專利名稱：一種低成本黃銅合金及其制造方法
技術領域：
本發明涉及一種黃銅合金及其制造方法，特別是涉及一種含銅量低、抗應力腐蝕性能優異，適合于鑄造、鍛造和擠壓的低成本黃銅合金及其制造方法。
背景技術：
鉛黃銅由于具有優良的切削性能、良好的耐腐蝕性能以及較低的成本，已被廣泛應用于各種領域，如電子電器接插件、儀表零件、飲用水系統的水管、水龍頭、閥門、管接頭以及汽車、消防上使用的零部件。目前市場上常用的有鉛銅為ZCU&140P132和C36000，用此類鉛黃銅砂鑄成型的閥門本體，裝配成閥門后，因不便退火消除裝配應力，在14%濃度氨水中氨熏8小時進行抗應力腐蝕性能測試時會出現不同程度的開裂。目前ZCU&140P132和C36000合金的銅含量均在59wt %左右，成本相對仍較高，因此，進一步降低原材料成本，開發出含銅量更低，抗應力腐蝕性能更優異、切削性能更好的黃銅合金為市場所需。現有資料表明黃銅中銅含量太低，合金的延伸率急劇下降，且由于合金中鋅含量相對提高，合金的抗脫鋅腐蝕和抗應力腐蝕性能將變差。
發明內容
為了克服以上缺陷，本發明提供一種成本低廉、耐腐蝕性能優異的黃銅合金及其制造方法。本發明的一個目的在于，提供一種低成本、抗應力腐蝕性能優異、切削性能優異、 成本較低、鑄造性能、冷熱成型性能優良的黃銅合金，特別是提供一種適合于鑄造、鍛造和擠壓的耐蝕性能優異的黃銅合金。本發明的另一個目的在于，提供上述黃銅合金的制備方法。根據本發明的一方面，本發明提供一種低成本黃銅合金，該黃銅合金含有 45-59wt % Cu,35-50wt % Zn,0-1. 3wt % Fe,0. 2-0. 9wt % Al,1. 0-4. Owt % Mn, 1. 0-3. 5wt% Pb。黃銅合金中還可含有 0. 001-0. Iwt % 的 P、0_1. Owt % 的 Ni、0_l. Owt % 的Sri、0-0. Iwt %的Si中的一種或一種以上合金元素，或/和以下元素中的一種或一種以上0. 0001-0. Olwt % 的 B，0. 0001-0. 5wt % 的 Ti,0. 0001-0. 5wt % 的稀土元素(RE)，
0.0001-0. Olwt%的 Zr,0. 0001-0. 25wt%^ Ag。優選地，所述黃銅合金中!^e的含量為0. 6 1. 3wt%。優選地，所述黃銅合金中Al的含量為0. 2 0. 7wt%。優選地，所述黃銅合金中Mn的含量為1. 0 3. Owt %，更優選含量為
1.0-2. 5wt%。優選地，所述黃銅合金中Pb的含量為1. 5 3. Owt %。根據本發明的另一方面，本發明提供一種制造上述低成本黃銅合金的方法，該方法包括配料、熔煉、澆注合金錠、重熔和砂型鑄造，其中所述澆注合金錠的溫度為990 1060°C，所述砂型鑄造的溫度為1000 1060°C。根據本發明的又一方面，本發明提供一種制造上述低成本黃銅合金的方法，該方法包括配料、熔煉、水平連鑄棒、扒皮和加熱鍛造，其中所述水平連鑄的溫度為990 1060°C，所述加熱鍛造的溫度為650 760°C。根據本發明的再一方面，本發明提供一種制造上述低成本黃銅合金的方法，該方法包括配料、熔煉、水平連鑄圓錠、擠壓和加熱鍛造，其中所述水平連鑄的溫度為990 1060°C，所述擠壓的溫度為650 760°C，所述加熱鍛造的溫度為650 760°C。為了更加清楚地說明和闡述本發明的技術方案，以下將對本發明作進一步的描述為解決目前有鉛黃銅抗應力腐蝕性能不足(產品在90 137Nm大扭矩裝配后不便消除裝配應力的前提下，無法通過14%濃度氨水氨熏8小時的應力腐蝕性能檢測)，并進一步降低原材料價格等問題。本發明提供一種成本較低，抗應力腐蝕性能優異的黃銅合金，該黃銅合金含有 45-59wt% Cu,35-50wt% Zn, 0-1. 3wt% Fe，0. 2-0. 9wt% Al, 1. 