一種環保易切削抗熱裂硒鉍黃銅材料及其制備工藝的制作方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種環保易切削抗熱裂砸鉍黃銅材料及其制備工藝，屬于金屬合金材料技術領域。
【背景技術】
[0002]鉛黃銅具有良好的切削性能和較好的冷、熱加工性能，被廣泛用于水暖衛浴、電子電器、鐘表儀器等領域。然而黃銅中的鉛易溶出，對人體和環境都具有較大的危害。
[0003]目前，國內還沒有一種黃銅可全面替代鉛黃銅，替代鉛黃銅的領域十分有限。鉍與鉛在元素周期表中處于相鄰的位置，其物理和化學性質存在很多相似之處，目前對以鉍代鉛的無鉛黃銅的研宄最多。縱觀國內外專家學者對鉍黃銅的各種研宄，存在添加元素種類多(Sn、Fe、Sb、N1、Al、S1、Se、Te、P、La、Ce)、加入量較大、原料成本高及工業化應用難等問題。
[0004]中國專利申請號為201310205084.8的專利公布了一種“錫鉍黃銅及其生產工藝和生產錫鉍黃銅的裝置”，該發明中鉍黃銅中錫的加入能有效的調整該黃銅材料的切削性能，但其摻量為0.10-0.6%。但由于Sn熔點低，其摻量過高時，容易產生偏析，使材料整體性能下降。
【發明內容】
[0005]本發明所需解決的技術問題是:
為了克服上述現有技術的不足，本發明的目的是提供了一種環保易切削抗熱裂砸鉍黃銅材料。其特點是以工業純銅為基體，添加適量的B1、Sn及Se，制備多元銅合金材料，改善傳統鉍黃銅合金材料成本較高、容易出現熔鑄開裂和退火斷裂的現象，以滿足行業對易切削、熱裂性能良好的銅合金材料的需求。
[0006]本發明的另一目的是提供一種環保易切削抗熱裂砸鉍黃銅材料制備工藝。
[0007]本發明所采用的技術方案是:
為解決上述技術問題，本發明的一種環保易切削抗熱裂砸鉍黃銅材料的化學成分按重量百分比計為Cu:58?61, Bi:1.6?2.2, Sn:0.1?0.15, Se:0.1?0.65，余量為鋅和不可避免的雜質。其含量測試方法參照YS/T668-2008標準。
[0008]上述一種環保易切削抗熱裂砸鉍黃銅材料制備工藝由以下步驟組成:
(I)熔煉
純度為99.99 %電解銅加入熔煉爐中，在鱗片石墨粉作為覆蓋劑的保護下，升溫至1150?1200°C，電解銅完全熔化后，加入砸銅中間合金0.2?1.5wt%，保溫10?15min，再加入高純錫0.1?0.15wt%及高純鉍1.6?2.2wt%，錫、鉍完全熔化后采用電磁攪拌，攪動熔池。同時調整溫度為1060?1080°C，加入電解鋅，升溫扒渣，10?15min后再加入磷銅中間合金0.002?0.05wt%，調整溫度為1020?1050°C，進行水冷連鑄。
[0009]上述砸銅中間合金的制備，參見中國專利ZL201110190457.X《一種砸銅中間合金的制備方法》;CuP14中間合金的制備，參見中國專利ZL200810148006.8《一種磷銅中間合金的制備方法》。
[0010](2)擠壓
將上述熔煉的銅合金鑄錠，經車削定徑后放入感應爐中，加熱至650?850°C，保溫2?4min，取出加熱后的鑄錠置入臥式擠壓機內進行擠壓變形加工，得到各類型材的擠壓坯。
[0011](3)酸洗及冷拉加工
將上述擠壓坯料酸洗后進行冷拉加工，可根據冷拉加工狀態設定加工率，可加工成軟態、硬態、半硬態等。
[0012](5)退火與矯直
將上述冷拉變形后的型材置于退火爐內，于溫度200?300°C進行去應力退火，保溫時間控制在0.5?Ih ;然后在矯直設備上進行矯直處理。
