专利名称：一种含铋无铅易切削锌白铜合金的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种含铋无铅易切削锌白铜合金，属于金属材料制造技术领域。
背景技术：
含铅(含Pb量1～2％)的锌白铜合金具有良好的切削性能、耐蚀性和冷热成型性能，广泛用于精密零件、眼镜配件、拉链、钥匙以及光学与钟表工业等。由于铅在锌白铜中的固溶度小，大都以游离态形式分布，从而导致含铅的锌白铜在使用过程中、或者在含铅的锌白铜器件废弃之后，发生因铅的溶出而污染水源、土壤，或者在垃圾被焚烧、废料重熔时污染大气。铅是对人体危害极大的重金属之一，而且铅排入环境以后不易去除，并在环境中积累起来，极易对生物和人体产生毒性作用。因此，世界各国均很重视铅造成的污染和引起的危害，推广无铅应用已成为必然趋势。
发明内容
本发明的目的是提供一种具有良好的切削性能、耐蚀性能、力学性能和冷热成型性能的含铋无铅易切削锌白铜合金。
本发明提出的一种含铋无铅易切削锌白铜合金，是在锌白铜合金内添加合金元素铋和铈，从而改善锌白铜的切削性能，并保证材料的热加工性能。
所述添加合金元素铋和铈的锌白铜合金组成为60.0～63.0wt％Cu，17.0～19.0wt％Ni+Co，0.6～1.0wt％Bi，≤0.5wt％Mn，≤0.3wt％Fe，0.03～0.1％wtCe，余量为Zn和不可避免的杂质，杂质中铅的含量小于0.03wt％。
所述的含铋无铅易切削锌白铜合金，各组份的组成按重量百分比计分另别为62.0％Cu，18.0％Ni+Co，0.8％Bi，0.4％Mn，0.2％Fe，0.07％Ce，余量为Zn和不可避免的杂质，杂质中铅的含量小于0.03％。
所述的含铋无铅易切削锌白铜合金，各组份的组成按重量百分比计分别为60.0％Cu，19.0％Ni+Co，1.0％Bi，0.5％Mn，0.3％Fe，0.1％Ce，余量为Zn和不可避免的杂质，杂质中铅的含量小于0.03％。
所述的含铋无铅易切削锌白铜合金，所述各组份的组成按重量百分比计分别为63.0％Cu，17.0％Ni+Co，0.6％Bi，0.2％Mn，0.1％Fe，0.03％Ce，余量为Zn和不可避免的杂质，杂质中铅的含量小于0.03％。
含铋无铅易切削锌白铜合金的制备方法本发明以工业纯铜、工业纯镍、工业纯锌、工业纯铋、工业纯铁、铜锰中间合金和稀土铈为基本原料。按60.0～63.0wt％Cu，17.0～19.0wt％Ni+Co，0.6～1.0wt％Bi，≤0.5wt％Mn，≤0.3wt％Fe，0.03～0.1wt％Ce，余量为Zn和不可避免的杂质(杂质中铅的含量小于0.03wt％)的配比在中频炉中熔化，浇入工频炉中保温，以半连续水平铸造方法制成棒坯，棒坯切定尺后经870-900℃挤压和冷拉拔加工，制成棒(线)材。
本发明含铋无铅易切削锌白铜合金是在普通锌白铜BZn18-20(60.0～63.0wt％Cu、17.0～19.0wt％Ni+Co、≤0.03％Pb、≤0.5wt％Mn、≤0.3wt％Fe，余量锌)的基础上添加适量的合金元素铋和微量稀土铈。铋与铅在元素周期表上相邻，具有相似的特点即熔点低、质地软，几乎不固溶于铜，当其弥散分布于铜基体时，可起到切削断屑和刀具润滑的作用，改善锌白铜的切削性能。铋是一种对环境友好的材料，不会和铅一样对环境造成的污染。但由于铋的熔点比铅更低，一般以网状或膜状分布于晶界，加入铋将增加材料脆性，降低材料的热加工性能，在本发明合金中铋含量小于0.6wt％时，不能显著改善锌白铜的切削性能；铋含量大于1.0wt％时，将降低合金的冷、热成型性能，并使合金的力学性能急剧下降。为充分利用铋改善锌白铜的切削性能，并保证材料的热加工性能，向合金中添加微量稀土铈，稀土铈可以与铋形成高熔点化合物BiCe，其熔点为1525℃，该化合物多以块状分布于晶界和晶粒内，并使晶粒细化，这可改善铋的分布，使其以块状或球状而不是以薄膜状存在于晶界，从而减少铋的有害影响，而且这不会减少铋对铜合金切削性能的贡献。
本发明合金材料具有以下优点1、切削加工性能优良。由于添加了Bi和稀土铈等合金元素，在合金基体中形成细小并以块状或球状均匀分布的、可起到切削断屑和刀具润滑作用的铋相，本发明合金具有较好的切削加工性能。与切削加工性能最佳的铅黄铜C36000的相对可切削率(作为100％)相比，本发明无铅易切削锌白铜合金的可切削率约为72％，明显高于普通锌白铜合金的可切削率20％，与含铅的锌白铜合金的可切削率(75％)基本相当。
