【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于材料冶金，具体涉及一种环保易切削黄铜合金及其制备方法与应用。
技术介绍
1、黄铜是由铜锌组成的合金，由于具有美观的外表和优异的物化性能，在诸多领域中被大量应用。其中，由于普通黄铜加工性能差，所以在黄铜中加入少量铅(约1～4.5％)显著改善了材料的切削性能，因此加铅黄铜被日用品和机械零部件广泛使用，尤其对于一些复杂的工件。
2、然而随着设备的进步，人民开始更加注重身体健康的保养，以及不断加强安全环保意识的学习，生活中一些日常用品中的有害元素如铅、镍、镉、汞、六价铬等对人体的危害越来越被人们所重视，更引起了许多国家的密切关注。其中针对重金属铅，已经或正在制订相关法令、法规控制工业产品中一些有害元素的含量，要求为居民提供饮用水或烹饪用水的设备，包括水管、阀门、水龙头等产品都必须达到新的无铅化标准。
3、目前无铅铜常用的产品h62，c46500，cuzn系列，cw511l等，但是针对目前既要确保良好的热锻性能、抗脱锌腐蚀性能，也有较好的切削性能的无铅铜产品较少，而且都存在不同程度的缺陷，例如铋黄铜的自裂问题，硅黄铜的耐蚀问题，硫铜的环保问题，锡黄铜切削性问题等等，所以针对现有的无铅铜进行优化是迫切的。
4、公开号为cn101624667a的专利文献公开了一种烧结无铅易切削黄铜及其制备方法，黄铜中各元素的质量分数分别为：铜48.0％-70.0％，铝0.3％-0.4％，镁4.0％-4.3％，锰0.1％-0.2％，铈0.08％-0.11％，镧0.01％-0.03％，bn粉0.4％-2.4％，其
技术实现思路
1、为解决现有技术存在的问题，本专利技术提供了一种环保易切削黄铜合金，该环保易切削黄铜合金具有优异的切削性和抗脱锌性能，且晶粒细小均匀。
2、一种环保易切削黄铜合金，以质量分数计，包括cu：59～62％，sn：0.5～1.0％，pb＜0.2％，fe＜0.1％，as：0.02～0.09％，bi：0.1～0.4％，si：0.1～0.4％，sb：0.05～0.4％，ni+mn：0.1～0.3％，余量为zn和不可避免的杂质，所述的环保易切削黄铜合金包括基体相和第二相，所述基体相包括α相、β相和β’相，所述的第二相包括mn-si相、k相、γ相、β-sn相、β-si相、si相和bi相，所述的第二相的面积比例为0.01～0.5％。
3、铋，硅，镍，锑、锰和锡元素主要用于形成第二相，包括mn-si相，k相，γ相，β-sn相、β-si相、si相和bi相，这些相的形成，使得材料的易切削性能得到提高，通过这些弥散分布的质点，在切削过程中起到断屑的作用。
4、sb元素可以弥散分布在基体和晶界，用于切断bi形成的网状结构，消除材料的开裂风险，黄铜中铋bi的含量高于0.4wt％时会增加自裂的风险，低于0.1wt％时，对于切削性能的提高基本无作用。
5、本专利技术的黄铜材料中，硅含量为0.1-0.4wt％，硅含量小于0.1wt％时，对于切削性效果不明显，而且si-mn相的形成不充分；硅含量高于0.4wt％时，容易增加硬脆相γ+k的比例，导致材料开裂的风险增加，材料的塑性降低较多，不利于材料的生产加工和工程应用。
6、锡在黄铜材料中的主要作用是抑制脱锌、提高耐腐蚀性能，改善切削性能。镍元素在熔铸过程中可以进入组织的α相，无限比例固溶进入，起到提高组织耐脱锌的能力，同时由于金属锰mn的加入可以在材料表面形成一层氧化层mno2，起到防腐蚀作用。
7、优选地，所述的基体相中α相的面积比例为45％-50％，其余为β+β’相。
8、优选地，所述的环保易切削黄铜合金的平均晶粒度为30-55μm。
