专利名称：：一种无铅的易切削镁铋黄铜合金的制作方法
技术领域：
：本发明涉及一种无铅的黄铜合金，尤其是涉及一种具有优异切削性能及热加工性能的镁铋黄铜合金，它特別适用于代替铅黄铜应用的各种机械零件、电子器件，汽车零部件等应用领域，是一种能有效替代含铅黄铜的环保型绿色金属材料。
背景技术：
：传统铅黄铜已经应用了1000多年，广泛的用于生活五金器具，如水龙头、门锁、门拉手、水管、螺钉、螺帽、管接头，等等……，在电子、家电、机器设备中，更是不可缺失的材料。在铜内加铅，主要目的是产生其合金的易切削、冷铆、锻造加工性能，以满足各种机器零配件制造加工的需要。目前被广泛应用于汽车行业、电子行业、水暖卫浴行业的黄铜材料，均含有1-5°/。的铅，以提高切削性能。由于世界范围环境污染日益加剧，尤其是重金属"铅，，的污染。"铅"吸入人体后，对人的身心健康影响很大，而且这些铅极易在水中溶出或在生产过程中挥发，从而导致环境污染而吸入人体。除了其中的"铅"会造成污染外，更严重的是由于"铅"在实际使用过程中溶出和挥发而进入生活饮用水中而导至人体荷尔蒙分泌失调和婴幼儿的智力发育。因此，用于改善黄铜切削性能和加工性能的"铅，，造成的污染和危害己经引起世界各国的重视。如果黄铜内不含铅或采用紫铜，则因机械加工切削性能差和成本相对增高而在相关行业没有实用价值。根据美国NSF、日本JIS、德国DIN50930及欧盟的相关标准法令规定，到2006年各种与人体相关材料的铅溶出标准必须从现在的0.05mg/L降低到0.010mg/L。近些年来，国内外在无铅黄铜的研究上也进行了一定的研究，例如中国专利申请号200410015836.5说明书中已公开的一种发明专利《无铅易切削锑黄铜合金》，是由宁波博威集团发明的无铅易切削黄铜材料，它由重量％的铜55-65%、锑0.3~2.0%、锰0.4-1.6%、其它元素0.1~1.0%,所述的其它元素包括钛、锆、硼、铁、镁、硅、稀土金属中的至少二种元素、其余为锌和不可避免的杂质。上述合金是一种铜-锌-锑合金，由于合金中含有锑，合金的热加工性能比较差，极大的影响了合金的后续加工性能。中国专利申请号02121991.5说明书中已公开的一种发明专利《无铅易切削黄铜合金材料和它的制造方法》，是日本三越金属抹式会社发明的无铅易切削黄铜材料，它是一种铜-锌-铋合金，由于该合金中含有0.5~2.2%的铋，铋含量较高，且铋的价格非常高，所以导致其成本增高，没有市场竟争力。
发明内容本发明的目的在于，提供一种不含铅的，具有优异的热加工性能的，并可以替代含铅黄铜材料且有利于环境保护的无铅易切削镁铋黄铜合金。本发明的上述目的是通过以下技术方案来实现的本发明的无铅的易切削镁铋黄铜合金，其主要成分包含(重量°/。)，铜50-62%、镁0.5-3.0%、铋0.1-1.0%,其余为锌和不可避免的杂质。一种优选技术方案，其特征在于所述镁铋黄铜合金中的铜、锌总量大于95%小于100%。一种优选技术方案，其特征在于所述镁铋黄铜合金中还含有0.001-0.1%的磷和硅。一种优选技术方案，其特征在于所述镁铋黄铜合金中还含有G.1~0.3%的锆和钛。一种优选技术方案，其特征在于所述镁铋黄铜合金中还含有不超过O.5%的铁、硼和稀土金属。一种优选技术方案，其特征在于所述镁铋黄铜合金中的的稀土金属为La-Ce中的一种或多种以任意比例的混和。所述的无铅镁铋黄铜合金的制造方法是，在熔炼时先进行铜锌的熔炼，温度为1150°C~125(TC,随后加入铋，静置保温1G分钟后，再加入镁，保温20-40分钟后进行浇铸，浇铸温度为1050。C~IIO(TC，形成合金铸锭，上述合金在580~70(TC温度下进行挤压，在400-600。C温度下，进行热处理30分钟~6小时，以《10(TC/小时的冷却速度进行冷却，在低于40(TC的温度进行成品退火，制成成品。一种优选的技术方案，铅作为不可避免的杂质，其含量不超过O.02重量％。下面对本发明的合金中添加的其它元素的功能和原因进行说明。所迷的无铅易切削的镁铋黄铜合金，是利用镁及镁铋的化合物可以均匀弥散的分布在晶内及晶界的特性，避免了铋在晶界处形成单一的脆性相，使该合金保证了象铅黄铜一样的切削性能，并且其他晶粒细化的元素(其它元素)使得镁的分布更为均匀，大大提高了其综合性能。单纯的铋黄铜合金，铋在晶界间易形成大块的硬脆相，使得其热加工性能极差，即使有好的切削性能，在实际生产中应用也不是很广泛。