專利名稱：一種無鉛易切削鎂銻黃銅合金的制作方法
技術領域：
本發明屬金屬合金材料的制造技術領域。尤其涉及到一種具有優異的切削性能、機械性能和耐腐蝕性能的綠色環保無鉛易切削鎂銻黃銅合金。
背景技術：
鉛黃銅具有優良的易切削、力學、物理等性能，是廣泛應用的一種銅合金，發達國家僅黃銅水管的使用率就高達90%以上，然而鉛是一種對環境和人體危害作用巨大的元素，在鉛黃銅中鉛以游離態單質方式存在，并隨著鉛黃銅的腐蝕而進入水中，因此在工業生產中必須嚴格控制各種產品的鉛含量。目前無鉛黃銅的替代研究主要有鉍黃銅和銻黃銅，但國內對鉍、銻黃銅的研究尚未形成自主知識產權。通過對鉛黃銅易切削機理的研究，根據鉍黃銅和銻黃銅的研究思路，結合我國國情選用資源豐富價格低廉的鎂，同時加以銻元素以改善合金的切削性能，并對鎂黃銅的可切削性等性能和微觀組織進行了研究，獲得了具有市場推廣價值的又一新型無鉛易切削鎂銻黃銅，將獲得巨大的社會效益和經濟效益。
發明內容
本發明的目的是提供一系列不含鉛的具有優異的切削性能、熱加工性能和機械性能，同時又具有優異的耐腐蝕性能，可以替代鉛銅合金并且不會造成環境污染、有利于降低成
本的綠色環保無鉛易切削鎂銻黃銅合金。
本發明無鉛易切削鎂銻黃銅合金的相組成為以a相為主，P相較少，少量細小均勻
分布于晶界的含鎂和含銻的金屬間化合物等硬脆相。
一種無鉛易切削鎂銻黃銅合金由銅、鋅、鎂、銻合金元素，不可避免的雜質成分，以
及其它元素組成，所述合金的組成為銅58 63wt%、鎂1.8~2.6wt%、銻0.5~1.5wt%，其它元素0.1~0.5wt%，其余為鋅和不可避免的雜質，雜質成分總含量不大于0.1wt。/。，其它元素選自鈰、鐵、鎳、硅、磷、錫、硼中的一種。
鎂含量優選為2.0~2.4wt%。
銻含量優選為0.7-1.4wt%。其它元素優選為0.1~0.3wt%。
無鉛易切削鎂銻黃銅合金是利用鎂和銻代替鉛，鎂和銻在黃銅中均有一定的固溶度，當鎂元素含量較少時，可以起到脫氧和細化晶粒的效果，少量的銻可以改善合金的抗脫鋅
性能。當鎂元素和銻元素含量較高時(MgX).5wt。/。， Sb>0.3wt%)，此時鎂和銻能與銅在合金晶內和晶界附近形成金屬間化合物Cu2Mg和Cu2Sb，金屬間化合物的聚集形成易切削的短斷屑點，使得含鎂和含銻的金屬間化合物脆性相均勻分布在晶內和晶界上，進一步提高了該合金的切削性能。當鎂含量低于0.5wt%、銻低于0.3wtM時，其作用對合金體系尤其是切削性能不明顯，因此，合金中鎂元素的優選含量為2.0 2.4wt%，銻元素的優選含量為0.7~1.4wt%。其它元素中少量的鋁可以提高黃銅的強度與抗腐蝕能力，但含量較高時會嚴重影響合金的塑性，稀土元素鈰的添加可以細化晶粒且可以使得脆性金屬間化合物彌散分布于合金內部，提高合金的綜合性能，少量鈦元素和硼元素在細化晶粒方面也有較好效果，添加鎳可以擴大a相區，可獲得高強度合金，少量硅和錫元素均具有脫氧、固溶強化的作用，但硅含量過多就會降低合金澆鑄時的流動性，從而影響鑄錠質量，鐵在黃銅中固溶度極小，少量鐵有細化晶粒的作用，少量的磷能夠提高黃銅的力學性能兼有細化晶粒的效果。因此，本發明優選其它元素含量控制范圍為0.1~0.3wt%。