0-4. Owt% Mn, 1. 0-3. 5wt% Pb。根據本發明的一個實施方案，本發明的黃銅合金含有45-59wt% Cu, 35-50% Zn, 0-1. 3wt% Fe，0· 2-0. 9wt% Al, 1. 0-4. Owt% Mn, 1. 0-3. 5wt% Pb，0· 001-0. Iwt%^ P,—禾中或一種以上下列合金元素0. 0001-0. Olwt % ^ Β，0· 0001-0. 5wt % ^ Ti，0· 0001-0. 5wt% 的 RE，0. 0001-0. Olwt%的 Zr，0. 0001-0.Ag。根據本發明的另一個實施方案，本發明的黃銅合金含有50-59Wt% Cu,35-50wt% Zn,0-1. 3wt % Fe，0· 2-0. 9wt % Al, 1. 0-4. Owt % Mn, 1. 0-3. 5wt % Pb，0. 001-0. Iwt % P, 0-1. Owt% Sn，0. 0001-0. 01wt% B。根據本發明的又一個實施方案，本發明的黃銅合金含有45-55wt% Cu,35-50wt% Zn,0-1. 3wt % Fe，0· 2-0. 9wt % Al, 1. 0-4. Owt % Mn, 1. 0-3. 5wt % Pb，0. 001-0. 05wt % P,0-1. Owt % Sn,0-1. Owt % Ni, 一種或一種以上下列合金元素:0. 0001-0. Olwt % 的 B, 0. 0001-0.Ti，0. 0001-0.RE，0. 0001-0. Olwt %的 Zr，0. 0001-0.Ag。根據本發明的再一個實施方案，本發明的黃銅合金含有45-55wt% Cu,35-50wt% Zn，0· 6-1. 3wt % Fe，0· 2-0. 9wt % Al, 1. 0-2. 5wt % Mn, 1. 0-3. 5wt % Pb，0. 001-0. 05wt % P,0-1. Owt % Sn,0-1. Owt % Ni, 一種或一種以上下列合金元素:0. 0001-0. Olwt % 的 B, 0. 0001-0.Ti，0. 0001-0. 5wt % 的 RE，0. 0001-0. Olwt %的 Zr，0. 0001-0.Ag。本發明通過添加較高含量的廉價錳和鐵元素使合金具有良好的力學性能、優異的抗應力腐蝕性能及抗脫鋅腐蝕性能，從而相應減少銅、錫、鎳等元素的含量，從而達到降低合金原材料成本的目的。本發明中的主添加元素錳，其作用主要是利用錳在銅中具有極高固溶度的特性， 可顯著提高合金的力學性能和抗應力腐蝕性能；另外，由于錳的鋅當量系數是0.5，可以擴大β相區，但這種作用不明顯，相反，在銅和其他元素不變的情況下，添加錳元素可以減少鋅的含量，從而降低合金的脫鋅腐蝕傾向。因此，添加適量的元素錳，可以提高合金的耐蝕性，尤其是提高合金的抗應力腐蝕性能。因此錳是本發明合金中極其重要的合金元素，其添加量為1. 0 4. Owt% ο與錳含量為1. 0-2. 5wt%時的合金相比，錳含量為2. 5-4. Owt%^ 合金的力學性能和切削性能差異不大，但合金的鑄造成型性能較前者稍差，當錳含量超過 4. 時，易氧化造渣，降低合金的流動性能和塑性，對合金的切削性能也不利。添加鐵可用于細化晶粒，且當鐵與鋁和/或錫和/或錳元素同時加入時，將在合金內形成大量的均勻分布的鋁錳鐵等化合物，有助于提高合金的力學性能和耐腐蝕性能，尤其是抗應力腐蝕性能，鐵含量控制在0-1. 3wt%范圍內為宜。鐵含量低于0.2wt%時，鐵的添加僅有細化晶粒的作用，對提高合金的強度和抗應力腐蝕性能作用不明顯，隨著鐵含量的增加，合金的強度和抗應力腐蝕性能隨之提高，當鐵含量為0. 6wt%以內時，其性能可滿足本發明合金的要求，但其效果不如鐵含量為0. 6-1. 3wt%。當鐵含量大于1. 