一種耐磨易切削黃銅管材及其制造黃銅管的方法
【技術領域】
[0001] 本發明屬于有色金屬加工領域，特別涉及一種耐磨易切削黃銅管材及其制造黃銅 管的方法。
【背景技術】
[0002] 黃銅是以鋅為主要元素的銅合金，其導熱性能、力學性能、加工性能優良。一般為 了改善黃銅性能會添加錳、硅、鋁、鐵、鉛、錫、鎳等金屬構成多元合金，通常稱為復雜黃銅或 特殊黃銅。鉛黃銅中鉛不固熔于Cu-Zn合金，經過壓力加工后，呈游離狀態孤立相分布于固 溶體中，有相當強的潤滑與減磨作用，使合金具有極高的可切削性能，且工作表面光潔。但 鉛容易析出，對人體有影響，不適用于閥門、水龍頭及飲用水管道，應用領域受限。國內在無 鉛易切削黃銅棒材方面有較深的研宄和應用，先后開發了硅黃銅、鉍黃銅、鋁黃銅等。但因 其材料脆性問題，在軋制或拉伸過程中容易開裂，也僅限用于電子電器、接插件、儀表零件 及飲水系統的水管等。
[0003] 中國專利200510080322. 2 -種高強耐磨黃銅管材的制備方法，是基于一種以β 相為基的單相新型高強耐黃銅基體材材料，采用了以熱加工為主的熱擠制變形，會導致不 均勻變形程度加大，對改善耐磨相的分布及通過冷卻有效控制α相數量不利；而且管材精 度控制不好(管材偏心量大)，切削加工性不好，無法達到制造大型、重載設備及精密零部件 加工要求。
[0004] 例如，液壓泵缸體內孔所鑲裝的銅套材料為高強耐磨黃銅管，該銅管常規中不含 有鉛，導致加工表面光潔度不足，在與摩擦副摩擦過程中容易劃傷摩擦副或出現與摩擦副 工裝配合不精密；與常規的普黃銅Η62、Η65黃銅管相比，以上黃銅管沒有耐磨相，在摩擦過 程中非常容易出現磨損，最后導致零件失效。
【發明內容】
[0005] 本發明針對上述問題提供一種耐磨易切削黃銅管材及其制造黃銅管的方法，使黃 銅管材不僅有較好的耐磨性能，而且表面光潔度好，切削性好，易加工。
[0006] -種耐磨易切削黃銅管材，其組成配比為60_65wt%銅、0. 5-3. 5wt%猛， 0· 5-3. 5wt%硅，0· 2-3. 0 wt%鉛，0· 05-0. 2wt%鐵，0· 1-0. 3 wt%鎳，0· 1-0. 3 wt%鋁，余量為 鋅以及不可避免雜質，不可避免的雜質總量不大于〇. lwt%，上述元素形成的金相組織以α 相為基體，加少量β相和硅錳耐磨相的易切削黃銅管材。
[0007] 作為改進，耐磨易切削黃銅管材組成配比為61. 0-63. Owt%銅、I. 5-2. 5wt%錳， 0.5-1.5?^%娃，0.5-1.〇￥七％鉛，<0.1￥七％鐵，<0.1?^%鎮，<0.1￥七％錯，余量為鋅以及 不可避免雜質，不可避免的雜質總量不大于0. lwt%。
[0008] 再改進，鋅含量控制在成分32. 5% -35. Owt %，鋁含量在以下0. lwt%，以確保材料 金相組織是以α相為基體，加15-20% β相和硅錳耐磨相。
[0009] 再改進，鉛含量為1. 0-2. 0 wt%，提高材料的切削性和耐磨性。
[0010] 一種耐磨易切削黃銅管的制造方法，首先將電解銅、錳銅合金、硅銅合金、鐵銅合 金、鉛錠、鎳銅、鋅錠依次加入感應電爐內熔煉，熔煉溫度為1030~1080°C，待全部金屬熔 化后，保溫5 - 30分鐘；進行銅合金錠澆鑄，澆鑄溫度1030~1050°C;然后將銅合金鑄錠加 熱到550~700°C進行熱擠壓；熱擠壓后的擠壓坯在450~650°C下進行均勻化退火，均勻 化退火后的半成品進行冷軋一拉伸，接著在300-700°C下進行退火，最后鋸切精整。
[0011] 恪煉一擠壓一均勾化退火一冷乳一退火300-700°C-據切、精整一成品。
[0012] 作為改進，所述冷軋一拉伸工藝過程中單道次延伸系數必須大于1. 2,糾正管材偏 心效果好，成品管材的偏心量小于〇. 3mm。