本發明在現有的普通鉛黃銅合金的基礎上，針對鉛黃銅的主要使用性能和要求，并結合環境保護的要求，本著降低成本的原則，采用鎂、銻元素代替環境污染和對人體危害較嚴重的鉛元素，從而達到無鉛和價格低廉的目的。與鉛黃銅和目前的無鉛黃銅相比，具有以下突出優點和積極效果
1) 是一種無鉛的黃銅材料，可以消除鉛在生產和使用過程中對環境和人體造成的危害。
2) 鎂銻黃銅合金切削性能均為80%以上，優于鎂黃銅；鎂銻黃銅合金耐腐蝕性能較好鎂黃銅平均腐蝕深度為416.5um，而鎂銻黃銅平均腐蝕深度為340. 1 y m。
3) 具有優良的切削性能、冷熱成型性、優良的機械性能，同時又具有優異的耐腐蝕性能，可以代替現有的鉛黃銅合金，應用于水暖潔具和其他各種生產領域。
4) 我國鎂和銻的資源豐富，價格低廉，可以很大程度的降低成本。
5) 生產工藝簡單，可控。
本發明的合金特別適用于水暖潔具和其他各種生產領域。它是有利于人體健康和環境保護的新型金屬材料，也是目前廣泛應用的會引起對人體和環境有惡劣影響的鉛黃銅的又一新型理想替代品。
具體實施例方式
以下結合實施例進一步說明本發明，而非限制本發明。
實施例對本發明綠色環保無鉛易切削鎂黃銅合金按下表l中的合金成分鑄成鑄錠、擠壓成圓棒。
實施例1
其生產工藝流程方法如下
原材料準備及配料一熔煉一澆鑄一鑄錠均勻化處理一熱擠壓一消除應力退火一成品。具體可描述如下熔煉采用中頻感應電爐，先加入銅錠和覆蓋劑，在銅熔體中，按成分配比配料，按照順序加入鋅、銻、銅鎂中間合金。使鎂和銻在黃銅熔液中迅速固溶為金
屬間化合物，并且均勻分布，在1000 110(TC下鑄造成黃銅鑄錠，600 75(TC狀態下均勻化處理2 3小時，在600 750。C溫度下進行擠壓，在300 40(TC下進行消除應力退火。
實施例2的生產工藝流程同實施例1。
實施例3
其生產工藝流程方法如下
原材料準備及配料一熔煉一澆鑄一鑄錠均勻化處理一熱擠壓一消除應力退火一成品。
具體可描述如下熔煉采用中頻感應電爐，先加入銅錠和覆蓋劑，在銅熔體中，按成
分配比配料，按照順序加入鋅、銻、銅鎂中間合金及其它元素。使鎂和銻在黃銅熔液中迅
速固溶為金屬間化合物，并且均勻分布，在1000 110(TC下鑄造成黃銅鑄錠，600 750°C狀態下均勻化處理2 3小時，在600 750'C溫度下進行擠壓，在300 40(TC下進行消除應力退火。
實施例4-9的生產工藝流程同實施例3。
5表1本發明綠色環保無鉛易切削鎂銻黃銅的成分組成實例(wt%)
實施例CuMgSbCeFe NiSiP SnB Zn
實施例159.522.120.84余量
實施例260.672.361.20余量
實施例359.802.210.890.25余量
實施例461.482.170.730.29余量
實施例562.172.091.080.27余量
實施例661.632,140.890.24余量
實施例758.942.190.950.18余量
實施例862.74■ 2,22O.卯0.28余量
實施例959.772.031.280.15 余量
本發明所述的無鉛易切削黃銅鎂銻合金擠壓退火后的力學性能如下表2: 表2本發明綠色環保無鉛易切削鎂銻黃銅的力學性能
實施例抗拉強度MPa屈服強度MPa延伸率％
實施例1:Cu-Zn-Mg-Sb485.1351.813.4
實施例2:Cu-Zn-Mg-Sb493.9360.710.7
實施例3:Cu-Zn-Mg-Sb-Ce502.1374.69.2