3wt%，尤其是大于1.5wt%時，將在合金中形成大量富鐵相，甚至產生富鐵偏析，降低合金的耐蝕性和塑性。鋁可在銅合金表面形成致密的保護膜，從而改善銅合金的耐腐蝕性能，鋁還可以通過固溶強化以及與錳、鐵相互作用提高合金的力學性能，并進一步改善合金的耐蝕性能。此外，鋁具有脫氧作用，可提高合金流動性，有利于鑄件的成型。添加鋁含量最高為 0. 9wt%,過高的鋁易氧化生渣，反而降低合金的流動性，不利于鑄件或鑄錠的成型，且影響鑄件或鑄錠質量。鉛的添加主要是用于保證合金的切削加工性能，其含量控制在1. 5-3. 5wt%，鉛含量大于3. 5wt%，不會進一步改善合金的切削性能，反而會使合金的力學性能下降。添加磷是為了脫氧，改善合金的鑄造性能，其含量控制在0.001-0. 為宜，更高的含量將降低力學性能。添加鎳是為了改善合金的韌性、抗脫鋅腐蝕性能和抗應力腐蝕性能。其含量為 0-1. Owt %，更高的鎳含量，會增加原材料成本。錫的添加是為了進一步改善合金的抗應力腐蝕和抗脫鋅腐蝕性能；錫含量控制在 0 1.0wt%范圍內為宜，更高的錫含量，會增加原材料成本，降低合金的鍛造成型性能和力學性能。本發明合金中硅作為雜質，其含量控制在0. 以內，當硅含量超過此范圍時， 硅易與鐵、錳形成鐵-錳硅化合物，這種金屬間化合物的存在使合金具有很好的耐磨性，但降低了合金的塑性和切削性能。本發明提供了制造上述黃銅合金的方法，該方法包括配料、熔煉、澆注合金錠、 重熔和砂型鑄造，其中所述澆注合金錠的溫度為990 1060°C，所述砂型鑄造的溫度為 1000 1060 。本發明提供了另一種制造上述黃銅合金的方法，該方法包括配料、熔煉、水平連鑄棒、扒皮和加熱鍛造，其中所述水平連鑄的溫度為990 1060°C，所述加熱鍛造的溫度為 650 760O。本發明提供了又一種制造上述黃銅合金的方法，該方法包括配料、熔煉、水平連鑄圓錠、擠壓和加熱鍛造，其中所述水平連鑄的溫度為990 1060°C，所述擠壓的溫度為 650 760°C，所述加熱鍛造的溫度為650 760°C。本發明制造上述黃銅合金的工藝流程圖如圖1所示。
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本發明的黃銅合金與現有技術相比，至少具有以下有益效果本發明的黃銅合金具有優異的耐蝕性能，特別是抗應力腐蝕性能，在不退火消除裝配應力的情況下，在遠高于國家標準的氨熏條件下濃度14%濃度氨水環境中，氨熏8小時無明顯應力腐蝕開裂現象；本發明合金具有優良的使用性能(耐蝕性能、力學性能等)和工藝性能(鑄造性能、冷熱成型性能、切削性能、焊接性能等)，適用于需切削加工和磨削加工成型的零部件， 尤其適用于裝配應力不便消除的鍛件和鑄件，如水龍頭和閥門等。此外，本發明合金為有鉛銅合金，與無鉛銅合金的區別為本發明合金中添加了較高含量的鉛，而無鉛銅中不添加鉛或鉛含量低于0.2wt%。本發明合金中添加鉛是為了達到易切削的效果，無鉛銅合金中若不含鉛但想達到易切削的效果，必須添加易切削元素，如 Bi、Te、Se等元素，且無鉛銅合金中雖然添加了此類易切削元素，但其切削性能仍不如有鉛銅，目前尚無無鉛銅合金的切削性能可與有鉛銅〔36000等同，且財、1^、％等均為價格非常昂貴的金屬，因此，如果在本合金的基礎上，添加普通的無鉛易切削元素代替鉛元素，這將不能達到本發明的低成本的原則。
圖1是制造本發明的黃銅合金的工藝流程圖。
