专利名称：一种无镍无铅易切削白铜及其制备方法
技术领域：
本发明涉及一种白铜合金材料，具体涉及一种无污染、易切削、机械加工性能良好的无镍无铅白铜合金，本发明还涉及该合金的制备方法。
背景技术：
在铜合金中添加镍元素能提高合金的强度和抗蚀性，且大幅度提高铜合金的弹性，但是合金中镍含量较高，通常在16%以上。白铜是以镍为主要合金元素的铜合金，白铜特别是锌白铜(Cu-N1-Zn)合金，不仅具有银白色的外观，而且具有优良的耐腐蚀性能、较高的弹性和良好的工艺性能，因此锌白铜除作为结构材料使用外，还广泛用来制作与人体接触的金属制品。但是锌白铜切削性能较差，会严重影响合金的机械加工，为了改善锌白铜加工性能，人们在白铜合金中添加微量的铅(Pb ) I _3%，以改善其切削性能，如Cu43Ni12Zn38Mn5Pb2合金等，由于合金中含有铅，可大幅度的提高切削性能，而被广泛用于笔芯、眼镜框架、仪器仪表、电子电器、钟表等零配件制造行业，含铅白铜在国内外市场用量都比较大。近期研究发现，人体长时间与含镍的金属材料接触，会对人体产生致敏反应和致癌影响，已日益引起世界医学界和材料工程界的重视。世界各国对日用和医用金属材料中的镍含量限制越来越严格，欧盟从2000年起对所有与人体有接触的金属产品，实施含镍量及其释出量的条例管理，规定制造商和进口商不得在欧盟市场推出不符合规定的产品，不得向消费者出售或提供不符合规定的产品。而且镍资源有限、价格高，使得合金制造成本居闻不下。不仅如此，国际上还出现了禁止用含镍合金制造与人体接触产品的趋势。德国于2000年7月21日开始，禁止生产和进口与人体长时间接触的含镍元素的产品。此外，铜合金中的重金属一铅，对人体的健康和环境存在潜在的威胁。随着人类社会的发展和人们对改善生态环境、提高生活质量的日趋重视，对环境保护意识不断增强，含铅铜合金的应用受到国内外各国环保政策的限制，尤其``在发达国家受限制更为严格，如欧洲议会和欧盟委员会要求在新投放市场的电子、电器、仪器设备中，严格限制使用含铅的有害物质。国家发改委、信息产业部颁布的“废旧家电及电子产品回收处理管理条例”和“电子信息产品污染防治管理办法”，对铅等有害物质作了严格限制。上述法规对含铅铜合金系列品种在各行业中的应用受到极大的制约，产品包括:家用电器、通讯设备、照明设备、医用设备、检测和控制仪器、玩具、运动器材等。因此，我国相关生产企业必须调整相应的产品技术规范，以适应国内外对相关产品的环保要求。由于世界各国对铅、镍有害影响的普遍关注，锌白铜材料正面临严峻的挑战，开发新型无铅无镍白铜合金显得尤为重要。可以预计，由于镍和铅对人体及环境的危害，国内外对含铅和镍制品的使用将越来越严格的限制，开发新一代无镍无铅易切削铜合金材料势在必行。近年来国内外研究开发了一系列无镍白铜材料和无铅易切削白铜合金材料，如:Cu-Mn-Zn-Al-FeXuMn15Zn15Al1Xu-Mn-Zn等无镍铜合金，以及无铅易切削白铜合金“一种含秘无铅易切削锌白铜合金”(专利号200710118018.1)、“一种无铅易切削锌白铜合金”(专利号CN200510061720.X)等，但是，无铅无镍易切削白铜合金的专利尚未见报导。
发明内容
