一種無鉛易切削含錳石墨黃銅及其制備方法
【技術領域】
[0001]本發明屬于合金材料技術領域。
【背景技術】
[0002]鉛黃銅中鉛的水溶性浸出會對人身健康和自然環境造成危害，特別是當這種材料用于水暖閥門件時。因此許多國家已經立法禁止在飲用水管道配件、玩具和家用電器等產品中使用含鉛銅合金。但是，鉛黃銅因優秀的切削性能和低廉的成本，目前依然占有易切削黃銅市場很大的份額。這是因為目前還未找到一種或幾種能夠真正意義上替代鉛的元素來制造易切削黃銅，目前開發的幾種含有類鉛元素(鉍、銻、碲、硅、磷等)的黃銅材料并不能提供與鉛黃銅相同的技術優勢，因此無法取代鉛黃銅的市場。
[0003]石墨是一種無害價低的材料，其斷肩能力和潤滑效果使材料在切削過程中能夠形成短小而不連續的切肩，減少刀具磨損，改善切削性能。添加石墨的傳統方法主要是鑄造和粉末冶金，但得到的石墨顆粒尺寸粗大且分布不均，材料的致密性差。中國專利(CN103773994A)以鑄鐵替代純石墨的添加方式，采用熔鑄+石墨化退火的方法得到了組織均勻細小的石墨黃銅材料且切削性良好能。但是，鑄鐵中鐵的比重很大，當添加量過大時材料會帶有磁性，耐腐蝕性也會降低，這將限制材料的使用。
【發明內容】
[0004]本發明的目的在于針對現有黃銅材料設計的不足，提供一種無鉛易切削含錳石墨黃銅，以能夠替代鉛來生產易切削黃銅，避免鉛對健康和環境的危害。
[0005]本發明采用的技術方案如下。
[0006]一種無鉛易切削含錳石墨黃銅，其化學成分(質量分數)為:銅(Cu)58~63%，錳(Mn) 0.8%~7%，石墨(C)0.1%~1.0%，鐵(Fe)0.1%~1.3%，鎳(Ni)0.5%，雜質總量彡 0.1%，余量為鋅(Zn)。
[0007]本發明所述無鉛易切削含錳石墨黃銅的制備方法。
[0008]使用中頻或工頻感應爐，在大氣環境中熔鑄。按電解銅58~63wt%，高碳錳鐵l~10wt%，镲0.5wt%，余量為鋅的配比配料，首先將電解銅、高碳猛鐵和镲加入石墨i甘禍，待全部熔化后降溫加入鋅錠，整個熔煉過程用木炭做覆蓋劑。保溫一定時間使熔液混合均勻，出爐澆鑄得黃銅合金棒材，對黃銅棒進行退火處理，使黃銅中的碳化錳和滲碳體分解得到石墨顆粒，退火條件為氫氣氣氛中700~1000°C下保溫3~7h。
[0009]本發明以高碳錳鐵代替石墨，以熔鑄的方式加入到黃銅合金中。本發明使用的高碳錳鐵的成分含量為:猛(Mn) 76%~85%，碳(C)7%~10%，鐵(Fe) 7%~16%，其余雜質總和彡1%。使用高碳錳鐵作為原料，與中國專利(CN103773994A)中以鑄鐵粉做原料相比，增加了石墨的含量，使黃銅的切削性能提高；增加了錳的含量，提高了黃銅的耐腐蝕性能；降低了鐵的含量，黃銅的耐腐蝕性不會受到影響，所得黃銅材料無磁性，不會限制材料的應用。
[0010]本發明的無鉛含錳石墨黃銅的力學性能、耐腐蝕性能及切削加工性能優良；對環境友好，對人體無害；成本低廉，工藝簡單，適合工業化生產；可應用于電子器件、水暖衛浴閥件、結構或裝飾材料等領域。
【具體實施方式】
[0011]本發明將通過以下實施例作進一步說明，但本發明的保護范圍不限于此。
[0012]以下實施例所用的高碳錳鐵的成分含量為:錳(Mn)76%~85%，碳(C)7%~10%，鐵(Fe)7%~16%，其余雜質總和彡1%。
[0013]實施例1。
[0014]無鉛易切削含猛石墨黃銅的化學成分，銅(Cu) 58.5%，猛(Mn) 0.8%，石墨(C)0.1%，鐵(Fe)0.15%，鎳(Ni)0.5%，雜質總量彡0.1%，余量為鋅(Zn)。按成分配比配料，其中高碳錳鐵添加量為1%，熔鑄成黃銅棒材，在700°C下退火3h，得到無鉛易切削含錳石墨黃銅。此黃銅材料的維氏硬度為74HV，抗拉強度為350MPa，切削性能相當于75%，腐蝕深度為 210 μπι。
[0015]實施例2。
