专利名称：一种易切削镁钙黄铜及其制备方法
技术领域：
本发明涉及一种黄铜及其制备方法，尤其涉及到一种具有 优异的切削性能、机械性能和耐腐蚀性能的绿色环保无铅易切 削镁钙黄铜合金及其制备方法。
背景技术：
铅黄铜具有优良的易切削、力学、物理等性能，是广泛应
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，然而铅是一种对环境和人体危害作用巨大的元素，在铅黄 铜中铅以游离态单质方式存在，并随着铅黄铜的腐蚀而进入水 中，因此在工业生产中必须严格控制各种产品的铅含量。目前 无铅黄铜的替代研究主要有铋黄铜和锑黄铜，但国内对铋、锑 黄铜的研究尚未形成自主知识产权。
发明内容
本发明所要解决的第一技术问题是提供一种具有优异的 切削性能、耐腐蚀性能、热加工性能和机械性能且对环境无污 染的易切削镁钙黄铜。
本发明所要解决的第二技术问题是提供该易切削镁钙黄 铜及的制备方法。
为了解决上述第 一 技术问题，本发明提供的易切削镁钙黄 铜，由铜、锌、镁、钙合金元素和不可避免的杂质成分组成， 所述合金的组成为铜58 62wt。/^、镁0.5 3.0wt%、钙 0.1 1.5wt%，其余为锌和不可避免的杂质，杂质成分总含量 小于0.lwt%。
妈含量为0. 2 1. 4wt%。
镁含量为0. 6 2. 8 wt%。
所述的易切削镁钙黄铜的相组成为a相、p相以及少 量细小均匀分布于晶界的金属间化合物Cu2Mg和Cu5Ca等硬脆 相。
为了解决上述第二技术问题，本发明提供的易切削镁钙黄铜的制备方法，采用覆盖保护法熔炼镁钙黄铜，钙以熔点低于
纯钙的钙基合金形式加入炼炉中，在995 1050°C下铸造成黄 铜铸锭，600 75(TC状态下均匀化处理2 3小时，在600 75(TC温度下进行挤压，在300 400'C下进行消除应力退火。
采用上述技术易切削镁钙黄铜及其制备方法，无铅易切削 镁钙黄铜合金是利用镁代替铅，镁在黄铜中有一定的固溶度， 同时也是强化和改善合金切削性能的主要元素，镁在黄铜中优 先与铜反应生成金属间化合物Cu2Mg，此金属间化合物易在合 金晶界和P相内聚集，形成易切削的短断屑点，从而提高合 金的切削性能。经过均匀化处理，使含镁与铜所形成的金属间 化合物在合金中弥散分布，进 一 步提高合金切削性能，从而使 无铅镁钙黄铜获得了像铅黄铜那样优异的切削性能和优良的 热加工性能。当镁含量较少时，固溶于合金中或与铜反应生成 的Cu2Mg金属间化合物较少，不能起到改善切削性能的作用， 而镁含量太多时会使合金塑性下降，因此，合金中镁的优选含 量为0.6wt% 2.8wt%。钙在黄铜中的固溶度很小，它是起补 充强化和改善合金切削性能的元素，钙在黄铜中优先与铜反应 生成金属间化合物CusCa，此金属间化合物在合金内也能够形 成易切削的短断屑点，从而使合金的切削性能提高。经过均匀 化处理，使含钙与铜所形成的金属间化合物在合金中弥散分 布，使合金切削性能得到进一步提高。当钙含量较少时，固溶 于合金中或与铜反应生成的CiuCa金属间化合物较少，不能起 到补充改善切削性能的作用，而钙含量太多时同样会使合金塑 性下降，因此，合金中钙的优选含量为0. 2wt% 1. 4wt%。
本发明在现有的普通铅黄铜合金的基础上，针对铅黄铜的 主要使用性能和要求，并结合环境保护的要求，本着降低成本 的原则，采用镁、钙元素代替环境污染和对人体危害较严重的 铅元素，从而达到无铅和价格低廉的目的。与铅黄铜和目前的
无铅黄铜相比，具有以下突出优点和积极效果
① 是一种无铅的黄铜材料，可以消除铅在生产和使用过程 中对环境和人体造成的危害。
② 具有优良的切削性能、冷热成型性、优良的机械性能， 同时又具有优异的耐腐蚀性能，可以代替现有的铅黄铜合金， 应用于水暖洁具和其他各种生产领域。
③ 我国镁和钙的资源丰富，价格低廉，可以很大程度的降
4低成本。
④生产工艺简单，可控。
本发明的合金特别适用于水暖洁具和其他各种生产领域。 它是有利于人体健康和环境保护的新型金属材料，也是目前广 泛应用的会引起对人体和环境有恶劣影响的铅黄铜的又一新 型理想替代品。
具体实施例方式
实施例对本发明绿色环保无铅易切削镁钙黄铜按下表1 中的合金成分铸成铸锭、挤压成圆棒。 其生产工艺流程方法如下
原材料准备及配料一熔炼一浇铸一铸锭均匀化处理一热 挤压一消除应力退火一成品。
具体可描述如下熔炼采用中频感应电炉，先加入铜锭和 覆盖剂，在铜熔体中，按成分配比配料，按照顺序加入锌、钙、 铜镁中间合金。使镁和钙在黄铜熔液中迅速固溶为金属间化合 物，并且均匀分布，并且在995 105(TC下在铁模中铸造成镁 黄铜锭，600 750。C状态下均匀化处理2 3小时，在600 75(TC挤压，并在300 40(TC下进行消除应力退火。
本发明的易切削镁钙黄铜的成分组成如表1所示
表1本发明绿色环保无铅易切削镁钙黄铜的成分组成实例(wt%)
实施例 Cu Mg Ca Zn
本发明所述的无铅易切削黄铜镁钙合金挤压退火后的力 学性能如下表2:
Cu-Zn-Mg-Ca58.940.620.93
Cu-Zn-Mg-Ca60.370.791.33
