專利名稱：：無鉛易切削鈣黃銅合金的制作方法
技術領域：
：本發明涉及一種無鉛易切削鈣黃銅合金。
背景技術：
：易切削鉛黃銅是以銅、鋅為主要組成元素，添加鉛的傳統銅合金，世界各國均有系列的合金牌號如JISH3歸C3601、JISH3100C3604、JISH3100C3771;ASTMB36C3600(KASTMB36C37700;GB/T5231Hpb62-3、Hpb60-2、Hpb59-1。這些鉛黃銅合金是通過添加含有1.0%~3.7%(重量)的鉛來保證切削性能的。含鉛的黃銅合金材料由于優良的切削性能，廣泛使用于配管用的水龍頭配件，閥桿等作為結構材料使用。此外作為與水接觸的部件在使用情況下，.存在有脫鋅腐蝕的問題。為此，近年來逐漸使用抗脫鋅銅合金，公開號分別為TW5097276、EP0903416、JP719152、US5445687的專利申請公開的是改善易切削黃銅的抗腐蝕性能的合金；還有在特公昭61-58540號公報中，發表了在Cu-Zn-Sn系銅合金中添加Pb、Fe、Ni、Sb提高合金的抗脫鋅性能。現有的鉛黃銅合金中由于含有1.0%~3.7%(重量)的鉛，在合金熔煉鑄造等高溫作業時產生的金屬蒸汽含有鉛的成分，切削加工和磨削加工時的粉塵中也有鉛的成分。再有水龍頭配件和閥桿等制品使用時存在有從與水接觸部位溶解出鉛的問題，對人體和環境造成負面影響。鑒于鉛對人體和環境有著負面的影響，近年來，世界各國對金屬材料中的鉛含量有嚴格的限制。為此人們大力開展以無鉛易切削黃銅替代鉛黃銅。以鉍(Bi)、銻(Sb)、鎳(Ni)代鉛的易切削銅合金已有多個牌號投入生產使用，但由于鉍、銻、鎳等價格昂貴，生產成本高，且回收難度大，阻礙了這些牌號合金的使用。鑒于上述情況，急需開發一種無鉛且不添加昂貴的鉍、銻、鎳，具有高的切削性能，耐蝕性能、熱加工性能和機械性能的無鉛易切削黃銅合金。
發明內容本發明要解決的技術問題是針對現有技術的上述不足，提供一種具有高的切削性能，耐蝕性能、熱加工性能和機械性能且生產成本低的無鉛易切削鈣黃銅合金。為了解決上述技術問題，本發明的技術方案為一種無鉛易切削鈣黃銅合金，其重3量百分比組成為Cu57%~65.0%，Ca0.3%~2.5%，Mg0.2%~2.0%，Si0.1%~2.0%，Al0.01%~0.5%，鑭鈰合金0.01%~0.3%，X0.01%~2.0%，余量為鋅和不可避免的雜質；其中X為Fe、P、Sn三種元素中的至少一種。本發明的無鉛易切削鈣黃銅合金，其重量百分比組分的優選是Cu59%~65.0%、'Ca0.3%~2.0%、Mg0.35%~2.0%、Si0.1%~1.5o/o、Al0.03%~0.35%、鑭鈰合金0.03%~0.2%、X0.05%~2.0%,余量為鋅和不可避免的雜質。本發明的無鉛易切削鈣黃銅合金，其重量百分比組分進一步優選是Cu60.0%~65%、Ca0.4%~1.8%、Mg0.35%~1.5o/o、Si0.1%~1.2%、Al0.03%~0.25%、鑭鐘合金0.05°/^0.15%、X0.05%~1.5%,余量為鋅和不可避免的雜質。上述不可避免的雜質中的鉛的重量百分比含量不超過0.01%，這種程度的鉛含量即使溶解在飲用水中和排放的水中，對環境和人體都不會帶來什么負面影響。上述鑭鈰合金中鈰的重量百分比含量為40%。本發明無鉛易切削鈣黃銅合金中限定金屬元素種類和添加量的原因在于Ca:是為了改善切削性能而加入的。鈣幾乎不固溶于基體，以彌散的微小顆粒存在，所以能起到斷開切削加工時生成切屑的作用，提高切削性能。鈣對人體不會造成損害，鈣的熔點在842。C，因此，可以避免如鉍那樣，由于熔點低，在黃銅熱加工時，以熔融狀態存在而容易產生熱脆性。要得到良好的切削性能鈣必須在0.4%(重量)以上。