9、优选地，所述的β’相的粒径2～5um，β’相中柱状晶的占比在15～45％。
10、优选地，所述的第二相中，mn-si相的面积比例为1～5％，k相的面积比例为0.1～1％，γ相的面积比例为0.1～1％，β-sn相的面积比例为5～10％，si相+β-si相的面积比例为20～30％，bi相的面积比例为余量。
11、本专利技术可通过控制黄铜合金的微观组织来调控其性能。α相和β相属于材料的基体相，作为材料的承载体使得材料具备较好的抗拉，延伸，耐磨，承压环保等特性，但是在切削，抗脱锌，耐腐蚀等方面依然存在不足，需要采用微合金化进行改善，即熔铸过程中通过加入铋，硅，镍，锑和锰等金属，主要用于形成第二相mn-si相，k相，γ相，β-sn相，β-si相，si相和bi相，这些相的形成，使得材料的易切削性能，耐腐蚀性能得到提高，主要机理是通过这些弥散分布的第二相质点，在切削过程中起到断屑的作用。
12、si-mn相的形成用于改善材料的耐腐蚀性能和切削性能，si-mn相的面积比例在1％～5％范围，高于5％后会快速增加材料的脆性相，使得材料力学结构稳定降低，低于1％对于界面耐蚀性强度偏弱。
13、k相和γ相属于硬脆相需要杜绝，但是非均匀结晶会产生，除了恶化材料力学性能，其也有助于提高材料的切削性，比例在0.1-1％。
14、β-sn相属于金属sn的同质异晶转变体，属于面心立方结构有利于互溶，改善材料的切削性和耐腐蚀性能，也可以提高材料的强度，一般在5～10％，高于10％会引起材料发脆，即晶界发生脆化，结合强度降低。
15、si相和bi相均属于单质相，主要以单质的形式分布在晶界和晶内，在切削加工过程起到断屑的作用，用于提高材料的机加工性能，范围在20～30％，高于30％会使得晶界富集硅铋颗粒，形成网状结构，使得材料迅速脆化，引起加工开裂，同时强度和屈服快速降低，低于20％对于mn-si相和β-si相的形成，容易补分，而且机加工性能也不能得到保证。
16、本专利技术还提供了一种上述的环保易切削黄铜的制备方法，该方法通过在熔炼过程中加入硅si，铋bi，锑sb等元素以及细化剂，同时在连铸过程中采用在线淬火固溶工艺，得到了晶粒细小均匀，抗脱锌性能更优更稳定，切削性能更好的黄铜，且该工艺简单，绿色环保。
17、一种所述的环保易切削黄铜合金的制备方法，包括以下工艺流程：配料熔炼→连铸→延伸→扒皮+校直，其中所述的连铸采用在线淬火固溶工艺，采用水槽方式进行冷却，拉铸温度为1080～1120℃，一次冷却水进出温差为30～38℃，铸锭出结晶器温度为580～620℃，铜棒水冷后的温度为12～25℃。
18、优选地，所述的水槽包括冷却室和由流量格栅组成的分流室，所述水槽中水流方向与铜棒牵引方向相反，铜棒从结晶口被牵引出后进入冷却室。
19、优选地，所述的水槽安装在结晶器出口位置，以不接触结晶器为准，距离结晶器50～100mm，连铸铜棒被牵引出来后立即进入水槽内。水流进入分流室后，由于流量格栅的作用，可以将水流均匀分布进入冷却室，铜棒进入冷却室可以进行充分和均匀地冷却，而且采用牵本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种环保易切削黄铜合金，其特征在于，以质量分数计，包括Cu：59～62％，Sn：0.5～1.0％，Pb＜0.2％，Fe＜0.1％，As：0.02～0.09％，Bi：0.1～0.4％，Si：0.1～0.4％，Sb：0.05～0.4％，Ni+Mn：0.1～0.3％，余量为Zn和不可避免的杂质，所述的环保易切削黄铜合金包括基体相和第二相，所述基体相包括α相、β相和β’相，所述的第二相包括Mn-Si相、K相、γ相、β-Sn相、β-Si相、Si相和Bi相，所述的第二相的面积比例为0.01～0.5％。