[0016]無鉛易切削含錳石墨黃銅的化學成分，銅(Cu) 59%，錳(Mn) 2.4%，石墨(C) 0.3%，鐵(Fe)0.4%，鎳(Ni)0.5%，雜質總量< 0.1%，余量為鋅(Zn)。按成分配比配料，其中高碳錳鐵添加量為3%，熔鑄成黃銅棒材，在800°C下退火4h，得到無鉛易切削含錳石墨黃銅。此黃銅材料的維氏硬度為83HV，抗拉強度為370MPa，切削性能相當于85%，腐蝕深度為195 μ m。
[0017]實施例3。
[0018]無鉛易切削含錳石墨黃銅的化學成分，銅(Cu) 60%，錳(Mn) 4.0%，石墨(C) 0.5%，鐵(Fe)0.7%，鎳(Ni)0.5%，雜質總量< 0.1%，余量為鋅(Zn)。按成分配比配料，其中高碳錳鐵添加量為5%，熔鑄成黃銅棒材，在850°C下退火4h，得到無鉛易切削含錳石墨黃銅。此黃銅材料的維氏硬度為95HV，抗拉強度為410MPa，切削性能相當于95%，腐蝕深度為185 μ m。
[0019]實施例4。
[0020]無鉛易切削含猛石墨黃銅的化學成分，銅(Cu) 61%，猛(Mn) 5.4%，石墨(C)0.7%，鐵(Fe) 1.0%，鎳(Ni)0.5%，雜質總量彡0.1%，余量為鋅(Zn)。按成分配比配料，其中高碳錳鐵添加量為7%，熔鑄成黃銅棒材，在900°C下退火5h，得到無鉛易切削含錳石墨黃銅。此黃銅材料的維氏硬度為110HV，抗拉強度為450MPa，切削性能相當于90%，腐蝕深度為180 μ m。
[0021]實施例3。
[0022]無鉛易切削含錳石墨黃銅的化學成分，銅(Cu) 62.5%，錳(Mn) 7.0%，石墨(C) 0.9%，鐵(Fe) 1.3%，鎳(Ni)0.5%，雜質總量< 0.1%，余量為鋅(Zn)。按成分配比配料，其中高碳錳鐵添加量為9%，熔鑄成黃銅棒材，在1000°C下退火7h，得到無鉛易切削含錳石墨黃銅。此黃銅材料的維氏硬度為125HV，抗拉強度為470MPa，切削性能相當于80%，腐蝕深度為180 μ m?
【主權項】
1.一種無鉛易切削含錳石墨黃銅，其特征是其化學成分(質量分數)為:銅58~63%，錳0.8%~7%，石墨0.1%~1.0%，鐵0.1%~1.3%，鎳0.5%，雜質總量彡0.1%，余量為鋅。2.權利要求1所述的無鉛易切削含錳石墨黃銅的制備方法，其特征是按電解銅58~63wt%，高碳猛鐵l~10wt%，镲0.5wt%，余量為鋅的配比配料，其余雜質總和< 1%，在大氣環境下采用中頻或工頻感應熔煉，先將電解銅、高碳錳鐵和鎳在石墨坩禍內全部熔化，然后降溫加鋅，保溫一定時間后澆鑄成棒材，進行退火處理，退火條件為氫氣氣氛中700~1000°C下保溫3~7h ； 所述的高碳錳鐵的成分含量為:猛76%~85%，碳7%~10%，鐵7%~16%。
【專利摘要】一種無鉛易切削含錳石墨黃銅，其特征是其化學成分（質量分數）為：銅58~63%，錳0.8%~7%，石墨0.1%~1.0%，鐵0.1%~1.3%，鎳0.5%，雜質總量≤0.1%，余量為鋅。按電解銅58~63wt%，高碳錳鐵1~10wt%，鎳0.5wt%，余量為鋅的配比配料，其余雜質總和≤1%，在大氣環境下采用中頻或工頻感應熔煉，先將電解銅、高碳錳鐵和鎳在石墨坩堝內全部熔化，然后降溫加鋅，保溫一定時間后澆鑄成棒材，進行退火處理，退火條件為氫氣氣氛中700~1000℃下保溫3~7h；所述的高碳錳鐵的成分含量為：錳76%~85%，碳7%~10%，鐵7%~16%。本發明的無鉛含錳石墨黃銅的力學性能、耐腐蝕性能及切削加工性能優良；對環境友好，對人體無害；成本低廉，工藝簡單，適合工業化生產；可應用于電子器件、水暖衛浴閥件、結構或裝飾材料等領域。
【IPC分類】C22F1/08, C22C9/04, C22C1/03
【公開號】CN104911395
【申請號】CN201510363383
【發明人】唐建成, 卓海鷗, 葉楠
【申請人】南昌大學
【公開日】2015年9月16日
【申請日】2015年6月29日