專利名稱：黃銅的制作方法
技術領域：
本發明是關于擠壓或拉絲的黃銅，特別是關于鍛造性能和耐脫鋅腐蝕性能優異、機械性能和易切削性能良好的鍛造用的黃銅。
背景技術：
在黃銅中，如果不能確保含有一定比例或以上的熱加工時延展性高的β相，熱鍛造性就會惡化。
另一方面，人們還知道，在鍛造后的金相組織中如果除了α相外還出現了β相，就容易以β相為起點發生脫鋅腐蝕。
在黃銅中，當Cu含量超過63％時，容易抑制α相的單相組織，但熱加工阻力增大，不適合用于熱鍛造。
另外，其抗拉強度等機械性能也會降低。
因此，人們知道，將Cu含量降低至61％左右，鍛造之后進行熱處理可以使β相消失。
在特開2000-169919號公報中，作為無鉛黃銅公開了將Cu含量控制在60.5～63.5重量％并且添加了Ni和Sn的黃銅，其目的是使之兼具耐脫鋅腐蝕性能和強度等。
但是，該現有技術公開的黃銅，鍛造性能不充分，為了確保耐腐蝕性，必須進行熱處理或者退火。
在特開2003-247035號公報中公開了Cu-Zn-Sn-Si系的耐脫鋅腐蝕性黃銅，但其熱鍛造性能不理想。
專利文獻1特開2000-169919號公報專利文獻2特開2003-247035號公報發明內容本發明是鑒于上述技術背景而完成的，本發明的目的是，提供鍛造性能良好，即使鍛造之后不進行熱處理也具有良好的耐脫鋅腐蝕性能的無鉛黃銅。
為了實現上述目的，本發明的黃銅含有Cu61.0～63.0重量％、Bi0.5～2.5重量％、Sn1.5～3.0重量％、Sb0.02～0.10重量％、P0.04～0.15重量％，余量實質上是Zn。
另外，除了含有Cu61.0～63.0重量％、Bi0.5～2.5重量％、Sn1.5～3.0重量％、Sb0.02～0.10重量％、P0.04～0.15重量％之外，還可以添加Si0.05～0.30重量％，余量實質上是Zn。
如果Cu含量超過63.0重量％，熱加工時的β相的比例就會減少，熱加工阻力增大，不適合于熱鍛造用的黃銅，反之，其含量如果低于61.0重量％，則耐脫鋅腐蝕性能惡化。
因此，Cu含量在61.0～63.0重量％的范圍為宜。
添加Bi的主要目的是，確保無鉛合金的易切削性能。
Bi幾乎不會與Cu或Zn合金化，分散于金相組織內，提高易切削性能。
但是，Bi的熔點比Pb低，在黃銅的熱加工過程中變成熔融狀態，移動到晶界處，有產生熱加工裂紋的危險。
作為Pb的替代元素，為了確保易切削性能，Bi成分的含量必須在0.5重量％或以上，優選的是1.0重量％或以上。
本發明的特征在于，對于以往的含Pb黃銅，以六四黃銅(Cu∶Zn＝60∶40)為基礎，Pb的Zn等量大致換算為1，進行強度和耐脫鋅腐蝕性能等合金設計，但Bi的Zn等量大致接近于0。
另外，在以往的含Pb黃銅中，Pb的添加量一般是1.0～2.0重量％，與此相對，在本發明中，Bi成分含量在0.5重量％或以上即可獲得良好的易切削性能，而且，Bi含量在0.5～2.5重量％范圍內時，同時具有良好的鍛造性能、以及即使鍛造后不進行實質的熱處理也具有的耐脫鋅性能(通過下述與Sn的配合)。
特別是，Bi含量在0.5～1.5重量％的范圍時，不僅可以獲得良好的鍛造性能，還可以提高延伸率和抗拉強度等機械性能。
另一方面，如果Bi含量增多，雖然可以提高切削加工時的切屑斷開性和刀具潤滑性，但如前所述，移動到晶界處的數量也會增多，因此其含量在2.5重量％或以下為宜。