Cu-Zn-Mg-Ca58.461.520.73
Cu-Zn-Mg-Ca60.742.301.21
Cu-Zn-Mg-Ca61.132.190.39
:Cu-Zn-Mg-Ca61.612.860.58
'Cu-Zn-Mg-Ca60.142.491.45
:Cu-Zn-Mg-Ca61.441.500.62
'Cu-Zn-Mg-Ca59.831.260.42
):Cu-Zn-Mg-Ca61.852.780.88
L: Cu-Zn-Mg-Ca59.901.971.27
12345678911
例例例例例例例例例例例
錢錢錢实实实实实实自实
余余余余余余余余余余余
5表2本发明绿色环保无铅易切削镁钙黄铜的力学性能
实施例 抗拉强度 屈服强度 延伸率
MPaMPa%
1:Cu-Zn-Mg-Ca477. 3308. 111. 6
2:Cu-Zn-Mg-Ca509. 1333. 410. 7
3:Cu-Zn-Mg-Ca459， 6328. 812. 3
4:Cu-Zn-Mg-Ca468. 9337， 210. 9
5:Cu-Zn-Mg-Ca482. 4351.210. 0
6:Cu-Zn-Mg-Ca513. 7358. 911. 3
7:Cu-Zn-Mg-Ca522， 2365. 011. 1
8:Cu-Zn-Mg-Ca519. 9337， 712. 8
9:Cu-Zn-Mg-Ca481. 5304. 411. 9
10s Cu—Zn-Mg—Ca535， 3381.010. 5
11:Cu—Zn-Mg-Ca560， 0389， 39. 7
C3604470 550 350》7
其他性能指 热加工性會巨
切削性能
禾口 C3604相当
耐腐蚀 GB10119-88
度如下
实施例 实施例 实施例 实施例 实施例
性能 脱锌
切削指数大于77%;
切削指数大于76%; 切削指数大于80%; 切削指数大于81%; 切削指数大于84%; 切削指数大于88%; 切削指数大于80%; 切削指数大于85%;
切削指数大于83%。
切削指数大于78%;
切削指数大于77%。 :无铅镁黄铜合金实施例挤压退火后按照
实验方法进行脱锌实验，所测得的脱锌层厚
实施例 实施例 实施例 实施例 实施例
实施例6 实施例7 实施例8 实施例9 实施例10 实施例11
l测得的平均脱锌层厚度为416um; 2测得的平均脱锌层厚度为413 u m; 3测得的平均脱锌层厚度为391 u m; 4测得的平均脱锌层厚度为425 u m; 5测得的平均脱锌层厚度为397 ii m;
例伊例例例例例例例例例
实自自￡=2头，錢錢，S
6实施例6测得的平均脱锌层厚度为486 u m; 实施例7测得的平均脱锌层厚度为476 ix m; 实施例8测得的平均脱锌层厚度为409 u m; 实施例9测得的平均脱锌层厚度为436 " m。 实施例10测得的平均脱锌层厚度为404 u m; 实施例11测得的平均脱锌层厚度为417 u m。 应力实验 实施例1到实施例11退火后样品的应力实 验均达到国家标准。
权利要求
1.一种易切削镁钙黄铜，其特征在于由铜、锌、镁、钙合金元素和不可避免的杂质成分组成，所述合金的组成为铜58～62wt％、镁0.5～3.0wt％、钙0.1～1.5wt％，其余为锌和不可避免的杂质，杂质成分总含量小于0.1wt％。
2、 根据权利要求1所述的易切削镁钙黄铜，其特征在于 转含量为0. 2 1. 4wt%。
3、 根据权利要求1或2所述的易切削镁钙黄铜，其特征在于镁含量为0.6 2.8 wt%。
4、 根据权利要求1或2所述的易切削镁钙黄铜，其特征 在于其相组成为a相、e相以及少量细小均匀分布于晶界 的金属间化合物Cu2Mg和Cu5Ca等硬脆相。
5、 制备权利要求1所述的易切削镁钙黄铜的方法，其特 征在于采用覆盖保护法熔炼镁钙黄铜，钙以熔点低于纯钙的 钙基合金形式加入炼炉中，在995 1050°C下铸造成黄铜铸 锭，600 75(TC状态下均匀化处理2 3小时，在600 75(TC 温度下进行挤压，在300 400°C下进行消除应力退火。
全文摘要
本发明公开了一种易切削镁钙黄铜及其制备方法，它由铜、锌、镁、钙合金元素和不可避免的杂质成分组成。所述合金的组成为铜58～62wt％、镁0.5～3.0wt％、钙0.1～1.5wt％，其余为锌和不可避免的杂质，杂质成分总含量小于0.1wt％。本发明还公开了无铅镁钙黄铜的制备方法。本发明在现有的普通铅黄铜的基础上，针对该材料的主要使用性能和要求，同时根据世界各国尤其是发达国家的环境保护的要求，采用镁和钙元素代替对环境污染和人体危害较重的铅元素，从而达到环保的要求。该合金还具有优异的铸造性能、加工性能、力学性能、耐腐蚀性能和切削性能，可以代替现有的铅黄铜合金，并且制造成本低，可应用于水暖卫浴和其它各种生产领域。
文档编号C22C9/04GK101550503SQ20091004342
公开日2009年10月7日 申请日期2009年5月15日 优先权日2009年5月15日
发明者彦 刘, 周宏明, 张路怀, 易丹青, 柳公器, 肖来荣, 胡加瑞 申请人:中南大学