本发明的目的在于提供一种无镍无铅易切削白铜合金，本发明以铜为基，采用国内资源丰富价格低廉的锌、锰、铝为主要添加元素，以微量钙、镁、硅等元素代替镍和铅元素，研究开发具有良好的弹性、易切削等综合机械加工性能的无铅无镍易切削白铜合金，达到降低合金的生产成本、满足合金的机械切削性能和安全环保的要求。本发明的另一目的在于提供无镍无铅易切削白铜合金的制备方法。为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案实现:一种无镍无铅易切削白铜，所述白铜合金的重量百分比组成为:猛10 15%，锌8 13%,娃0.5 0.8%,铝0.5 L 5%,稀土元素铈0.03 0.08%，“钙+镁”1 1.5%,余量为铜和不可避免的杂质。进一步，所述“钙+镁”的组成为“30%Ca+Mg”。上述无镍无铅易切削白铜的制备方法，所述方法具体为:I)先将电解铜加入熔炼炉，烘料15 20min ；2)加硼砂作覆盖剂后，升温至1250 1350°C进行电解铜熔化；3)待电解铜完全熔化后，加入“铜-锰”中间合金、“铜-硅”中间合金，熔炼20 30min ；
4)降温至1250 1300°C，加“钙-镁”合金、“铜-铈”中间合金，搅拌后加纯铝，熔炼10 15min ；5)加入纯锌,搅拌均勻后保温5 IOmin ；6)降温至1100 1200°C进行浇铸，形成合金铸锭。进一步，所述步骤3)中锰的添加量为10 15%，硅的添加量为0.5 0.8%。此处锰和硅的添加量是按照在合金总量中所占比例计算的。进一步，所述步骤4)中“钙+镁”的添加量为I 1.5%，铈的添加量为0.03
0.08%，铝的添加量为0.5 1.5%。此处“钙+镁”、铈和铝的添加量是按照在合金总量中所占比例计算的。进一步，所述步骤5)中锌的添加量为8 13%。此处锌的添加量是按照在合金总量中所占比例计算的。进一步，对所述合金铸锭进行热轧、冷轧和退火，实施加工变形处理。进一步，所述热轧温度850°C，热轧加工率为75 78%。进一步，所述冷轧加工率为64 73%。进一步，所述退火温度与时间为:750°C X2h。本发明是通过在铜中添加适量的合金元素锰、锌、铝、硅、钙、镁和微量稀土元素铈，制备无镍无铅易切削白铜合金的。合金中锰、锌、铝添加在铜中具有与镍的相同作用，可以提高合金的强度和弹性，且保持合金的银白色色泽；硅、钙、镁和微量稀土铈的添加，可改善合金的机械加工性能和切削性能。
本发明无镍无铅易切削白铜合金具有以下优点:①切削加工性能良好。由于添加了硅、钙、镁和微量的稀土铈等合金元素，在合金基体中形成细小颗粒且均匀分布于合金基体内，可起到切削断屑作用，本发明的无镍无铅易白铜合金具有较好的切削加工性能，合金的切削率与铅黄铜(C36000)的切削率相近。②机械性能和加工成型性良好。由于合金中含有硅、稀土元素铈，可细化晶粒并改善合金相的分布，抑制合金的热裂性倾向，在制备过程中无开裂现象，冷热加工性能稳定，热加工率达75 78%，冷轧加工率达64 73%。③制备成本低。本发明合金中不含价格昂贵的合金元素镍，与锌白铜合金中镍含量17 19%相比，具有良好的制备成本优势。④无污染，安全环保。本发明的白铜合金中采用钙、镁等代替铅，彻底避免了铅造成的污染，本发明无镍无铅易切削白铜合金材料，可用于制备板、带、棒、线材，广泛用于精密零件、眼睛配件、拉链、钥匙以及仪器仪表与钟表工业等。
图1为本发明无镍无铅易切削白铜的合金铸锭照片；图2为本发明实施例1的合金铸锭的切屑照片；图3为本发明实施例2的合 金铸锭的切屑照片；图4为本发明实施例3的合金铸锭的切屑照片；图5为本发明实施例4的合金铸锭的切屑照片；图6为本发明实施例5的合金铸锭的切屑照片；
具体实施例方式为更进一步阐述本发明为达到预定发明目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图和较佳实施例，对本发明的结构、特征以及功效详细说明如后。本发明无镍无铅易切削白铜的制备方法中，配料计算需依据白铜合金性能要求和合金性质来选择合金元素及其用量，进行合金成分设计和配料计算，配制合金炉料。本发明无镍无铅易切削白铜熔炼后降温至1100 1200°C进行浇铸，合金铸锭如图1所示，具有银白色光泽。对合金铸锭进行切削性能测试分析，合金试样分析如图2-图6所示，结果表明本发明方法制备的合金具有良好的切削性能。实施例1按表I所述试验方案，在熔炼炉中先将加入的电解铜烘料15 20min ;加硼砂作覆盖剂后，升温至1250 1350°C ;待电解铜完全熔化后，加入10%的Μη、0.5%的Si，其中Mn、Si以中间合金形式加入；熔炼20 30分钟，降温至1250 1300°C，加入1%的“30%Ca+Mg”、