Sn的添加量在1.5～3.0重量％的范圍時，熱鍛造性能得到改善，而且還提高了抗拉強度等機械性能。
特別是，Sn還具有在熱鍛造時抑制Bi向晶界移動的效果。
但是，Sn成分含量不足1.5重量％時，其添加的效果比較低，反之，超過3.0重量％時，合金變硬、變脆。
由于Sn的添加量過多時，材料有變脆的傾向，因而在Bi含量超過2.0重量％的場合，將Sn含量限制在2.0重量％或以下為宜，在Bi含量在2.0重量％或以下的場合，可以添加Sn最高達到3.0重量％，這樣可以進一步提高耐脫鋅腐蝕性能。
在本發明中，即使添加Si，鍛造性能仍然可以提高。
以往，在Cu-Zn～Bi系黃銅中，Si被認為是引發脆化的原因，因而將其排除在合金成分之外。
但本發明人發現，將Si含量控制在0.05～0.30重量％的范圍時，熱鍛造等熱加工性能良好，特別是在低溫下的熱加工性能良好，而且還保持良好的耐脫鋅腐蝕性能。
將其含量下限規定為0.05重量％是因為這一數值是觀察到鍛造性能改善的界限值，將其上限規定為0.30重量％是考慮到脆化。
Sb成分具有通過Sn和P累計作用抑制脫鋅腐蝕的效果，其含量不足0.02重量％時，顯現不出添加的效果，超過0.10重量％時，合金變脆，因此Sb成分的含量在0.02～0.10重量％的范圍為宜。
P也能抑制脫鋅腐蝕，其含量低于0.04重量％時，沒有添加效果，超過0.15重量％時，將會在晶界處偏析，延展性降低，因此P含量在0.04～0.15重量％的范圍為宜。
在本發明中，余量實質上是Zn，作為雜質可以在允許的范圍內含有Fe成分和Pb成分等其它元素，另外，在可以獲得本發明的宗旨和效果的范圍內還可以含有其它的微量元素。
在本發明中，即使不含有Pb，易切削性能仍然很好。
因此，將Pb的含量限制在0.01重量％或以下，減少了環境負擔。
具體地評價結果將在下文中闡述。在本發明中，通過添加0.5～2.5重量％的Bi，形成了無鉛易切削合金，即使Cu含量為61.0～63.0重量％，因添加1.5～3.0重量％Sn，從而使該黃銅適合于鍛造用，熱加工阻力比較小。
特別是，在鍛造之后實質上不進行熱處理也能獲得耐脫鋅腐蝕性能。
圖1表示本發明的黃銅及比較例黃銅的化學成分。
圖2表示黃銅的品質評價結果。
圖3表示鍛造性能(鐓鍛)試驗評價例。
圖4表示脫鋅腐蝕試驗結果評價例。
具體實施例方式
澆鑄各種合金成分的坯材，然后進行熱擠壓，得到直徑約35mm的黃銅，其成分分析的結果示于圖1的表中。
在圖2的表中示出材料的評價結果。
<鍛造性能>
從直徑約35mm的圓棒上切取長度(高度)35mm的試片，在規定溫度下熱壓加工變形，然后評價其熱鍛造性能。
作為熱鍛造性能的評價，改變下面所述的鐓鍛率，評價產生裂紋的情況。
鐓鍛率(％)＝[(35-h)/35]×100(h加壓變形后的高度)圖2的表中所示的結果，是在約750℃的鍛造溫度下改變鐓鍛率、根據外觀評價鍛造性能的結果。表中，○標記表示沒有產生裂紋，△標記表示產生很少量的裂紋，×標記表示產生裂紋。
另外，圖3中示出外觀評價例，圖中左側表示鐓鍛率，右側表示與該鐓鍛率相對應的外觀評價例。
將材料NO.2、3和4進行比較可以明顯看出，Bi成分含量在0.5～2.5重量％的范圍內，含量較少者延伸率的值升高并且鍛造性能良好。
