一种无铅易切削铜合金及制备方法技术

一种无铅易切削铜合金及制备方法，铜合金各元素质量分数为：铜58.0％-96.0％，锰2.0％-2.9％，锡0.2％-6.0％，磷≤0.3％，镍≤0.3％，硫0.10％-0.19％，硅、铁、钼、钨，钴5种元素中取1种至3种，其质量分数之和为0.1％-0.9％，余量为锌，合金中锰与硫的质量之比大于10且小于30，其它元素都为杂质，且任何一种杂质的质量分数≤0.03％，所有杂质的质量分数之和不超过0.5％。先将基体金属元素铜、重要金属元素锰熔化并合金化，再加入其它合金元素并均匀化，然后精炼，再加入硫化物或硫，均匀化之后快速加锌，立即浇铸成铸锭或雾化成粉末。本发明专利技术的无铅易切削铜合金及制备方法适用于铜合金的切削加工、热锻加工、抛光加工。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术是一种金属材料，涉及无铅易切削铜合金及制备方法。
技术介绍
铅在含铅铜合金熔体浇铸凝固时，在合金中沉淀而形成弥散、微细的铅颗粒，含铅铜合金中这种弥散分布的铅微小颗粒在晶界和晶内都有。铅有脆而软的特性，当含铅铜合金进行切削加工时，切屑被刀头从工件上切削剥离，这些弥散细小的铅颗粒相当于含铅铜合金中的空洞，成为应力集中源，产生所谓的“切口效应”，从而导致切屑易于在此断裂；而且这些弥散的铅颗粒较软，可以使刀头磨损减少到最低。由于铅颗粒在晶内和晶界都有，当含铅铜合金在切削加工时，切屑很快就遇到铅颗粒而断裂，所以切屑细而短。另外，铅颗粒的熔点较低(铅的熔点仅为327. 50C )，切削加工时刀头对切削工件做功，变形能、摩擦能转变成热能，使刀头与切屑接触的局部瞬间快速升温，很容易接近甚至超过铅的熔化温度。软化甚至熔化的铅可以起到润滑刀具的作用，能降低切削阻力并提高切削效率。因此，铅在铜合金材料的切削加工过程中起着碎裂切屑、减少粘结和焊合以及提高切削速度的作用，可大大增加刀具的使用寿命。由于铅固有的禀性，其在含铅铜合金中的大小、形貌、数量、特性、分布状况、分布位置不但使含铅铜合金具有优异的切削性能，而且使含铅铜合金具有优良的铸造性能、冷加工性能、热加工性能以及自润滑等优点，能满足各种形状零部件的机加工要求。含铅铜合金、特别是铅黄铜一度被世界公认为一种重要的基础材料，广泛应用到民用供水系统的铸件及其配件、电子、汽车及机械制造等许多领域。含铅铜合金零配件报废之后，其中的很多小件被作为垃圾遗弃，只有少量被回收利用。废弃的含铅铜合金与土壤接触，其所含的铅在雨水及大气的长期作用下，进入土壤，从而污染土壤及水源。废弃含铅铜合金被当作垃圾焚烧时，铅蒸气散发于大气之中，对人体产生极大危害，因而其应用日益受到严格的限制。在饮用水中的杂质及有机酸等的作用下含铅铜合金中的铅以离子的形式缓慢析出，现有的含铅铜合金很难满足环保法令的要求。对铜合金切削性能有改善的元素有铅、铋、锑、硅、磷、镁、碳、硫等。铅已经不能再添加，铋的产量有限，且对人体的安全性还不是很清楚，没有广泛的市场推广基础；锑对人体有微毒，其浸出受到严格的限制；硅的锌当量系数最高，故硅黄铜的含铜量高，还易产生硬脆相，对改善切削性能有不利影响；碳对改善切削性能明显，但碳只能以纳米级的石墨颗粒加入铜合金,而且对熔铸要求高、成本高，目前还不能向市场广泛推广；硫也能明显改善切削性能，但硫对环境的污染问题限制了其应用与生产，而且硫会降低铜合金的使用性能，目前市场也没有以硫代铅的易切削铜合金；磷、镁虽然也能提高铜合金切削性能，但效果远非理想。目前铸造无铅易切削铜合金的切削性能还大有改进的空间才能满足市场的需求。粉末法与铸造法相比，有省材、节能、成本低的优点。更重要的是，粉末法它能保证组成元素密度差大的材料的成分均匀性。在铜合金粉中加入微小石墨颗粒能大幅度提高合金的切削性能，甚至达到含铅铜合金的切削性能，这是目前成本最低的改进铜合金切削性能的最佳方法。但是碳在铜合金中的界面强度低。当粉末铜合金烧结件在抛光的时候，石墨微粒就表现为一种杂质粒子，使抛光面的光洁度下降，个别情况会出现微小凹坑。抛光缺陷有时会使后续的电镀出现次品、甚至废品。目前迫切需要一种切削性能优秀、抛光及电镀性能皆佳的铜合金粉末。