鈣含量優選范圍控制在0.4%~1.8%。Mg:是為了改善切削性能而加入的，含鎂的黃銅中也分布有彌散的第二相粒子，含鎂化合物粒子具有脆而不硬的特性，與刀刃接觸時在剪切壓力作用下易于破碎。鎂銅鋅三元化合物在晶粒內分布，在切削力的作用下晶粒內萌生裂紋能有效減小切削的尺寸。提高材料的切削性能。含鎂量過高，合金的加工性能大大下降，因此，鎂含量上限為1.5%。過低改善切削性能不明顯，所以下限不低于0.35%。Si:是為了提高耐蝕性能和鑄造性能添加的。硅低于0.1。/。效果不明顯。大于1.2%使材料延展性大大降低。硅含量優選控制范圍應在0.1%~1.2%。Al:為了提高熱加工性能而添加的。少量添加還可以提高材料的耐蝕性能。鋁含量小于0.03%沒有效果，過多降低切削性能和材料的塑性，上限定為0.25%(重量)。鑭鈰合金主要是細化晶粒改善材料的力學性能，大于0.15%影響材料鑄造性能，過低不起作用，下限為0.05%(重量)。鑭鈰合金適宜的優選加入量為0.05%~0.15%。Cu:從耐蝕性和機械性能方面來看，銅含量高得到的ct相多提高耐蝕性能，合金材料塑性較好，但是強度、硬度下降，熱加工性能變差，為了兼顧材料的熱加工性能，機械性能和抗腐蝕性能銅含量最適宜范圍為60%~65%。本發明的所述合金中X代表Fe、P、Sn三種元素中的至少一種，其重量百分比含量及成分為Fe0.05%~0.3%、P0.05%~0.3%、Sn0.1%~1.0%中至少一種，且X的總量不超過1.5%。X代表Fe、P、Sn三種元素中的至少一種，起作用分別是Fe:少量鐵能細化鑄造組織和再結晶組織，改善加工性能。本發明合金中鐵在0.05%~0.3%。P:通常用于銅合金的脫氧，增加熔體流動性，改善切削性能和脫鋅腐蝕優選常用量為0.05%~0.3%。.Sn:改善腐蝕性能，增加強度和耐磨性，優選0.1%~1.0%。如上所述，本發明的合金材料中的鈣、鎂、硅、鉛、鐵、磷、錫、鑭鈰合金通過選擇最適當的添加量以得到累積效果，確保合金材料有優良的切削性能、耐蝕性能、熱加工性能和機械性能。與現有技術相比，本發明的無鉛易切削鈣黃銅合金既對人體和環境無負面影響，又無鉛，不添加鉍、銻、鎳等昂貴金屬，生產成本低、易于回收；而且，本發明的無鉛易切削鈣黃銅合金，具有較高的切削性能，耐蝕性能、熱加工性能和機械性能，可以廣泛在水龍頭配件和閥桿等制品中使用。具體實施例方式下面結合實施例對本發明做進一步詳細描述，但本發明不僅僅局限于以下實施例。本發明實施例合金樣品制備方法為配料一一工頻感應電爐熔煉一_半連續鑄ct)163mm的鑄錠——鑄錠在550650'C保溫1~4小時退火——熱擠壓(620~700°C)017mm棒坯——拉伸015mm圓棒，其流程大體和常規的黃銅合金生產工藝相同。對比樣品(表2)也釆用同樣工藝條件加工而成，其中HB60-2為本廠鉍黃銅。本發明易切削鈣黃銅合金的各實施例具體成分含量列表(表1)。表1本發明實施例合金組分(wt%)<table>tableseeoriginaldocumentpage5</column></row><table><table>tableseeoriginaldocumentpage6</column></row><table>表2對比例合金組分(wt%)<table>tableseeoriginaldocumentpage7</column></row><table>切削性能的評價為一般銅合金的切削性能試驗方法(準備量筒，收集切削，利用自然落下來填充量筒)，即用所謂的切屑形態試驗方法進行。主軸轉速為950rpm/min，進給量為0.18mm/rev，吃刀深度為0.5mm，其中"0"表示切削性能好，"△"表示良好，"X"表示切削性能差。.