而本发明的镁铋黄铜合金，有效的避免了这一点，因为镁的加入，使得一部分镁与铋和其他物质生成析出相析出后，以细小质点的形式均匀弥散地析出在晶界，另一方面，镁和铜形成的第二相可以均匀的分布在晶内。不仅大大改善了其加工性能，也很好的提高了其切削性能。另外，在合金中添加磷和硅主要是起脱氧作用，改善金属的流动性，还可以提高合金的强度，一般含量为0.001-0.1%,当含量过高时，会降低金属的导电性。添加锆和钛，主要是起到与部分镁生成分布在晶界上的金属间化合物，使析出物的分布细小弥散，使得合金的优异的切削性能得以实现，其含量为0.1~0.3%。铁、硼和稀土金属主要是起细化晶粒的作用，阻止晶粒的长大，尤其是稀土金属元素，是优良的变质剂和晶粒细化剂，其总体含量不超过0.5%。本发明的优点在于，获得的合金产品晶粒细小，具有非常优异的切削性能，具备良好的热加工性能，良好的焊接性能和优良的耐蚀性能，特别适用于切削加工成型的各种零部件、锻件、铸件等其它零部件材料；其制造成本低，其含铋量较单纯的铋黄铜低很多，远低于现有技术下无铅黄铜的制造成本，并且可充分利用我国极其丰富的镁资源，发挥镁资源的优势。具体实施例方式实施例1把按表l中所述合金成分组成，在熔炼时先进行铜锌的熔炼，温度为115(TC~125(TC，随后加入铋，静置保温10分钟后，再加入镁，保温20~40分钟后进行浇铸，浇铸温度为1050'C~IIO(TC，形成无铅镁铋黄铜合金铸锭，在580。C温度下进行挤压，挤压成尺寸为O200x600mm的圆棒铸锭。在60(TC温度下，进行热处理30分钟，以<10(TC/小时的冷却速度进行冷却，在低于40(TC的温度进行成品退火，制成①10mm的线材，得产品1。对比样品是世界上公认切削性最好的C3600O合金，以及国产的铋黄铜及锑黄铜。表1本发明无铅易切削镁铋黄铜的合金成分组成实例(重量％)<table>tableseeoriginaldocumentpage6</column></row><table>实施例2把按表2中所述合金成分组成，无铅镁铋黄铜合金在700°C温度下进行挤压，挤压成尺寸为O)200x600mm的圓棒铸锭。在40(TC温度下，进行热处理6小时，以<10(TC/小时的冷却速度进行冷却，在低于40(TC的温度进行成品退火，制成O10mm的线材，得产品2。表2本发明无铅易切削镁铋黄铜的合金成分组成实例(重量％)<table>tableseeoriginaldocumentpage6</column></row><table>实施例3把按表3中所述合金成分组成，无铅镁铋黄铜合金在640。C温度下进行挤压，挤压成尺寸为O200x600mm的圓棒铸锭。在50(TC温度下，进行热处理3小时，以《10(TC/小时的冷却速度进行冷却，在低于400'C的温度进行成品退火，制成O)10薩的线材，得产品3。表3本发明无铅易切削镁铋黄铜的合金成分组成实例(重量％)<table>tableseeoriginaldocumentpage7</column></row><table>实施例4把按表4中所述合金成分组成，无铅镁铋黄铜合金在68(TC温度下进行挤压，挤压成尺寸为O200x600mm的圆棒铸锭。在55(TC温度下，进行热处理3小时，以<100。C/小时的冷却速度进行冷却，在低于400。C的温度进行成品退火，制成cD10mm的线材，得产品4。表4本发明无铅易切削镁铋黄铜的合金成分组成实例(重量％)<table>tableseeoriginaldocumentpage7</column></row><table>实施例5把按表5中所述合金成分组成，无铅镁铋黄铜合金在64(TC温度下进行挤压，^齐压成尺寸为O)200x600mtn的圆才奉铸锭。在500。C溫度下，进行热处理3小时，以《100。C/小时的冷却速度进行冷却，在低于40(TC的温度进行成品退火，制成O10mm的线材，得产品5。表5本发明无铅易切削镁铋黄铜的合金成分组成实例(重量％)<table>tableseeoriginaldocumentpage7</column></row><table>本发明无铅易切削镁铋黄铜的性能测试如下:1、切削性试验本发明无铅易切削镁铋黄铜产品1的切屑呈细小的微弧状的短碎屑，而C36000合金为稍长的细针状直碎屑，铋黄铜为长弧状切削，锑黄铜为细针状小弧形碎屑，相对C36000合金的切削性能来讲(100%),锑黄铜约为85%,铋黄铜约为75%，而本发明的镁铋黄铜^90%。