开发新型环保易切削铜合金是一个国际性的课题，目前虽然已取得了很大的成果，但是还需要大量的工作以提高性能、增加品种、拓宽应用范围。美日等国已经专利技术大量的无铅易切削铋黄铜专利，我国也专利技术了多个无铅易切削铋黄铜专利，如无铅易切削黄铜合金材料和它的制造方法，02121991. 5 ;无铅易切削黄铜合金，200310109162. 0 ;生态环保新型无铅易切削低锑铋黄铜合金及其制造方法，200510050425. 4 ;无铅铜合金，200610005689. 2 ;一种无铅的易切削镁铋黄铜合金，200710098481. 4。上述无铅易切削黄铜在切削性能、冷热加工性能、力学性能、抗应力开裂性能、抗腐蚀性能等方面有一种或几种优异的性能，个别性能甚至接近含铅铜合金的性能。但是，与含铅铜合金相比，在铸造或(和)红冲性能上还有较大的差距。另一方面，铋的资源与产量非常有限，如果全部采用铋代铅开发易切削铋铜合金，铋的产量将无法满足需求，必然也会导致铋价格的飞涨，使市场无法接受易切削铋铜合金。我国还有一些锑黄铜、镁黄铜、硅黄铜的专利，如生态环保新型无铅易切削低锑铋黄铜合金及其制造方法200510050425. 4 ;一种无铅易切削镁黄铜合金及其制备方法200710035912. 2 ;一种无铅的易切削镁铋黄铜合金200710098481. 4 ;含硅无铅易切削黄铜合金200410089150. O。这些专利产品由于有的必须经过压力加工，有的必须增加铜的含量，这都会导致成本提高，降低其市场竞争力。更重要的是，这些专利产品与铅黄铜相比，也还存在着这样或那样的不足。要想开发一种新型的所有性能及成本均完全与含铅铜合金相媲美的无铅易切削铜合金，目前来看难度还很大。当前最常用的方法还是针对易切削铜合金的应用要求与加工条件，提出具体的性能要求，然后再根据性能指标来开发满足要求的新型铜合金。已有的铜合金牌号和上述无铅易切削铜合金专利产品的切削加工性能尚可，但其铸造或(和)红冲性能与铅铜合金相比还有大的差距，而且其成本也高于铅铜合金。本专利技术根据金属切削加工的原理，考虑能提高铜合金切削性能的元素的特性，在铜合金合金化理论基础上，通过采用全新的合金成分，创新制备生产方法，从而提高铜合金的切削性能、红冲性能和铸造性能，同时降低其制备生产成本。
技术实现思路
本专利技术的目的在于有效解决含铅铜合金污染环境的问题，本专利技术的合金不采用常用的铅替代元素铋、锑、镁、碳，不但有优良的铸造性能、红冲性能，而且有优良的切削加工性能。可以为电子器件、水暖卫浴、结构件等领域提供一种铸造性能、红冲性能、切削性能优异的无铅易切削铜合金。本专利技术无铅易切削铜合金各元素的质量分数为铜58. 0 % -96. 0 %,猛2. 0% -2. 9%，锡 0. 2% -6. 0%，磷彡 0. 3%，镍彡 0. 3%，硫 0. 10% -0. 19%，硅、铁、钥、钨，钴5种元素中取一种至3种，其质量分数之和为0. 1% -0. 9%，余量为锌，合金中锰与硫的质量之比大于10且小于30，其它元素都为杂质，且任何一种杂质的质量分数< 0. 03%，所有杂质的质量分数之和不超过0. 5%。本专利技术制备方法如下首先将基体金属元素紫铜板熔化，然后加入重要金属元素锰，之后再加入其它合金元素，熔体均匀化之后精炼。精炼完全后加入硫化物或硫，均匀化之后快速加锌、均匀化、出炉浇入铁模或砂型。从铸锭中取切削加工试样和螺旋形试样，分别测试合金的切削性能、抗拉强度、红冲性能、流动性能。也可在快速加锌并熔体均匀化之后直接雾化制成粉末，或将预合金锭重熔再雾化成粉末。将所制备的无铅铜合金粉末与硬脂酸锌混合均匀后压制成形、烧结、复压，得到切削加工试样和抗拉强度试样，分别测试合金的切削性能、抛光表面光洁度、抗拉强度。本专利技术的原理 铅以微细的球形颗粒形式弥散分布在含铅铜合金中。铅有较脆、软、低熔点等特点，其在含铅本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：黄劲松，黄韶松，金志红，
申请(专利权)人：湖南特力新材料有限公司，
类型：发明
国别省市：