將材料NO.3和5進行比較可以看出，通過添加Sn成分，在保持鍛造性能的同時，可以進一步提高強度，如下文中所示，鍛造后即使不進行熱處理，耐脫鋅腐蝕性能也很好。
如同材料NO.6-9所示，即使添加了Si，仍具有改善鍛造性能的效果，其中省略了測定數據的表示，但在800℃的鍛造溫度下，有時產生針狀組織而開裂，但在低于該溫度的750℃的適當溫度下，沒有發生開裂。
<脫鋅腐蝕試驗>
脫鋅腐蝕試驗按照國際標準ISO6509-1981進行。
以60-90％的鐓鍛率進行鍛造，不經過熱處理從所得鍛件上切取試片，將其嵌入酚醛樹脂中，用濕法研磨試驗表面。
另外，最終精加工表面用5000#的細砂紙打磨。
使用剛調整后的氯化銅(二價)1質量％水溶液，在75℃下處理24小時，露出試驗表面。
然后水洗，用乙醇洗凈干燥，沿著與試驗面成直角方向切斷，用光學顯微鏡測定脫鋅深度。
又，作為測定方法，拍攝平均的腐蝕部分的照片，以1mm的間隔測定72個部位，求出最大脫鋅深度和平均脫鋅深度。
圖4中示出該評價例，脫鋅部分的深度是用顯微鏡測定的。
表1中所示的材料№1-9，雖然在鍛造成形后都沒有進行熱處理，但耐脫鋅腐蝕性能仍很好。
比較例1是Cu含量超過63重量％的含Pb黃銅的例子，如圖2的表中所示的結果，其鍛造性能很差。
比較例2是Cu含量在61～63重量％范圍內的含Pb黃銅的例子，與分別具有相同的Cu、P、Sn、Sb含量范圍的鉍系合金相比，其耐脫鋅腐蝕性能很差。
另外，Pb的含量與本發明中的Bi含量相同的情況下，由該結果可以看出所謂的以下不同，即，Bi成分的Zn等量接近于0，Pb接近于1。
比較例3是Cu含量不到61重量％的例子，其耐脫鋅腐蝕性能惡化。
產業上的應用本發明通過添加Bi制成無鉛易切削合金，適合于鍛造用，其機械性能高，特別是鍛造之后實質上不進行熱處理也可以得到耐脫鋅腐蝕性能，可以用于水暖管件等各種制品的材料，由于不含有鉛，可以有于減輕環境負擔。
權利要求
1.鍛造性能和耐脫鋅腐蝕性能良好的黃銅，其特征在于，含有Cu61.0～63.0重量％、Bi0.5～2.5重量％、Sn1.5～3.0重量％、Sb0.02～0.10重量％、P0.04～0.15重量％，余量實質上是Zn。
2.鍛造性能和耐脫鋅腐蝕性能良好的黃銅，其特征在于，除了Cu61.0～63.0重量％、Bi0.5～2.5重量％、Sn1.5～3.0重量％、Sb0.02～0.10重量％、P0.04～0.15重量％之外，還添加Si0.05～0.30重量％，余量實質上是Zn。
3.權利要求1或2所述的黃銅，其特征在于，將Pb含量抑制在0.01重量％或以下。
全文摘要
本發明的目的是提供鍛造性能和耐脫鋅腐蝕性能優異的無鉛黃銅。該黃銅含有Cu61.0～63.0重量％、Bi0.5～2.5重量％、Sn1.5～3.0重量％、Sb0.02～0.10重量％、P0.04～0.15重量％，余量實質上是Zn。作為無鉛易切削合金，本發明的黃銅適合用于鍛造，其機械性能高，特別是，即使鍛造后不進行實質的熱處理也具有良好的耐脫鋅腐蝕性能。
文檔編號C22C9/04GK1906317SQ20058000149
公開日2007年1月31日 申請日期2005年3月22日 優先權日2004年3月29日
發明者上坂美治, 奧山正典 申請人:三越金屬株式會社