2、热压缩试-睑取本发明的镁铋黄铜合金产品2、C36000合金、铋黄铜及锑黄铜，相同规格(010x2Omm),进行热压缩试验，试样在700。C加热20分钟，然后进行轴向加载，变形量为80%,长度减小至4mm，观察其表面情况。经热压缩试—睑后，铋、黄铜出现明显的裂紋，锑黄铜出现微小的裂紋，C36000合金和本发明的合金均看不到明显的裂纹，经过在显微镜下观察，发现C36000合金和本发明合金仅在压缩头尾部出现垂直加载方向的细微裂紋，是由于与加载夹具接触引起的。可见，本发明的易切削无铅镁铋黄铜合金的热加工性能要优于铋黄铜及锑黄铜合金，大大改善了由于单独加铋及锑引起的合金热加工性能较差的问题。3、抗拉强度试验取本发明的镁铋、黄铜合金产品3、C36000合金、铋黄铜及锑黄铜，制成标准拉伸试样，进行常温抗拉试验。结果如表6所示。表6本发明无铅易切削镁铋黄铜与其他合金的抗拉强度比较<table>tableseeoriginaldocumentpage8</column></row><table>从表6中可知，铋黄铜的强度较高，但是延伸率较差，锑黄铜的延伸率较好，但是其抗拉强度偏低，而本发明所研制的无铅镁铋黄铜合金的延伸率及抗拉强度均高于C36000合金，综合性能较好。4、导电率测试表7本发明无铅易切削镁铋黄铜产品l与其他合金的导电率比较<table>tableseeoriginaldocumentpage8</column></row><table>从表7可以看出，本发明的无铅易切削镁铋黄铜合金的导电率接近C36000合金，而高于其他两种合金。综合考虑以上试验情况，本发明的无铅易切削镁铋黄铜合金与常用的易切削含铅黄铜及无铅的铋黄铜、锑黄铜相比，切削机理是不同的，但是切削性能及热加工性能要优于以上几种合金。本发明的无铅易切削镁铋黄铜合金从成本上引入了我国资源丰富的镁，大大降低了合金的成本，约比铋黄铜合金低15%以上，比锑黄铜合金低约5%以上，比传统的铅黄铜合金约低5%左右，因此，本发明的无铅易切削镁铋黄铜合金是一种很有市场潜力及应用前景的一种新型的无铅易切削黄铜合金。权利要求1.一种无铅的易切削镁铋黄铜合金，其主要成分包含，铜50～62重量％、镁0.5～3.0重量％、铋0.1～1.0重量％，其余为锌和不可避免的杂质。2.根据权利要求1所述的无铅易切削镁铋黄铜合金，其特征在于所迷镁铋黄铜合金中的铜、锌总量大于95重量％小于100重量％。3.根据权利要求2所述的无铅易切削镁铋黄铜合金，其特征在于所述镁铋黄铜合金中还含有0.001~0.1重量％的磷和硅。4.根据权利要求3所述的无铅易切削镁铋黄铜合金，其特征在于所述镁铋黄铜合金中还含有0.1~0.3重量％的锆和钬。5.根据权利要求4所述的无铅易切削镁铋黄铜合金，其特征在于所述镁铋黄铜合金中还含有不超过0.5重量％的铁、硼和稀土金属。6.根据权利要求5所述的无铅易切削镁铋黄铜合金，其特征在于所述镁铋黄铜合金中的稀土金属为La-Ce之一或任意比例的混和。7.根据权利1所述的无铅易切削镁铋黄铜合金，其制造方法是，在熔炼时先进行铜锌的熔炼，温度为115(TC-125(TC，随后加入铋，静置保温10分钟后，再加入镁，保温20-40分钟后进行浇铸，浇铸温度为1050°C~IIO(TC，形成合金铸锭，该合金铸锭在580-700。C温度下进行挤压，在400-60(TC温度下，进行热处理30分钟~6小时，以《10(TC/小时的冷却速度进行冷却，在低于400。C的温度进行成品退火，制成成品。全文摘要本发明是一种无铅的易切削镁铋黄铜合金，其主要成分包含(重量％)，铜50～62％、镁0.5～3.0％、铋0.1～1.0％，其余为锌和不可避免的杂质。其制造方法是将上述的合金组成在580～700℃温度下进行挤压，在400～600℃温度下进行30分钟～6小时热处理，以≤100℃/小时的冷却速度进行冷却，在低于400℃的温度下进行成品退火。所述的无铅易切削的镁铋黄铜合金具有优良的切削性能及热加工性能。文档编号C22C1/02GK101289714SQ20071009848公开日2008年10月22日申请日期2007年4月18日优先权日2007年4月18日发明者勇李,磊程,米绪军,谢水生,黄国杰申请人:北京有色金属研究总院