具體實施例方式下面結合附圖和具體實施例對本發明作進一步詳細的描述。實施例本發明的黃銅合金成分及用作對比研究的合金成分列于表1，其中，合金1、合金 2、合金5用于水平連鑄錠擠壓成棒材后熱鍛成型，制備工藝如圖1所示，配料、熔煉、水平連鑄圓錠、擠壓和加熱鍛造，其中所述水平連鑄的溫度為990 1060°C，所述擠壓的溫度為 650 760°C，所述加熱鍛造的溫度為650 760°C。合金3-4用于水平連鑄棒熱鍛成型，制備工藝如圖1所示，配料、熔煉、水平連鑄棒、扒皮和加熱鍛造，其中所述水平連鑄的溫度為990 1060°C，所述加熱鍛造的溫度為 650 760O。合金6-13用于澆注合金錠重熔砂型鑄造，制備工藝如圖1所示，配料、熔煉、澆注合金錠、重熔和砂型鑄造，其中所述澆注合金錠的溫度為990 1060°C，所述砂型鑄造的溫度為 1000 1060°C。合金ZCuZn40Pb2、C36000 為對比合金。表1本發明的合金及對比合金成分(wt % )
權利要求
1.一種低成本黃銅合金，該黃銅合金含有45-59wt% Cu,35-50wt% Zn, 0-1. 3wt% Fe， 0. 2-0. 9wt% Al, 1. 0-4. Owt% Mn, 1. 0-3. 5wt% Pb，余量為不可避免的雜質。
2.根據權利要求1所述的低成本黃銅合金，其特征在于，所述黃銅合金中含有 0. 001-0. Iwt^ P。
3.根據權利要求1或2所述的低成本黃銅合金，其特征在于，所述黃銅合金中含有 0-1. Owt %的Ni ；優選地，所述黃銅合金中含有0-1. Owt %的Sn ；更優選地，所述黃銅合金中含有 0-0. Iwt%的 Si。
4.根據權利要求1至3中任一項所述的低成本黃銅合金，其特征在于，所述黃銅合金中含有一種或一種以上下列合金元素0. 0001-0. Olwt %的B，0. 0001-0. 5wt %的Ti， 0. 0001-0. 5wt% 的稀土元素，0. 0001-0. Olwt%的 Zr,0. 0001-0. 25wt%^ Ago
5.根據權利要求1至4中任一項所述的低成本黃銅合金，其特征在于，所述黃銅合金中 Fe的含量為0. 6 1. 3wt%。
6.根據權利要求1至5中任一項所述的低成本黃銅合金，其特征在于，所述黃銅合金中 Al的含量為0. 2 0. 7wt%。
7.根據權利要求1至6中任一項所述的低成本黃銅合金，其特征在于，所述黃銅合金中 Mn的含量優選為1. 0 3. Owt %，更優選含量為1. 0-2. 5wt%0
8.根據權利要求1至7中任一項所述的低成本黃銅合金，其特征在于，所述黃銅合金中 Pb的含量為1. 5 3. Owt %。
9.一種制造權利要求1至8中任一項所述的低成本黃銅合金的方法，該方法包括配料、熔煉、澆注合金錠、重熔和砂型鑄造，其中所述合金錠的澆注溫度為990 1060°C，所述砂型鑄造的溫度為1000 1060°C。
10.一種制造權利要求1至8中任一項所述的低成本黃銅合金的方法，該方法包括配料、熔煉、水平連鑄棒、扒皮和加熱鍛造，其中所述水平連鑄的溫度為990 1060°C，所述加熱鍛造的溫度為650 760°C。
11.一種制造權利要求1至8中任一項所述的低成本黃銅合金的方法，該方法包括配料、熔煉、水平連鑄圓錠、擠壓和加熱鍛造，其中所述水平連鑄的溫度為990 1060°C，所述擠壓的溫度為650 760°C，所述加熱鍛造的溫度為650 760°C。
全文摘要
本發明涉及一種低成本黃銅合金及其制造方法，本發明的黃銅合金含有45-59wt％Cu，35-50wt％Zn，0-1.3wt％Fe，0.2-0.9wt％Al，1.0-4.0wt％Mn，1.0-3.5wt％Pb，余量為不可避免的雜質。本發明的黃銅合金具有優異的切削性能、鑄造性能、抗應力腐蝕性能，良好的鍛造性能和抗脫鋅腐蝕性能，適用于需切削加工和磨削加工成型的零部件，尤其適用于裝配應力不便消除的鍛件和鑄件，如水龍頭和閥門等。該合金具有比普通鉛黃銅C36000更好的抗應力腐蝕性能和更低的原料成本。
文檔編號C22C9/04GK102443716SQ20111030361
公開日2012年5月9日 申請日期2011年9月30日 優先權日2010年9月30日
發明者章四琪, 胡振青, 許傳凱, 龍佳 申請人:路達(廈門)工業有限公司