其次為了觀察熱鍛性能，把0l5mm的圓棒切斷成15mm長，在600'C，65(TC加熱條件下，在軸線方向以70%的壓縮率，壓縮(試樣的長度從15mm壓縮到8.2mm)，用目測判斷壓縮后的試樣表面狀態。試樣表面不產生裂紋的表示為"0"、產生小裂紋的表示為"△"、產生大裂紋的表示為"X"。為了觀察耐脫鋅腐蝕性能，用"ISO6509"規定的方法進行了脫鋅腐蝕試驗。用外徑15mm圓棒切成10mm長，埋入酚醛樹脂中，暴露的試樣表面與圓棒的軸線方向成直角。用砂紙把試樣表面研磨到1200號以后，在純水中用超聲波清洗，干燥后供試驗使用。脫鋅腐蝕深度小于100um的表示為"0"，脫鋅腐蝕深度在100-200um的表示為"△"，脫鋅腐蝕深度在200um上述各性能檢測結果列于表3以上的表示為"表3試驗結果X，，。<table>tableseeoriginaldocumentpage7</column></row><table><table>tableseeoriginaldocumentpage8</column></row><table>上述各種試驗結果證明，本發明的無鉛易切削鈣黃銅合金的切削性能、熱加工性能、耐蝕性能、機械性能均和傳統的鉛黃銅相當，可以廣泛于水龍頭配件和閥桿等制品中使用。權利要求1.一種無鉛易切削鈣黃銅合金，其特征在于其重量百分比組成為Cu57％～65.0％，Ca0.3％～2.5％，Mg0.2％～2.0％，Si0.1％～2.0％，Al0.01％～0.5％，鑭鈰合金0.01％～0.3％，X0.01％～2.0％，余量為鋅和不可避免的雜質；其中X為Fe、P、Sn三種元素中的至少一種。2.根據權利要求1所述的無鉛易切削鈣黃銅合金，其特征在于所述合金元素中各元素的重量百分比組成為Cu59%~65.0%、Ca0.3%~2.0%、Mg0.35%~2.0%、Si0.1%~1.5%、Al0.03%~0.35%、鑭鈰合金0.03%~0.2%、X0.05%~2.0%，余量為鋅和不可避免的雜質。3.根據權利要求2所述的無鉛易切削鈣黃銅合金材料，其特征在于所述合金中各元素的重量百分比組成為Cu60.0%~65%、Ca0.4%~1.8%、Mg0.35%~1.5%、Si0.1%~1.2%、Al0.03%~0.25%、鑭鈰合金0.05%~0.15%、X0.05%~1.5%，余量為鋅和不可避免的雜質。4.根據權利1或2所述的無鉛易切削鈣黃銅合金，其特征在于所述合金成分X的重量百分比含量為Fe0.05%~0.3%、P0.05%~0.3%、Sn0.1%~1.0%中的至少一種，且X的總量不超過1.5%。5.根據權利要求1所述的無鉛易切削鈣黃銅合金，其特征在于所述不可避免的雜質，其中鉛的重量百分比的含量不超過0.01%。6.根據權利要求1所述的先锫易切削鈣黃銅合金其特征在于所述鑭鈰合金中鈰的重量百分比含量為40%。全文摘要本發明公開一種無鉛易切削鈣黃銅合金，其重量百分比組成為Cu57％～65.0％，Ca0.3％～2.5％，Mg0.2％～2.0％，Si0.1％～2.0％，Al0.01％～0.5％，鑭鈰合金0.01％～0.3％，X0.01％～2.0％，余量為鋅和不可避免的雜質；其中X為Fe、P、Sn三種元素中的至少一種。本發明的無鉛易切削鈣黃銅合金既對人體和環境無負面影響，又無鉛，不添加鉍、銻、鎳等昂貴金屬，生產成本低、易于回收；而且，本發明的無鉛易切削鈣黃銅合金，具有較高的切削性能，耐蝕性能、熱加工性能和機械性能，可以廣泛在水龍頭配件和閥桿等制品中使用。文檔編號C22C9/04GK101565784SQ20091009919公開日2009年10月28日申請日期2009年5月27日優先權日2009年5月27日發明者劉劍平,劉文建,夏寶平,鋒彭,胡世鐵申請人:寧波敖達金屬新材料有限公司