专利名称：环保易切削无铅铜合金材料及加工工艺的制作方法
技术领域：
本发明属于铜合金材料技术领域，尤其涉及到一种环保易切削铜合金材料及 加工工艺。
背景技术：
铅黄铜具有优良的易切削、力学、物理等性能，是广泛使用的一种铜合金，
发达国家仅黄铜水管的使用率就高达90%以上。
易切削铅黄铜为两相黄铜，铅以细小颗粒弥散分布于晶内和晶界，铅黄铜 废弃物中的铅极易进入土壤，如被焚烧还会进入大气，特别是当铅黄铜用作水 龙头、管接头等饮用水管道配件时，铅会在水中物质的作用下浸出而进入水中， 因为铅是一种有害元素，可对环境及人体造成严重危害，因而其应用日益受到 严格限制。
为了降低铅的有害作用，科研人员对黄铜的腐蚀性能进行了系统研究，并 采取了多种措施，如添加锡、镍等合金元素来提高铅黄铜的耐蚀性能，或将可 溶性的铅去除等，但这些方法无法从根本上消除铅的有害作用。
随着人们对环境保护的意识越来越高，对外环保材料需要越来越迫切。美 曰欧等已立法，将逐歩禁止在饮用水管道配件、玩具和家用电器等产品中使用 含铅铜合金。
铅黄铜被无铅黄铜取代是一个必然趋势，易切削无铅环保铜合金的需求市 场将非常大。近年来合金中采用加入铋、锑替代铅组成易切削铜合金来达到环 保无铅化目的，但铋资源有限且价格昂贵，美国NSF61对锑的控制也较为严格， 锑溶出值标准为0.6Pg/L，仅次于对镉的控制，同时锑对人体健康有不利影响，
可见锑的应用有局限性，所以开发替代的环保易切削无铅铜合金意义十分重大。
发明内容
为解决上述不足之处，本发明提供了一种环保易切削铜合金材料及加工工 艺，该铜合金材料的构成具备有铅黄铜的切削性能，其加工工艺简化，省去了 中间退火工序，降低了加工成本。
为了实现上述发明目的，本发明采用了如下技术方案
所述的环保易切削铜合金材料，其铜合金材料按重量百分比分两组分构成 如下
I 、定组分
Zn: 30 45; Al: 0.05 2.0; Fe《1.0; B《0.5; Ti《0. 5;稀土元素RE
系中的一种或种以上的元素《0.3; Pb《0.01; Sb《0. 1;不可避免的杂质《 0.3;余量为CU;
II 、不定替换组分
P: 0.05 1.6，或是Si: 0. 05 3.0，或是Mg: 0. 1 3. 0，或是Si+Sn: 0. 05 3. 0+0. 05 0. 5，或是Si+Sn+Mn: 0. 05 3. 0+0. 05 0. 5+0. 05 0. 5;
上述定组分和不定替换组分中各合金总和为百分之百。
所述的环保易切削铜合金加工工艺包含了配料、熔铸、加热、挤压、精整、 拉伸、切定尺、退火、检查、包装等常见工序，而其中的配料、拉伸、退火工 序中加工工艺分述如下
一、配料
按重量百分比分别加入Zn30 45、 A10. 05 2. 0、 Fe《1.0、 B《0. 5、 Ti《 0.5;稀土元素RE系中的一种或一种以上的元素《0.3、 Pb《0.01、 Sb《0. 1、 不可避免的杂质《0. 3、余量为Cu中再加入PO. 05 1.6，或加入SiO. 05 3.0， 或加入MgO. 1 3. 0，或加入Si+Sn: 0. 05 3. O十O. 05 0. 5 ，或加入 Si+Sn+Mn0. 05 3. 0+0. 05 0. 5+0. 05 0. 5进行配料，配料后熔铸成坯料；
二、拉伸
先对棒坯进行精整，再在拉伸机上进行拉伸，拉伸延伸系数控制在1.05
2.6;
二、退火
采用退火炉对切定尺后的棒材进行消除应力成品退火，退火温度控制在
300 400°C。
由于采用了如上所述技术方案，本发明具有如下优越性
1、 本发明的易切削无铅环保铜合金材料具备有铅黄铜的切削性能，实现了 无铅化环保目的。
2、 本发明与现有加工技术相比省去了中间退火工序，降低了加工成本。
具体实施方式
实施例l
采用拉伸工艺制作产品规格-10mm的一种环保易切削无铅铜合金棒，其中 配料按34。/。的Zn、 L6o/o的P、 0.8%的A1、 0.5%的Fe、 0. 5。/。的B、 0.3%的
Ti、 0. 3W的稀土元素RE系中的一种元素、0. 01%的Pb、 0. P/。的Sb、 0. 3%不可避
免的杂质、其余为Cu进行配料，配料后熔铸成坯料。
