专利名称：一种无铅易切削变形锡铋锌铝合金的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种易切削变形锌铝合金，特别是涉及一种无铅易切削变形锡铋锌铝 合金，属于金属材料制造技术领域。
背景技术：
随着我国有色金属工业的快速发展，我国铜资源短缺与铜消费量增长的矛盾日益 加剧，加速开发铜及铜合金替代材料，以满足现代工业的需求，成为材料工作者的共识。我 国锌资源不但储量多，居世界前列，品味也高。以锌为基体加入其他元素生产的锌合金具有 熔点低，铸造性能好，机械性能优异，生产工艺流程短，能耗小等优点，是部分铜合金的理想 替代材料。经过几十年的发展，锌合金已形成铸造锌合金和变形锌合金两大系列。我国目前 锌合金生产技术主要以铸造和压铸为主，对于变形锌合金生产技术研究才刚起步，而国外 许多国家，如欧盟、美国、日本等国在变形锌合金技术方面研究已经有相当成熟的技术，其 变形锌合金材料已普遍在电子通讯、家电、建筑、文具、水暖、汽车等领域应用。变形锌合金的典型代表为Zn-Al和Zn-Cu-Ti合金。Zn-Cu-Ti合金是目前使用 较多的变形锌合金，可用来制作拉链、千层锁、日用五金等，但由于其综合性能较低，应用范 围有很大局限；而Zn-Al合金具有许多优异的性能，如熔点低、熔炼耗能少，生产效率高，力 学性能良好等，目前已相继发展了几个成分的Zn-Al合金(ZnA115、ZnAllO-U ZnAl 10-5, ZnAlO. 2-4、ZnAl 14-1)作为黄铜的代用品。但变形Zn-Al合金，由于导热性能较差，易粘结刀具，在切削加工时通常会遇到较 大困难，这成为限制变形Zn-Al合金应用的重要原因之一。因此，研究开发出一种既具有优 良切削性能，又具有良好力学性能的变形锌铝合金，实现对已有易切削铅黄铜的替换具有
重要意义。据资料报道(孙连超，田荣璋.锌及锌合金物理冶金学[M].长沙中南工业大学 出版社，1994)，德国在易切削变形锌合金的研究领域取得了一定成果，他们曾经研制出两 种合金 Giesche ZL3 (Zn-4A1_0. 5Cu_0. 03Mg)和 GieshZLlO (Zn-10Al-2Cu_0. 03Mg)，作为 切削加工黄铜的替代品。Giesh ZLlO合金容易挤压成形，且具有良好的热加工性能及适 当的强度，在国外被广泛采用。德国还开发了另一种锌基合金，其成分为Zn-(3. 7-4.0)% Cu-(0. 2-0. 3) % Mg-(0. 05-0. 2) % Α1-(0. 25-0. 4) % Bi，它应用于对高速切削质量要求极 为严格的加工过程，并且在该合金中加入Pb (0. 6-0. 8) %m Ti (0. 02-0. 5) %，同时将Bi含 量降低一半，可进一步改善它的高速切削性能，但该合金存在力学性能及尺寸稳定性差、不 易实现挤压成形等缺点，应用受到限制。而目前国内对于易切削锌合金的研究成果还很少， 除本发明人已有的一个授权专利(专利号ZL200710035063. 0)和一项申请专利(申请号 201010147727. 4)外，还未见到其他关于易切削锌合金研究成果的公开报道。
发明内容
本发明的目的是提供一种切削性能优异且具有良好的力学性能，易实现挤压成 形，绿色环保的可替代铅黄铜的无铅易切削变形锡铋锌铝合金。本发明的目的是通过以下方式实现的一种无铅易切削变形锡铋锌铝合金，由下述组分按质量百分比组成铝8 12%;铜0.8 1.5%;铋0.05 0.2%;锡0.05 0.15%;其余为锌和不可避免的杂质；杂质含量< 0. 05%。作为优选，各组分的质量百分数为铝8 12%;铜0.9 1.2%;铋0.08 0.15%;锡0.05 0.1%;其余为锌和不可避免的杂质；杂质含量< 0. 05%。作为进一步的优选，各组分的质量百分数为铝9 11%;铜0.9 1.2%;铋0. 08 0. 1 % ；锡0. 05 0. 1 % ；其余为锌和不可避免的杂质；杂质含量< 0. 05%。本发明一种无铅易切削变形锡铋锌铝合金是通过在Zn-Al合金中添加Bi和Sn，形 成弥散分布的低熔点Bi相和SnBi相，起到切削断屑作用，从而提高合金的切削性能。但过 量的Bi和Sn对合金的加工成形性能有不利影响，因此本发明合金中Bi的加入量以0. 05 0. 2%为宜，Sn的加入量以0. 05 0. 15%为宜。Al能较大程度地提高锌液的流动性，从而改善合金的铸造性能。适量的Al还能显 著提高Zn的强度以及塑性，对于加铝锌合金的切削性能，当铝含量提高时，切削形貌可获 得改善，粘着物也减少。Cu对Zn合金不但具有强化作用，而且还能大大提高合金的抗晶间腐蚀能力，改善 Zn合金的耐蚀性，效果显著。但是Cu对Zn合金的作用具有两面性，Cu的加入增加了合金 的尺寸不稳定性，因此Cu的加入必须适量，本发明合金中Cu的加入量以0. 8 1. 5%为宜。与现有技术相比，本发明合金材料的优点在于1、切削性能更优异。由于同时添加了 Bi和Sn，在合金基体中形成细小并以块状或 球状弥散分布的、可起到切削断屑作用的低熔点的Bi相和SnBi相，本发明合金比授权专利 (专利号:ZL200710035063. 0)和申请专利(申请号201010147727. 4)的锌基合金具有更 优异的切削性能，特别适用于对切削加工成型要求较高的加工和生产领域。2、力学性能和加工成形性能良好。本发明为锌铝基易切削合金材料，具有良好的 力学性能，尤其塑性指标比授权专利(专利号ZL200710035063.0)的锌铜基合金高1_2