[0013]上述一種環保易切削抗熱裂砸鉍黃銅制備工藝中，砸以砸銅中間合金形式加入。
[0014]上述的一種環保易切削抗熱裂砸鉍黃銅制備工藝中，磷銅中間合金以CuP14中間合金形式加入。
[0015]上述的一種環保易切削抗熱裂砸鉍黃銅材料制備工藝，物料加入順序為陰極銅一砸銅中間合金一高純錫一高純秘一電解鋅一磷銅中間合金。
[0016]與現有技術相比，本發明的有益效果是:
1、本發明采用砸元素以砸銅中間合金形式加入，可改變鉍在黃銅中的析出形態與分布狀況，與銅、鋅、鉍等元素形成脆性化合物分布于晶界和晶內，使鉍以塊狀或球狀存在于晶界，提高其塑性和冷熱加工性能，避免材料發生燒損，同時改善合金切削性能的作用。
[0017]2、本發明采用磷銅中間合金以CuP14加入，可避免直接摻入磷元素時磷的揮發，有效發揮磷的脫氧劑的作用。
[0018]3、本發明所述砸鉍黃銅合金材料性能采用GB / T228.1-2010,GB / T 230.1-2009對相關測試方法進行測試。在相同測試條件下，本發明所述砸鉍黃銅合金材料與國內牌號為HBi60的鉍黃銅合金材料相比，還具有以下優點:
(I)其強度與HBi60材料接近，其切削性能與HPb63-3為100%相比較，達到70%以上。
[0019](2)延伸率由12?13%提高至13?30%，提高50%以上。
[0020](3) HBi60合金材料在650?800°C范圍內熱態沖擊裂紋嚴重，本發明在上述溫度范圍內均無熱態沖擊裂紋。
[0021]4、本發明所述合金材料強度、切削性能、延伸率等性能可通過合金成分及工藝進行調整，以滿足不同條件需求。
[0022]5、元素砸和Sn的同時加入，還可降低鉍的摻量，產品原料成本與HBi60相比可降低5?10% ο
【具體實施方式】
[0023]以下通過實施例對本發明進行具體的描述，有必要在此指出的是本實施例只用于對本發明進行進一步說明，不能理解為對發明保護范圍的限制，該領域的技術熟練人員可以根據上述本發明的內容作出的一些非本質的改進和調整。
[0024]實施例1: 一種環保易切削抗熱裂砸鉍黃銅合金材料的化學成分按重量百分比計為Cu:59.39，Bi:2.0，Sn:0.110，Se:0.20，余量為鋅。
[0025]其制備工藝如下:
(I)將陰極銅116.6kg加入熔煉爐中，在鱗片石墨粉作為覆蓋劑的保護下，升溫至1200°C,電解銅完全熔化后，加入砸銅中間合金1kg，保溫lOmin，再加入高純錫0.25kg及高純鉍4kg，錫、鉍完全熔化后采用電磁攪拌，攪動熔池。
[0026]同時調整溫度為1060?1080°C，加入電解鋅76kg，升溫扒渣，1min后再加入磷銅中間合金0.4kg，調整溫度為1050°C，進行水冷連鑄。
[0027]上述工藝中采用的砸銅中間合金化學成分按重量百分比計為Se:46.5%，余量為Cu，砸銅中間合金制備方法參見中國專利ZL201110190457.X《一種砸銅中間合金的制備方法》。
[0028]上述磷銅中間合金化學成分按重量百分比計為P:9.6%，Fe0.006%，S1.04%，余量為Cu，CuP14中間合金的制備方法，參見中國專利ZL200810148006.8《一種磷銅中間合金的制備方法》。
[0029](2)將上述熔煉的銅合金鑄錠，經車削定徑后放入感應爐中，加熱至650°C，保溫4min，取出加熱后的鑄錠。
[0030](3)將上述擠壓坯料采用硫酸酸洗后進行冷拉加工。
[0031](4)將上述冷拉變形后的型材置于退火爐內，于溫度200