[0013] 再改進，為確保管材α相比例大于70%，所述均勻化退火溫度控制在400~ 600。。。
[0014] 本發明為了提高黃銅合金的耐磨性和易切削性能，在改變黃銅合金成分組成上采 用加入少量的鉛、錳、硅、鐵、鎳等元素構成復雜的多元合金，其中銅與鋅的組成比例注重控 制Cu為61~63%、Zn為32. 5~35%，以使合金中形成以α相為基體，加入上述五種元素 以形成少量（α+β )相，以使合金中α相/ ( α+β )相的比例保持在相當于鋅當量為35% 以下，以維持此多元合金中α相為基體，加15~20%的β相和均勻分布在α、β相基體 上少量的猛娃耐磨相。
[0015] 鉛元素是提高合金切削性能的重要因素，鉛在銅中的固溶度極低，固態下，鉛以游 離態的獨立相分布的晶界和相界上。鉛的熔點低，在合金中形成軟、彌散的小質點，從而割 斷了基體的連續性，在切削過程中使切肩容易斷裂脫落，同時切削時鉛在刀刃的接觸面上 就有大量軟的鉛質點存在，相當于減小了切削層面積，使得刀具磨損減小，切削溫度和切削 力降低，達到易切削的目的。但鉛黃銅金相組織含有α相和（α+β)兩種，因此鉛加入量 應小于3.0%以下，對于提高切削性和維持恒定的α相致關重要。
[0016] 錳元素，錳的加入可使金相組織的α相區縮小，在固態黃銅中有較大溶解度，具 有顯著的固溶強化，既提高合金強度又不降低其可塑性，對于提高黃銅合金的耐磨性和可 切削性有較大作用，但錳加入量超過4%時會折出硬脆相、降低可塑性。
[0017] 硅元素，黃銅中加入適量的硅元素，在銅鋅合金中加入1%硅后，金相組織相當于 在合金中增加40%鋅的合金組織，硅的鋅當量相當于10,使銅鋅合金中的α /( α + β )相界 移向銅側，縮于合金組織中的α相區，硅的適量加入還可有效抑制鉛的析出，維持良好易 切削性延伸率和耐磨性，特別適合閥體材料、蒸氣和水管配件。
[0018] 硅元素在銅鋅合金中主要與合金中加入的錳元素，形成金屬間化合物Mn3Si,起細 化晶粒與提高合金抗磨損性能的作用；錳元素在銅鋅合金中有較大的溶解度，錳的作用在 于強化基體以及與合金中的硅而形成高硬度Mn 5Si3中空耐磨質點，減少磨損，提高合金的 耐磨性。
[0019] 鐵主要是起細化晶粒、阻止晶粒長大的作用，能提高軟化點，增加強度，提高冷熱 加工性能。鐵含量大于0.3 wt%時，會降低耐蝕性能，而且在合金中形成硬件質點，嚴重磨 損車刀。
[0020] 鋁元素加入后縮小α相區，形成β相的趨勢大，強化效果好。在熔煉中能形成氧 化鋁保護膜，阻止鋅蒸發，從而減少鋅燒損。同時，鋁能提高耐磨性、耐蝕性、彈性等。在成 品中Al的表面離子化傾向比鋅的大，優先形成致密而堅固的氧化鋁膜，可防止合金的進一 步氧化。但Al含量高時，會出現γ相，提高合金的強度和硬度，大幅度降低塑性，不利于后 道加工。
[0021] 鎳在黃銅中使α相區擴大，向高鋅黃銅中添加鎳，可獲得含有少量β相的高強度 合金。同時具有提高強度、韌性、抗脫鋅及抗應力腐蝕開裂作用，且壓力加工性能較好，有研 宄表明：加入Ni可以達到顯著細化晶粒的效果。
[0022] 本發明與普通黃銅管材相比的技術優點：以銅鋅合金為基，通過能形成耐磨相的 合金元素如硅、錳和少量鉛元素，構成以基于α相為基體，加15~20%β相和均勻分布于 α、β相基體上少量硅錳耐磨相Mn5Si3的易切削黃銅管材；并采用擠壓一冷軋工藝，減少或 消除金屬橫向裂紋缺陷，使黃銅管材表面光潔度好，易切削加工，強度和韌性更高，耐磨性 能更加穩定。
【附圖說明】
[0023] 圖1為本發明α相能譜圖。
[0024] 圖2為本發明β相能譜圖。
[0025] 圖3為本發明硅錳相能譜圖。
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