi含量上限为0.6％。
7、ni元素在基体cu中固溶度极高，能够形成连续固溶体，提高材料力学性能和延展塑性，改善冷变形加工性能。ni元素一方面实现固溶强化作用，另一方面与b元素反应形成nib化合物，在一定热处理条件下，nib化合物从材料基体中析出，起到析出强化的作用，有利于提高材料屈服强度和弹性性能，保证成品零件组装时获得良好紧密性。b元素同时能够促进基体中形成更多形核位点，有利于容纳更多易切削相，间接提升材料切削性能。但是，ni含量过高会增加材料热变形抗力，挤压所需温度就会提高，挤压温度提高材料中易切削相就会发生聚集，切削性能就会降低；此外，ni还固溶于cu，ni过高会导致材料强度进一步增加，材料强度过高在机械加工过程对刀具损耗极大，也不利于切削性，能因此控制ni含量上限为1.8％，优选地，控制ni含量上限为1.5％。
8、in元素能够与bi元素形成bi-in易切削相。较比于当前普遍使用的铋黄铜产品，其组分中bi单质易以cu-bi共晶体呈薄膜状分布于铜基体中，材料冷、热加工性能较差，同时bi元素呈大量薄膜片状分布对材料切削性能提升无明显作用。然而加入in元素后，形成的bi-in易切削相呈细小球状质点分布，避免形成薄膜片状恶化材料切削性能和冷热加工性能，同时bi-in相具有优异的润滑性，机械加工过程对刀具损耗低，促进切削性能改善。in含量过高一方面会显著增加原料成本，另一方面材料塑性会大幅度降低，无法进行有效挤压、拉拔加工，因此控制in含量上限为0.15％，优选地，控制in含量上限为0.1％。
9、为了便于加工，优选地，所述无铅黄铜合金的α相比例≥80％。
10、优选地，所述ni以cu-ni中间合金形式添加。较比于添加单质纯镍，能够有效降低熔化温度，从而提高熔化效率并且减小高温条件对zn烧损挥发影响。
11、优选地，所述无铅黄铜合金的抗拉强度为550～650mpa；屈服强度为350～500mpa；弹性模量为10～130gpa；切削指数不小于90％。α相平均晶粒尺寸：2～20μm；bi-in相平均尺寸为0.1～5μm；nib化合物平均尺寸：0.01～1μm；bi-in相粒子分布：10000～30000个/mm2。
12、优选地，所述无铅黄铜合金在120℃条件下保温24h后的耐松弛率≤30％。
13、本专利技术解决上述第二个技术问题所采用的技术方案为：一种上述无铅黄铜合金的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
14、s1、熔炼：将原料放入熔炼炉中加热熔化，熔炼温度为950～1200℃；
15、s2、铸造：采用水平连铸或半连续铸造生产铸坯；采用电磁搅拌工艺，频率：20～50hz，电流：80～120a；铸造温度控制在1000～1100℃，生产得到规格铸坯，锯切长度400～1000mm；
16、s3、挤压：挤压前对铸锭加热，加热温度为600～700℃，保温时间1～4h，加热后将铸锭放置于挤压筒内进行挤压，挤压比为100～350，挤压速度为3～15mm/s，得到挤压坯，完成挤压后冷却坯料，控制挤压坯冷却速度＜200℃/h；
17、s4、退火：将挤压坯置于钟罩炉或井式炉中进行退火热处理，退火温度为3本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种无铅黄铜合金，其特征在于：该无铅黄铜合金的化学成分质量百分比为：Cu：53～60％；Bi：0.1～0.8％；Ni：0.05～1.8％；B：0.001～0.08％；In：0.03～0.15％，余量为Zn和不可避免杂质。
2.根据权利要求1所述的无铅黄铜合金，其特征在于：该无铅黄铜合金的化学成分质量百分比为：Cu：55～58％；Bi：0.2～0.6％；Ni：0.1～1.5％；B：0.001～0.05％；In：0.05～0.1％，余量为Zn和不可避免杂质。
3.根据权利要求1所述的无铅黄铜合金，其特征在于：所述无铅黄铜合金的α相比例≥80％。
4.根据权利要求1所述的无铅黄铜合金，其特征在于：所述Ni以Cu-Ni中间合金形式添加。
5.根据权利要求1所述的无铅黄铜合金，其特征在于：所述无铅黄铜合金的抗拉强度为550～650MPa；屈服强度为350～500MPa；弹性模量为10～130Gpa；切削指数不小于90％；α相平均晶粒尺寸：2～20μm；Bi-In相平均尺寸为0.1～5μm；NiB化合物平均尺寸：0.01～1μm；Bi-In
6.根据权利要求1所述的无铅黄铜合金，其特征在于：所述无铅黄铜合金在120℃条件下保温24h后的耐松弛率≤30％。
7.一种权利要求1-6任一所述的无铅黄铜合金的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
8.根据权利要求7所述的无铅黄铜合金的制备方法，其特征在于：所述S1的熔炼温度为980～1120℃。
9.根据权利要求7所述的无铅黄铜合金的制备方法，其特征在于：所述S2的得到的铸锭组织特征为：长条纤维状及柱状晶面积比例＜20％，Bi-In相尺寸控制于＜10μm，Bi-In相粒子分布为6000～20000个/mm2。
10.根据权利要求7所述的无铅黄铜合金的制备方法，其特征在于：所述S4退火后毛坯轴向和周向残余应力值均≤100MPa。
...【技术特征摘要】
1.一种无铅黄铜合金，其特征在于：该无铅黄铜合金的化学成分质量百分比为：cu：53～60％；bi：0.1～0.8％；ni：0.05～1.8％；b：0.001～0.08％；in：0.03～0.15％，余量为zn和不可避免杂质。
2.根据权利要求1所述的无铅黄铜合金，其特征在于：该无铅黄铜合金的化学成分质量百分比为：cu：55～58％；bi：0.2～0.6％；ni：0.1～1.5％；b：0.001～0.05％；in：0.05～0.1％，余量为zn和不可避免杂质。
3.根据权利要求1所述的无铅黄铜合金，其特征在于：所述无铅黄铜合金的α相比例≥80％。
4.根据权利要求1所述的无铅黄铜合金，其特征在于：所述ni以cu-ni中间合金形式添加。
5.根据权利要求1所述的无铅黄铜合金，其特征在于：所述无铅黄铜合金的抗拉强度为550～650mpa；屈服强度为350～500mpa；弹性模量为10～130gpa；切削指数不小于90...
【专利技术属性】
技术研发人员：郑恩奇，刘雄雄，华称文，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：
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