拉伸采用拉伸机对精整后的棒坯进行拉伸，其延伸系数为1.05。 退火采用退火炉对切定尺后的棒材进行消除应力成品退火，退火温度为
300 。C。
实施例2
采用拉伸工艺制作产品规格-10皿的一种环保易切削无铅铜合金棒，其中
配料按43W的Zn、 0. 6。/o的Si、 0. 1%的A1 、 0. 1%的Fe、 0. 3W的B、 0. 25%的 Ti、 0. 2。/。的稀土元素RE系中的二种元素、0.008%的Pb、 0. 08^的Sb、 0. 2%不可 避免的杂质、其余为Cu进行配料，配料后熔铸成坯料。
拉伸采用拉伸机对精整后的棒坯进行拉伸，延伸系数为1.83。
退火采用退火炉对切定尺后的棒材进行消除应力成品退火，退火温度为
350 °C。 实施例3
采用拉伸工艺制作产品规格(aOmm的一种环保易切削无铅铜合金棒，其中 配料按44》i的Zn、 2. (m的Mg、 0. 5%的A1 、 0. 2%的Fe、 0. 4。/。的B、 0. 2%的
Ti、 0. P/。的稀土元素RE系中的一种元素、0.01%的Pb、 0. P/。的Sb、 0. 1%不可避
免的杂质、其余为Cu进行配料，配料后熔铸成坯料。
拉伸釆用拉伸机对精整后的棒坯进行拉伸，延伸系数为2.6。 退火采用退火炉对切定尺后的棒材进行消除应力成品退火，退火温度为督C。
实施例4
采用拉伸工艺制作产品规格MOmm的一种环保易切削无铅铜合金棒，其中 配料按41。/。的Zn、 1.5。/o的Si、 0. 3Q/。的Sn、 0.7%的A1 、 0.2%的Fe、 0.5%
的B、 0. P/。的Ti、 0. 3。/。的稀土元素RE系中的三种元素、0. 01%的Pb、 0. P/。的Sb、
0.3%不可避免的杂质、其余为Cu进行配料，配料后熔铸成坯料。 拉伸采用拉伸机对精整后的棒坯进行拉伸，延伸系数为l.l。 退火采用退火炉对切定尺后的棒材进行消除应力成品退火，退火温度为
340 。C。
实施例5
采用拉伸工艺制作产品规格-lOnnn的一种环保易切削无铅铜合金棒，其中 配料按36。/。的Zn、 2.。0/o的Si、 0. 5。/。的Sn、 0. 2。/。的Mn、 1. 0%的A1 、 0. 5%的 Fe、 0. 5Q/o的B、 0.1%的Ti、 0. 3。/。的稀土元素RE系中的一种元素、0. 01%的Pb、 0. 1。/。的Sb、 0.3%不可避免的杂质、其余为Cu进行配料，配料后熔铸成坯料。 拉伸采用拉伸机对精整后的棒坯进行拉伸，延伸系数为2.4。 退火釆用退火炉对切定尺后的棒材进行消除应力成品退火，退火温度为 380 。C。 上述五个实施例中各合金元素的作用分述如下
1、 添加硅Si的作用是改善金属间化合物和Y相的分布状况，细化Y相， 改善合金的加工性能和切削性能，降低液相线温度，使铸件致密，改善抗腐蚀 性能，同时有一定的脱氧作用。硅的锌当量系数是IO，使Cu-Zn状态图的P相 区大大左移，因此加入少量的硅就能提高合金的强度和硬度，含量过低招致， 过高将会，故本发明中硅含量严格控制在0.05 3.0%之间，其中优选为0.8 2. 3%。
2、 添加磷P的作用是脱氧和增加金属流动性、阻止脱锌，同时有利于提高 合金的切削性能，故本发明中磷含量严格控制在0.05 1.6%之间，其中优选为 0. 2 1. 5%。
3、 添加镁Mg主要是脱氧、净化的作用，镁固溶于ct相及e相中，其溶解 度不髙，且镁的固溶强化作用不大，脆、不硬的含镁化合物在晶内和晶界均有 分布.可以有效地提高铜合金的切削性能。Mg含量严格控制在O. 1 3.0%之间， 其中优选为0. 5 3. 0%。
4、 合金中锡Sn的主要作用是提高铸件的耐蚀性能和表面光洁度，减少Zn 的蒸发，提高合金的流动性。本发明中Sn含量严格控制在0.05 0.5y。之间。
5、 合金中锰Mn主要是提高和经机械性能和抗腐蚀件能。Mn是重要的强化
元素，加入少量的Mn，便能显著提卨黄铜的机械性能和对海水氯化物及过热蒸 气的耐蚀性能，同时提高耐热性能，同时可以有效地改善黄铜的切削性能。本 发明中Mn含量严格控制在0. 05 0. 5%之间。
6、 铝Al的主要作用是改善合金的热锻性能，提高铸件的耐蚀性能和表面 光洁度，减少Zn的蒸发，提高合金的流动性。铝是黄铜的强化元素，如能适当 的选择铜与铝的配比，并控制合金的冷却速度，使之处于图中接近P' + Y区 边界的P，相区时，合金具有最大的强度；在熔炼过程中还可以减少Zn的蒸 发，并且A1还可以提高合金的流动性。故本发明中Al含量严格控制在0.05 2.0%之间。
