抗应力腐蚀性能优异的黄铜合金及其制造方法技术

本发明专利技术涉及一种抗应力腐蚀性能优异的黄铜合金及其制造方法，本发明专利技术的黄铜合金含有：５９．０～６４．０ｗｔ％的Ｃｕ，０．６～１．２ｗｔ％的Ｆｅ，０．６～１．０ｗｔ％的Ｍｎ，０．４～１．０ｗｔ％的Ｂｉ，０．６～１．４ｗｔ％的Ｓｎ，选自Ａｌ、Ｃｒ和Ｂ中的至少一种元素，其余为Ｚｎ和其它杂质，其中Ａｌ的含量为０．１～０．８ｗｔ％，Ｃｒ的含量为０．０１～０．１ｗｔ％，Ｂ的含量为０．００１～０．０２ｗｔ％。本发明专利技术的合金不含铅、锑等毒性元素，具有优异的耐蚀性能和良好的切削性能，适合于铸造、锻造和挤压生产饮用水供给系统零部件。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种黄铜合金及其制造方法，特别是涉及一种抗应力腐蚀性能优异、 适合于铸造、锻造和挤压的环保型无铅易切削黄铜合金及其制造方法。
技术介绍
长期以来，铅黄铜用于供水的水龙头、球阀、闸阀等阀门阀体。虽然铅黄铜生产成 本相对较低，用其制作的阀体装配成阀门后抗应力腐蚀性能可满足使用要求，但铅污染环 境、伤害人体，因而其应用日益受到严格的限制。这种阀门如应用于饮用水供给系统，水中 铅的溶出量将超出安全标准(如美国NSF/ANSI 61-2007饮用水标准规定水中铅含量不超 过5 u g/L，锑含量不超过0.6u g/L)。目前所有的无铅铜合金中，只有铋黄铜的切削性能最接近铅黄铜。但现有的铋黄 铜工艺性能存在不足，尤其是焊接性能较差，锻造温度范围较窄，铸锭或产品热处理时需缓 慢升温和降温等。多家国内外铜材生产商提供的铋黄铜挤压棒材锻造生产阀门阀体，装配 成阀门后，因不能退火消除装配应力，在14%浓度氨水中氨熏24小时大都出现开裂现象。现有的无铅易切削锑黄铜合金冷热成型性能和耐蚀性能优良，但制成的产品经检 测锑在水中的溶出量超过0. 6 i! g/L，不能用于饮用水供给系统零部件；而且制成的阀门在 装配应力不便消除的情况下，应力腐蚀开裂倾向较大。无铅易切削硅黄铜也是无铅铜研究的热点之一。目前研究开发的无铅易切削硅黄 铜主要是高铜、低锌变形硅黄铜(锌含量约20wt%)。其抗应力腐蚀性能和抗脱锌腐蚀性 能优异，用100 130N*m大扭矩装配的阀门在未消除装配应力的情况下，进行14%浓度氨 水氨熏24小时仍不发生应力腐蚀开裂。但因其铜含量高，总的生产成本高，生产的阀门缺 乏市场竞争力。本公司研发的高锌硅黄铜具有优良的切削性能、铸造性能、冷热成型性能和焊接 性能，已大规模应用于水暖卫浴水龙头产品，并大量出口欧美市场。采用该合金砂型铸造的 小规格阀门在不退火消除装配应力的情况下，可以通过14%浓度氨水氨熏24小时的应力 腐蚀性能检测。但用于更大规格阀门、装配扭矩在100 130N -m时，应力腐蚀开裂倾向较 大。
技术实现思路
为克服已有的无铅易切削黄铜应力腐蚀开裂问题，即生产的产品在100 130N -m 大扭矩装配后装配应力不消除的前提下，无法通过14%浓度氨水氨熏24小时的应力腐蚀 性能检测，以及金属元素溶出量超标而无法用于饮用水系统等不足，本专利技术提供一种抗应 力腐蚀性能优异、切削性能、铸造性能和冷热成型性能优良的环保型无铅易切削黄铜合金 及其制造方法，特别是提供一种适合于铸造、锻造和挤压的耐蚀性能优异的环保型无铅易 切削黄铜合金及其制造方法。根据本专利技术的一方面，本专利技术提供一种抗应力腐蚀性能优异的黄铜合金，该黄铜合金含有59. 0 64. 0wt%&Cu，0. 6 1. 2wt%&Fe，0. 6 1. 0wt%&Mn，0. 4 1. 0wt% 的Bi，0. 6 1. 4wt %的Sn,选自Al、Cr和B中的至少一种元素，其余为Zn和其它杂质，其中 A1的含量为0. 1 0. 8wt%,Cr的含量为0. 01 ~ 0. lwt%,B的含量为0. 001 0. 02wt%o优选地，所述黄铜合金中Fe的含量为0. 6 1. Owt %，更优的含量为 0. 7-0. 9wt%。优选地，所述黄铜合金中Mn的含量为0. 6 0. 9wt %，更优的含量为 0. 7-0. 9wt%。优选地，所述黄铜合金中Bi的含量为0. 5 0. 9wt %，更优的含量为 0. 5-0. 8wt%。优选地，所述黄铜合金中Sn的含量为0. 8 1. 4wt%。优选地，所述黄铜合金中A1的含量为0. 3 0. 8wt%。优选地，所述黄铜合金中Cr的含量为0. 01 0. 03wt%。优选地，所述黄铜合金中B的含量为0. 001 0. 005wt%。根据本专利技术的另一方面，本专利技术提供一种制造上述黄铜合金的方法，该方法包括 配料、熔炼、浇注合金锭、重熔和砂型铸造，其中所述浇注合金锭的温度为990 1040°C，所 述砂型铸造的温度为1000 1030°C。根据本专利技术的一个优选实施方案，该制备方法的具 体过程为熔炼采用中频感应电炉，先加入铜锭和覆盖剂木炭，按顺序加入锌锭，扒渣覆盖 喷火，静置20分钟(min)，然后依次加入Cu-15wt% Fe (其中Cu含85wt%，Fe含15wt% )、 01-35衬％1111(其中01含65衬％^11含35衬％)中间合金以及金属铋、锡和铝，搅拌均勻后 加入Cu-5wt % Cr (其中Cu含95wt %，Cr含5wt % )和Cu_5wt% B中间合金，进行精炼后扒 渣浇铸合金锭，再将铸锭重熔砂型铸造阀门。中间合金Cu-15wt% Fe (其中Cu含85wt%， Fe 含 15wt% ) ,Cu-35wt% Mn(其中 Cu 含 65wt%,Mn 含 35wt% ) ,Cu-5wt% Cr (其中 Cu 含 95wt %, Cr 含 5wt% )和 Cu_5wt% B(其中 Cu 含 95wt%，B 含 5wt% )分别用来补充 Fe、 Mn、Cr和B。其中所述浇注合金锭的温度为990 1040°C，所述砂型铸造的温度为1000 1030 °C。根据本专利技术的又一方面，本专利技术提供一种制造上述黄铜合金的方法，该方法包括 配料、熔炼、水平连铸圆锭、扒皮和加热锻造，其中所述水平连铸的温度为990 1040°C， 所述加热锻造的温度为670 740°C。根据本专利技术的一个优选实施方案，该制备方法的 具体过程为熔炼采用中频感应电炉，先加入铜锭和覆盖剂木炭，按顺序加入锌锭，扒渣 覆盖喷火，静置20min，然后依次加入Cu-15wt% Fe (其中Cu含85wt%，Fe含15wt% )、 Cu-35wt% Mn (其中Cu含65wt%，Mn含35wt% )中间合金以及金属铋、锡和铝，搅拌均勻 后加入 Cu-5wt% Cr (其中 Cu 含 95wt%，Cr 含 5wt% )和 Cu_5wt% B (其中 Cu 含 95wt%， B含5wt% )中间合金，进行精炼后扒渣，水平连铸0 29mm圆锭，截取圆锭后加热锻造阀 门。中间合金 Cu-15wt% Fe (其中 Cu 含 85wt%，Fe 含 15wt% )、Cu_35wt% Mn (其中 Cu 含 65wt%, Mn 含 35wt% )、Cu-5wt% Cr (其中 Cu 含 95wt%，Cr 含 5wt% )和 Cu_5wt% B(其 中Cu含95wt%，B含5wt% )分别用来补充Fe、Mn、Cr和B。其中所述水平连铸的温度为 990 1040°C，所述加热锻造的温度为670 740°C。根据本专利技术的再一方面，本专利技术提供一种制造上述黄铜合金的方法，该方法包括 配料、熔炼、水平连铸圆锭、挤压成棒材和加热锻造，其中所述水平连铸的温度为990 41040°C，所述挤压成棒材的温度为670 740°C，所述加热锻造的温度为670 740°C。根 据本专利技术的一个优选实施方案，该制备方法的具体过程为熔炼采用中频感应电炉，先加入 铜锭和覆盖剂木炭，按顺序加入锌锭，扒渣覆盖喷火，静置20min，然后依次加入Cu-15wt% Fe (其中 Cu 本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种抗应力腐蚀性能优异的黄铜合金，该黄铜合金含有：５９．０～６４．０ｗｔ％的Ｃｕ，０．６～１．２ｗｔ％的Ｆｅ，０．６～１．０ｗｔ％的Ｍｎ，０．４～１．０ｗｔ％的Ｂｉ，０．６～１．４ｗｔ％的Ｓｎ，选自Ａｌ、Ｃｒ和Ｂ中的至少一种元素，其余为Ｚｎ和其它杂质，其中Ａｌ的含量为０．１～０．８ｗｔ％，Ｃｒ的含量为０．０１～０．１ｗｔ％，Ｂ的含量为０．００１～０．０２ｗｔ％。