實施例4:Cu-Zn-Mg-Sb-Fe528.3376,410.8
實施例5:Cu-Zn-Mg-Sb-Ni536,2381.39,9
實施例6:Cu-Zn-Mg-Sb-Si535.6353.511.0
實施例7:Cu-Zn-Mg-Sb-P500.8323.812.1
實施例8:Cu-Zn-Mg-Sb-Sn552.3397.710.8
實施例9:Cu-Zn-Mg-Sb-B572.6411.212.0
C3604470 550 350》7
其他性能指標如下
1、 熱加工性能和C3604相當
2、 切削性能實施例h切削指數大于80%
實施例2:切削指數大于82%實施例3:切削指數大于88%
實施例4:切削指數大于95% 實施例5:切削指數大于93% 實施例6:切削指數大于89% 實施例7:切削指數大于91% 實施例8:切削指數大于88%
實施例9:切削指數大于90%
C3604切削指數為100% 3、耐腐蝕性能無鉛鎂黃銅合金實施例擠壓退火后按照GB10119-88脫鋅實驗方法進 行脫鋅實驗，所測得的脫鋅層厚度如下
實施例1測得的平均脫鋅層厚度為294pm 實施例2測得的平均脫鋅層厚度為334pm 實施例3測得的平均脫鋅層厚度為368pm 實施例4測得的平均脫鋅層厚度為291pm 實施例5測得的平均脫鋅層厚度為315pm 實施例6測得的平均脫鋅層厚度為221pm 實施例7測得的平均脫鋅層厚度為237pm 實施例8測得的平均脫鋅層厚度為288pm 實施例9測得的平均脫鋅層厚度為373pm 4、應力實驗實施例1到實施例9退火后樣品的應力實驗均達到國家標準。
權利要求
1.一種無鉛易切削鎂銻黃銅合金，其特征在于它由銅、鋅、鎂、銻合金元素，不可避免的雜質成分，以及其它元素組成，所述合金的組成為銅58～63wt％、鎂1.8～2.6wt％、銻0.5～1.5wt％，其它元素0.1～0.5wt％，其余為鋅和不可避免的雜質，雜質成分總含量不大于0.1wt％，其它元素選自鈰、鐵、鎳、硅、磷、錫、硼中的一種。
2、 根據權利要求1所述的無鉛易切削鎂銻黃銅合金，其特征在于，鎂含量為2.0~2.4wt%。
3、 根據權利要求1所述的無鉛易切削鎂銻黃銅合金，其特征在于，銻含量為 0.7~1.4wt%。
4、 根據權利要求1或2或3所述的無鉛易切削鎂銻黃銅合金，其特征在于，其它元 素含量為0.1~0.3wt%。
全文摘要
本發明公開了一種無鉛易切削鎂銻黃銅合金，它的組成為銅58～63wt％、鎂1.8～2.6wt％、銻0.5～1.5wt％，其它元素0.1～0.5wt％，其余為鋅和不可避免的雜質，雜質成分總含量不大于0.1wt％，其它元素選自鈰、鐵、鎳、硅、磷、錫、硼中的一種。本發明在現有普通鉛黃銅的基礎上，針對該材料的主要使用性能和環境保護的要求，采用鎂和銻元素代替對環境污染和人體危害較重的鉛元素。該合金具備優良的切削性能、熱加工性能、耐腐蝕性能和力學性能，可以代替現有的鉛黃銅合金，并且制造成本低，可應用于水暖衛浴和其它各種生產領域。
文檔編號C22C9/04GK101514410SQ200910043039
公開日2009年8月26日 申請日期2009年4月3日 優先權日2009年4月3日
發明者彥 劉, 張喜民, 張路懷, 易丹青, 溫燕寧, 斌 王, 肖來榮 申請人:中南大學