7、 Fe与Zn生成化合物Fe粒，细化合金组织；推迟黄铜的再结晶过程， 阻碍晶粒长大，Fe和Si或Al同时加入效果更好。但含Fe量多时，富铁相过 多，降低耐蚀性能。Fe含量严格控制在《lX。
8、 添加稀土元素(RE) —方面可以细化晶粒，从而增大晶界面，为锌的扩 散增加阻力；另一方面由于稀土元素的净化变质作用，使铜合金中杂质、气孔、 疏松减少，从而提高合金的机械性能；同时还可以改善合金的高温塑性，减少 热加工开裂倾向。稀土元素(RE)含量严格控制在0.3%以下。
9、 少量的钛Ti可以起到除气和细化晶粒的作用。因为钛化合物具有面心 立方晶格结构，比较接近a相，因而可以作为(i相的结晶核心。Ti含量严格控 制在《0. 5%。
10、 少量的硼B可以可以细化合金组织，提高合金的力学性能，改善其耐 蚀、耐腐蚀磨损及耐冲蚀能力。B含量严格控制在《0.5L
11、 锑在铜合金中有一定的固溶度，在合金中形成金属间化合物，且可以 在晶界产生聚集，达到脆而不硬的特点，使合金具备有铅黄铜的切削性能，同 时锑可以抑制脱锌腐蚀，但锑含量高会引起NSF检测时Sb溶出量超标，所以本 发明锑含量尽可能低含量严格控制《0. 1%。
12、合金中要达到绝对无铅是不可能的，所以本合金不可避免的Pb含量尽 可能低含量严格控制《0. 01%。
权利要求
1、一种环保易切削铜合金材料，其特征在于该铜合金材料按重量百分比分两组分构成如下I、定组分Zn30～45；Al0.05～2.0；Fe≤1.0；B≤0.5；Ti≤0.5；稀土元素RE系中的一种或一种以上的元素≤0.3；Pb≤0.01；Sb≤0.1；不可避免的杂质≤0.3；余量为Cu；II、不定替换组分P0. 05～1.6，或是Si0.05～3.0，或是Mg0.1～3.0，或是Si+Sn0.05～3.0+0.05～0.5，或是Si+Sn+Mn0.05～3.0+0.05～0.5+0.05～0.5；上述定组分和不定替换组分中各合金总和为百分之百。
2、 一种环保易切削铜合金加工工艺包含了配料、熔铸、加热、挤压、精整、拉伸、切定尺、退火、检査、包装等常见工序，其特征在于其中的配料、拉 伸、退火工序中加工工艺分述如下 -、配料按重量百分比分别加入Zn30 45、 A10. 05 2. 0、 Fe《1.0、 B《0. 5、 Ti《 0.5;稀土元素RE系中的一种或一种以上的元素《0. 3、 Pb《0. 01、 Sb《0. 1、 不可避免的杂质《0. 3、余量为Cu中再加入P0.05 1.6，或加入SiO. 05 3. 0， 或加入MgO. 1 3. 0，或加入Si+Sn: 0. 05 3. 0+0. 05 0. 5 ，或加入 Si+Sn+Mn0. 05 3. 0+0. 05 0. 5+0. 05 0. 5进行配料，配料后熔铸成坯料；二、拉伸先对棒坯进行精整，再在拉伸机上进行拉伸，拉伸延伸系数控制在1.05 2.6;三、退火采用退火炉对切定尺后的棒材进行消除应力成品退火，退火温度控制在300 400°C。
全文摘要
一种环保易切削铜合金材料由Zn30～45、Al0.05～2.0、Fe≤1.0、B≤0.5、Ti≤0.5；稀土元素RE系中的一种或一种以上的元素≤0.3、Pb≤0.01、Sb≤0.1、不可避免的杂质≤0.3、余量为Cu中再加入P0.05～1.6，或加入Si 0.05～3.0，或加入Mg 0.1～3.0，或加入Si+Sn0.05～3.0+0.05～0.5，或加入Si+Sn+Mn0.05～3.0+0.05～0.5+0.05～0.5进行配料，配料后熔铸成坯料。拉伸延伸系数控制在1.05～2.6。退火温度控制在300～400℃。该铜合金具有铅黄铜切削性能，加工工艺简化，省去了中间退火，降低了加工成本。
文档编号C22F1/08GK101386931SQ200810230618
公开日2009年3月18日 申请日期2008年10月21日 优先权日2008年10月21日
发明者丁顺德, 任玉波, 冷建伟, 娄花芬, 孙飞涛, 秦书平, 符学智, 赵万花 申请人:中铝洛阳铜业有限公司