【技术特征摘要】
一种抗应力腐蚀性能优异的黄铜合金，该黄铜合金含有59.0～64.0wt％的Cu，0.6～1.2wt％的Fe，0.6～1.0wt％的Mn，0.4～1.0wt％的Bi，0.6～1.4wt％的Sn，选自Al、Cr和B中的至少一种元素，其余为Zn和其它杂质，其中Al的含量为0.1～0.8wt％，Cr的含量为0.01～0.1wt％，B的含量为0.001～0.02wt％。2.根据权利要求1所述的黄铜合金，其特征在于，所述黄铜合金中Fe的含量优选为 0. 6 1. 0wt%，更优选为0. 7 0. 9wt%03.根据权利要求1或2所述的黄铜合金，其特征在于，所述黄铜合金中Mn的含量优选 为0. 6 0. 9wt%，更优选为0. 7 0. 9wt%。4.根据权利要求1-3任一项所述的黄铜合金，其特征在于，所述黄铜合金中Bi的含量 优选为0. 5 0. 9wt%，更优选为0. 5 0. 8wt%。5.根据权利要求1-4任一项所述的黄铜合金，其特征在于，所述黄铜合金中Sn的含量 为0. 8 1. 4wt%06.根据权利要求1-5任一项所述的黄铜合...

【专利技术属性】
技术研发人员：许传凯，胡振青，章四琪，
申请(专利权)人：路达厦门工业有限公司，
类型：发明
国别省市：92[中国|厦门]