2.根据权利要求1所述的环保易切削黄铜合金，其特征在于，所述的基体相中，α相的面积比例为45-50％。
3.根据权利要求1所述的环保易切削黄铜合金，其特征在于，所述的环保易切削黄铜合金的平均晶粒度为30-55μm。
4.根据权利要求1所述的环保易切削黄铜合金，其特征在于，所述的β’相的粒径2～5um，β’相中柱状晶的占比在15～45％。
5.根据权利要求1所述的环保易切削黄铜合金，其特征在于，所述的第二相中，Mn-Si相的面积比例为1～5％，
6.根据权利要求1-5中任一项所述的环保易切削黄铜合金的制备方法，包括以下工艺流程：配料熔炼→连铸→延伸→扒皮+校直，其中所述的连铸采用在线淬火固溶工艺，采用水槽方式进行冷却，拉铸温度为1080～1120℃，一次冷却水进出温差为30～38℃，铸锭出结晶器温度为580～620℃，铜棒水冷后的温度为12～25℃。
7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述的水槽包括冷却室和由流量格栅组成的分流室，水槽中水流方向与铜棒牵引方向相反，铜棒从结晶口被牵引出后进入冷却室。
8.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述的配料熔炼工序中：将黄铜合金原料与细化剂共同加入到工频感应电炉中进行熔炼，其中所述的细化剂包括硼粉、铁粉或碳酸钠中的至少一种；所述的细化剂的添加量为黄铜合金熔体质量的0.01-0.04％。
9.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于，所述的细化剂为硼粉、铁粉和碳酸钠的混合物，所述混合物中硼粉的质量分数为20-50wt％，铁粉的质量分数为5-20wt％，碳酸钠的质量分数为30-70wt％。
10.根据权利要求1-5中任一项所述的环保易切削黄铜合金在作为家用电器、通讯设备、检测和控制仪器、水暖行业的元器件的生产原料中的应用。
...【技术特征摘要】
1.一种环保易切削黄铜合金，其特征在于，以质量分数计，包括cu：59～62％，sn：0.5～1.0％，pb＜0.2％，fe＜0.1％，as：0.02～0.09％，bi：0.1～0.4％，si：0.1～0.4％，sb：0.05～0.4％，ni+mn：0.1～0.3％，余量为zn和不可避免的杂质，所述的环保易切削黄铜合金包括基体相和第二相，所述基体相包括α相、β相和β’相，所述的第二相包括mn-si相、k相、γ相、β-sn相、β-si相、si相和bi相，所述的第二相的面积比例为0.01～0.5％。
2.根据权利要求1所述的环保易切削黄铜合金，其特征在于，所述的基体相中，α相的面积比例为45-50％。
3.根据权利要求1所述的环保易切削黄铜合金，其特征在于，所述的环保易切削黄铜合金的平均晶粒度为30-55μm。
4.根据权利要求1所述的环保易切削黄铜合金，其特征在于，所述的β’相的粒径2～5um，β’相中柱状晶的占比在15～45％。
5.根据权利要求1所述的环保易切削黄铜合金，其特征在于，所述的第二相中，mn-si相的面积比例为1～5％，k相的面积比例为0.1～1％，γ相的面积比例为0.1～1％，β-sn相的面积比例为5～10％，si相+β-si相的面积比例为20～30％，bi...
【专利技术属性】
技术研发人员：欧阳好，舒孟洋，王东，沈波，胡康，华称文，
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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