2、综合机械性能和加工成型性良好。由于发明合金材料中稀土元素铈可细化晶粒并改善铋相的分布，抑制了合金的热脆倾向，在生产过程中无热裂现象，易冷热加工成型，产品性能稳定，成品率高；合金材料具有较好的综合机械性能，抗拉强度和硬度与含铅锌白铜基本相同，3、耐蚀性能优异。本发明合金中铋相以块状或球状均匀分布在基体金属中，耐蚀性和普通锌白铜相当，其在大气中具有优异的耐蚀性能。
本发明含铋无铅易切削锌白铜合金可制成棒材、线材，可广泛用于精密零件、眼镜配件、拉链、钥匙以及光学与钟表工业等。
具体实施例方式
实施例1
材料组成为62.0wt％Cu，18.0wt％Ni+Co，0.8wt％Bi，0.4％wtMn，0.2％wtFe，0.07wt％Ce，余量为Zn。按材料成分配料将工业纯铜、工业纯镍、工业纯锌、工业纯铋、工业纯铁、铜锰中间合金和稀土铈在中频炉中熔化，浇入工频炉中保温，以半连续水平铸造方法制成φ55mm棒坯，棒坯切定尺后经870℃挤压和小变形量冷拉拔加工，制成φ15mm棒材。本实施例制成的无铅易切削锌白铜合金的抗拉强度为495MPa，硬度为HB159。
实施例2材料组成为60.0wt％Cu，19.0wt％Ni+Co，1.0wt％Bi，0.5wt％Mn，0.3wt％Fe，0.1wt％Ce，余量为Zn。按材料成分配料将工业纯铜、工业纯镍、工业纯锌、工业纯铋、工业纯铁、铜锰中间合金和稀土铈在中频炉中熔化，浇入工频炉中保温，以半连续水平铸造方法制成φ55mm棒坯，棒坯切定尺后经870℃挤压和小变形量冷拉拔加工，制成φ15mm棒材。本实施例制成的无铅易切削锌白铜合金的抗拉强度为490MPa，硬度为HB158。
实施例3材料组成为63.0wt％Cu，17.0wt％Ni+Co，0.6wt％Bi，0.2wt％Mn，0.1wt％Fe，0.03wt％Ce，余量为Zn。按材料成分配料将工业纯铜、工业纯镍、工业纯锌、工业纯铋、工业纯铁、铜锰中间合金和稀土铈在中频炉中熔化，浇入工频炉中保温，以半连续水平铸造方法制成φ55mm棒坯，棒坯切定尺后经900℃挤压和小变形量冷拉拔加工，制成棒φ15mm棒材。本实施例制成的无铅易切削锌白铜合金的抗拉强度为520MPa，硬度为HB162。
以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式
及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。
权利要求
1.一种含铋无铅易切削锌白铜合金，其特征在于，在锌白铜合金内添加合金元素铋和铈，从而改善锌白铜的切削性能，并保证材料的热加工性能。
2.根据权利要求1所述的含铋无铅易切削锌白铜合金，其特征在于，所述添加合金元素铋和铈的锌白铜合金组成为60.0～63.0wt％Cu，17.0～19.0wt％Ni+Co，0.6～1.0wt％Bi，≤0.5wt％Mn，≤0.3wt％Fe，0.03～0.1wt％Ce，余量为Zn和不可避免的杂质，杂质中铅的含量小于0.03wt％。
3.根据权利要求2所述的含铋无铅易切削锌白铜合金，其特征在于所述各组份的组成按重量百分比计分别为62.0％Cu，18.0％Ni+Co，0.8％Bi，0.4％Mn，0.2％Fe，0.07％Ce，余量为Zn和不可避免的杂质，杂质中铅的含量小于0.03％。
4.根据权利要求2所述的含铋无铅易切削锌白铜合金，其特征在于，所述各组份的组成按重量百分比计分别为60.0％Cu，19.0％Ni+Co，1.0％Bi，0.5％Mn，0.3％Fe，0.1％Ce，余量为Zn和不可避免的杂质，杂质中铅的含量小于0.03％。
5.根据权利要求2所述的含铋无铅易切削锌白铜合金，其特征在于所述各组份的组成按重量百分比计分别为63.0％Cu，17.0％Ni+Co，0.6％Bi，0.2％Mn，0.1％Fe，0.03％Ce，余量为Zn和不可避免的杂质，杂质中铅的含量小于0.03％。
6.根据权利要求1所述的含铋无铅易切削锌白铜合金，其特征在于所述稀土铈与铋形成高熔点化合物BiCe，该化合物多以块状分布于晶界和晶粒内，可使晶粒细化，并改善铋的分布。
全文摘要
本发明公开了一种含铋无铅易切削锌白铜合金，属于金属材料制造技术领域。该合金其组成为60.0～63.0wt％Cu，17.0～19.0wt％Ni+Co，0.6～1.0wt％Bi，≤0.5wt％Mn，≤0.3wt％Fe，0.03～0.1wt％Ce，余量为Zn和不可避免的杂质，杂质中铅的含量小于0.03wt％。该合金具有优良的综合机械性能、耐蚀性能，易切削，可制成棒材、线材，广泛用于精密零件、眼镜配件、拉链、钥匙以及光学与钟表工业等。
文档编号C22C9/04GK101070573SQ200710118018
公开日2007年11月14日 申请日期2007年6月27日 优先权日2007年6月27日
发明者彭海健, 闫晓东, 卢小军, 李德富 申请人:北京有色金属研究总院