4倍；易于实现挤压成形，热加工成形性能良好，可制成棒材、线材。3、原材料价廉易得，且不含铅，绿色环保，可作为铅黄铜的替代材料，具有良好的 应用前景。
图1为实施例2所制备的无铅易切削变形锡铋锌铝合金棒材的车屑形貌图，车削 加工背吃刀量为1mm，主轴转速为1120r/min，进给量为0. 08mm/r。
具体实施例方式以下通过实施例，对本发明的技术方案作进一步具体说明。实施例1以工业纯锌、工业纯铝、工业纯铜、工业纯铋、工业纯锡为原料，按Al 8% ；Cu 0.8%;Bi 0. 05%;Sn 0. 05%;其余为Zn和不可避免的杂质(杂质含量< 0. 05% )的配比在 工频感应炉中熔炼，熔炼温度720 800°C ；熔炼时先加入铝，熔化后加入铜，再加入锌，最 后加入铋和锡；静置、扒渣后在钢模中浇注为Φ 55mm的铸锭；将铸锭车皮定尺后在240 260°C进行挤压和小变形量冷拉拔加工，制成Φ 12mm的棒材。本实施例制成的无铅易切削 变形锡铋锌铝合金切削性能良好，抗拉强度为362MPa，伸长率为15%。实施例2以工业纯锌、工业纯铝、工业纯铜、工业纯铋、工业纯锡为原料，按Al 10% ；Cu 1.2%;Bi 0. l%;Sn 0. 1%;其余为Zn和不可避免的杂质(杂质含量彡0.05%)的配比在 工频感应炉中熔炼，熔炼温度720 800°C ；熔炼时先加入铝，熔化后加入铜，再加入锌，最 后加入铋和锡；静置、扒渣后在钢模中浇注为Φ 55mm的铸锭；将铸锭车皮定尺后在240 260°C进行挤压和小变形量冷拉拔加工，制成Φ 12mm的棒材。本实施例制成的无铅易切削 变形锡铋锌铝合金切削性能良好，抗拉强度为345MPa，伸长率为11%。实施例3以工业纯锌、工业纯铝、工业纯铜、工业纯铋、工业纯锡为原料，按Al 12% ；Cu 1.5%;Bi 0. 2%;Sn 0. 15%；其余为Zn和不可避免的杂质(杂质含量< 0. 05% )的配比在 工频感应炉中熔炼，熔炼温度720 800°C ；熔炼时先加入铝，熔化后加入铜，再加入锌，最 后加入铋和锡；静置、扒渣后在钢模中浇注为Φ 55mm的铸锭；将铸锭车皮定尺后在240 260°C进行挤压和小变形量冷拉拔加工，制成Φ 12mm的棒材。本实施例制成的无铅易切削 变形锡铋锌铝合金切削性能良好，抗拉强度为358MPa，伸长率为10%。上述实施例用来解释本发明，而不是对本发明进行限制，在本发明的精神和权利 要求保护范围内，对本发明作出的任何修改和改变，都落入本发明的保护范围。
权利要求
一种无铅易切削变形锡铋锌铝合金，由下述组分按重量百分比组成铝8～12％；铜0.8～1.5％；铋0.05～0.2％；锡0.05～0.15％；其余为锌和不可避免的杂质；杂质含量≤0.05％。
2.根据权利要求1所述的一种无铅易切削变形锡铋锌铝合金，其特征在于，该合金由 下述组分按重量百分数组成铝8 12% ； 铜 0. 9 1. 2% ； 铋 0. 08 0. 15% ；锡0. 05 0. ；其余为锌和不可避免的杂质；杂质含量< 0.05%。
3.根据权利要求1所述的一种无铅易切削变形锡铋锌铝合金，其特征在于，该合金由 下述组分按重量百分数组成铝9 11% ； 铜 0. 9 1. 2% ； 铋 0. 08 0. 1 % ；锡0. 05 0. ；其余为锌和不可避免的杂质；杂质含量< 0.05%。
全文摘要
本发明公开了一种无铅易切削变形锡铋锌铝合金，该合金由下述组分按重量百分比组成铝(Al)8～12％；铜(Cu)0.8～1.5％；铋(Bi)0.05～0.2％；锡(Sn)0.05～0.15％；其余为锌(Zn)和不可避免的杂质；杂质含量≤0.05％。本发明合金具有优异的切削性能，且具有良好的力学性能和加工成形性能，易实现挤压成形，可制成棒材、线材，特别适用于对切削加工成型要求较高的加工和生产领域；原材料价廉易得，且不含铅，绿色环保，是一种可替代铅黄铜的无铅易切削变形锡铋锌铝合金，具有良好的应用前景。
文档编号C22C18/04GK101906556SQ20101023276
公开日2010年12月8日 申请日期2010年7月22日 优先权日2010年7月22日
发明者周玉雄, 孙利平, 曾菊花, 林高用, 王莉, 邹艳明 申请人:中南大学