专利名称：一种低成本弹性黄铜合金的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种代替锡磷青铜材料的低成本弹性黄铜合金。
背景技术：
高弹性铜基材料广泛应用于电器接插件、弹簧、开关、触头等各种弹性元件领域及电子、通讯、仪表等工业领域。目前，高弹性铜基材料以铍青铜、锡磷青铜等材料为主。但是，铍青铜存在工作温度低，生产工艺复杂，铍氧化物有毒，危害人体，价格昂贵等缺点，而锡磷青铜中的合金元素锡价格昂贵、制造能耗高、成本高。同时，我国正处在经济高速增长时期，电子、电气等行业发展迅速，对锡磷青铜带材的需求增长很快，以年均12%以上的速度增长。据预测，2011年国内锡磷青铜带的需求量将在20万吨以上。因此，国内外致力于研究锡磷青铜的替代品-低成本高弹性铜基材料。但迄今为止，还没有开发出一种成本低弹性好、能够替代锡磷青铜作接插件应用的新型弹性合金材料。CN101050494B公告了一种弹性黄铜合金材料及其生产方法，但其含Ni量达到 4-5%，因镍的价格比锡高，因此，该发明的弹性黄铜合金成本很高。
发明内容
本发明的目的是开发出一种低成本弹性黄铜合金材料，以替代锡磷青铜在接插件等领域的应用。一种低成本弹性黄铜合金，其特征是铜为69 7 重量，锌为23 26%重量，铝为3. 3 3. 6%重量，镍为0. 1 1. 0%重量，锰为0. 12 0. 53%重量，余量为不可避免的杂质。本发明的弹性黄铜制备工艺采用铁模铸造，热轧开坯，冷轧，退火，酸洗等工艺流程。铝元素加入后缩小α相区，形成β相的趋势大，强化效果好。在熔炼中能形成氧化铝保护膜，阻止锌蒸发，从而减少锌烧损。同时，铝能提高耐磨性、耐蚀性、弹性等。在成品中，Al的表面离子化倾向比锌的大，优先形成致密而坚固的氧化铝膜，可防止合金的进一步氧化。但Al含量高时，会出现Y相，提高合金的强度和硬度，大幅度降低塑性，不利于后道加工。因此，Al加入量一般控制在1-4%左右。如ΗΑ177-2、ΗΑ160-1-1、ΗΑ159-3-2经过加工后弹性模量分别可以达到102、105、lOOGpa。镍在黄铜中使α相区扩大，向高锌黄铜中添加镍，可获得含有少量β相的高强度合金。同时具有提高强度、韧性、抗脱锌及抗应力腐蚀开裂作用，且压力加工性能较好。例如HNi65-5弹性模量可以达到112Gpa。有研究表明加入Ni可以达到显著细化晶粒的效果。值得注意的是，在黄铜中加入一定量的镍和铝，具有显著的回火硬化效应。Mn使得α相区缩小，但作用不大，因此对黄铜显微组织的影响较小。同时，Mn对黄铜具有显著的固溶强化、抗腐蚀、提高加工性能的作用。例如ΗΜη58-2的弹性模量可以达到lOOGpa。值得注意的是，由于合金在低于375°C的温度下，Mn在Cu中的固溶度下降，当Mn含量超过4%时，会析出部分富Mn的ξ相，ξ相为硬脆相，使合金性能降低。同时，Mn 的加入严重降低材料的电导率，在对具有一定电导率的合金设计时，控制Mn含量就显得尤为重要。Al与Ni具有形成Al3Ni化合物的趋势，通过弥散强化、条幅分解、固溶强化等机理显著提高材料的性能，而Mn固溶于Cu-Si基体中，显著提高基体的性能，并促进Al与Ni形成Al3M化合物。三种元素的综合作用将大大地提高材料的性能，尤其是弹性性能。本发明的低成本弹性黄铜的硬度、弹性模量、延伸率与锡磷青铜相当，而强度高于锡磷青铜Y2状态的强度。将本发明产品制成接插件后进行插拔、单极吊重等试验，所获得的参数均符合国家标准。同时，本发明合金制备流程简单、易加工，适合产业化生产。该弹性黄铜性能与锡磷青铜性能相当，而原料成本仅为锡磷青铜原料成本的75%_80%。