0.03%的Ce，其中Ce以Cu-Ce中间合金形式加入；搅拌后加0.5%的纯铝；熔炼10 15分钟，加入8%的纯锌，保温5 IOmin ;降温至1100 1200°C进行浇铸，铸锭；合金热轧温度为850°C，热轧加工率为75% ;冷轧加工率73% ;退火为750°C X2h。表I本发明试验方案实例(合金元素及含量％)
权利要求
1.一种无镍无铅易切削白铜，其特征在于，所述白铜合金的重量百分比组成为锰10 15%，锌 8 13%，硅 O. 5 O. 8%,铝 O. 5 I. 5%,稀土元素铈 O. 03 O. 08%，“钙 +镁” I I. 5%，余量为铜和不可避免的杂质。
2.如权利要求I所述的无镍无铅易切削白铜，其特征在于，所述“钙+镁”的组成为“30%Ca +Mg”。
3.如权利要求I所述的无镍无铅易切削白铜的制备方法，其特征在于，所述方法具体为 1)先将电解铜加入熔炼炉，烘料15 20min； 2)加硼砂作覆盖剂后，升温至1250 1350°C进行电解铜熔化； 3)待电解铜完全熔化后，加入“铜-锰”中间合金、“铜-硅”中间合金，熔炼20 30min ； 4)降温至1250 1300°C，加“钙-镁”合金、“铜-铈”中间合金，搅拌后加纯银，熔炼10 15 min ； 5)加入纯锌，搅拌均匀后保温5 IOmin； 6)降温至1100 1200°C进行浇铸，形成合金铸锭。
4.如权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述步骤3)中锰的添加量为10 15%，硅的添加量为O. 5 O. 8%。
5.如权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述步骤4)中“钙+镁”的添加量为I I. 5%，铈的添加量为O. 03 O. 08%，铝的添加量为O. 5 I. 5%。
6.如权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述步骤5)中锌的添加量为8 13%。
7.如权利要求3所述的制备方法，其特征在于，对所述合金铸锭进行热轧、冷轧和退火，实施加工变形处理。
8.如权利要求7所述的制备方法，其特征在于，所述热轧温度850°C，热轧加工率为75 78%ο
9.如权利要求7所述的制备方法，其特征在于，所述冷轧加工率为64 73%。
10.如权利要求7所述的制备方法，其特征在于，所述退火温度与时间为750°CX2h。
全文摘要
本发明公开了一种无镍无铅易切削白铜，所述白铜合金的重量百分比组成为锰10～15%，锌8～13%，硅0.5～0.8%，铝0.5～1.5%，稀土元素铈0.03～0.08%，“钙+镁”1～1.5%，余量为铜和不可避免的杂质。本发明的白铜合金中，锰、锌、铝添加在铜中具有与镍的相同作用，可以提高合金的强度和弹性，且保持合金的银白色色泽；硅、钙、镁和微量稀土铈的添加，可改善合金的机械加工性能和切削性能。
文档编号C22C9/05GK103255315SQ20131016130
公开日2013年8月21日 申请日期2013年5月3日 优先权日2013年5月3日
发明者柳瑞清, 蔡薇, 邱光斌, 王刚, 柳羏, 廖钰敏, 钟强强, 陆萌萌, 张英 申请人:江西理工大学