具体实施例方式以下结合附表实施例对本发明作进一步描述。实施例1
原材料按69. 58%重量的Cu，25. 75%重量的Si，3. 56%重量的Al，0. 59%重量的Ni， 0.41%重量的Mn，余量为不可避免杂质的配比。采用50Kg中频感应炉熔炼，熔炼温度 1100-1250°C，浇注温度1080-1150°C。铁模浇注，铸锭尺寸为60mm(厚)X 120mm(宽)X 450mm (长)。铸锭经铣面后的尺寸为48mm (厚)X 120mm (宽)X450mm (长)。然后按照热轧-粗轧-退火-中轧-退火-预精轧-退火-酸洗-精轧工艺制备。经铣面后的铸锭首先在步进炉中加热60-120分钟，温度为750-850°C，然后采用Φ 305 二辊热轧机轧制成3. 5mm 厚的板坯。粗轧和中轧均采用Φ250Χ350四辊轧机轧制，粗轧、中轧后板坯的厚度分别为 2. OmmU. Imm0应用Φ 80-Φ 180四辊冷轧机进行板带的预精轧和精轧，预精轧及精轧后板坯的厚度分别为0. 6mm、0. 5mm。制备过程中退火的工艺参数为温度600-750°C，保温时间 0. 5-2小时。由上述方法加工得到的厚度为0. 5mm弹性黄铜成品经检测，其弹性模量、延伸率与锡磷青铜相当，而抗拉强度、电导率则高于锡磷青铜的相应性能。其性能对比如下表所
弹性黄铜及锡磷青铜的性能对比表
权利要求
1.一种低成本弹性黄铜合金，其特征是铜为69 7 重量，锌为23 26%重量，铝为 3. 3 3. 6%重量，镍为0. 1 1. 0%重量，锰为0. 12 0. 53%重量，余量为不可避免的杂质。
2.根据权利要求1所述的一种低成本弹性黄铜合金，其特征是铜为69.58%重量，锌为 25. 75%重量，铝为3. 56%重量，镍为0. 59%重量，锰为0. 41%重量，余量为不可避免的杂质。
3.根据权利要求1所述一种低成本弹性黄铜合金，其特征是铜为71.52%重量，锌为 23. 89%重量，铝为3. 37%重量，镍为0. 57%重量，锰为0. 53%重量，余量为不可避免的杂质。
4.根据权利要求1所述一种低成本弹性黄铜合金，其特征是铜为71.61%重量，锌为 23. 7%重量，铝为3. 37%重量，镍为0. 53%重量，锰为0. 28%重量，余量为不可避免的杂质。
5.根据权利要求1所述一种低成本弹性黄铜合金，其特征是铜为71.82%重量，锌为 23. 93%重量，铝为3. 49%重量，镍为0. 54%重量，锰为0. 1 重量，余量为不可避免的杂质。
全文摘要
一种低成本弹性黄铜合金，其特征是铜为69～72%重量，锌为23～26%重量，铝为3.3～3.6%重量，镍为0.1～1.0%重量，锰为0.12～0.53%重量，余量为不可避免的杂质。本发明的低成本弹性黄铜的硬度、弹性模量、延伸率与锡磷青铜相当，而强度高于锡磷青铜Y2状态的强度。将本发明产品制成接插件后进行插拔、单极吊重等试验，所获得的参数均符合国家标准。同时，本发明合金制备流程简单、易加工，适合产业化生产。该弹性黄铜性能与锡磷青铜性能相当，而原料成本仅为锡磷青铜原料成本的75%-80%，本发明的弹性黄铜合金可以代替锡磷青铜合金在接插件领域中应用。
文档编号C22C9/04GK102443717SQ20121000531
公开日2012年5月9日 申请日期2012年1月10日 优先权日2012年1月10日
发明者刘鑫霞, 戴姣燕, 李 杰, 武跃维, 洪燮平, 王永如 申请人:宁波金田铜业(集团)股份有限公司