专利名称：黄铜的制作方法
技术领域：
本发明是关于挤压或拉丝的黄铜，特别是关于锻造性能和耐脱锌腐蚀性能优异、机械性能和易切削性能良好的锻造用的黄铜。
背景技术：
在黄铜中，如果不能确保含有一定比例或以上的热加工时延展性高的β相，热锻造性就会恶化。
另一方面，人们还知道，在锻造后的金相组织中如果除了α相外还出现了β相，就容易以β相为起点发生脱锌腐蚀。
在黄铜中，当Cu含量超过63％时，容易抑制α相的单相组织，但热加工阻力增大，不适合用于热锻造。
另外，其抗拉强度等机械性能也会降低。
因此，人们知道，将Cu含量降低至61％左右，锻造之后进行热处理可以使β相消失。
在特开2000-169919号公报中，作为无铅黄铜公开了将Cu含量控制在60.5～63.5重量％并且添加了Ni和Sn的黄铜，其目的是使之兼具耐脱锌腐蚀性能和强度等。
但是，该现有技术公开的黄铜，锻造性能不充分，为了确保耐腐蚀性，必须进行热处理或者退火。
在特开2003-247035号公报中公开了Cu-Zn-Sn-Si系的耐脱锌腐蚀性黄铜，但其热锻造性能不理想。
专利文献1特开2000-169919号公报专利文献2特开2003-247035号公报发明内容本发明是鉴于上述技术背景而完成的，本发明的目的是，提供锻造性能良好，即使锻造之后不进行热处理也具有良好的耐脱锌腐蚀性能的无铅黄铜。
为了实现上述目的，本发明的黄铜含有Cu61.0～63.0重量％、Bi0.5～2.5重量％、Sn1.5～3.0重量％、Sb0.02～0.10重量％、P0.04～0.15重量％，余量实质上是Zn。
另外，除了含有Cu61.0～63.0重量％、Bi0.5～2.5重量％、Sn1.5～3.0重量％、Sb0.02～0.10重量％、P0.04～0.15重量％之外，还可以添加Si0.05～0.30重量％，余量实质上是Zn。
如果Cu含量超过63.0重量％，热加工时的β相的比例就会减少，热加工阻力增大，不适合于热锻造用的黄铜，反之，其含量如果低于61.0重量％，则耐脱锌腐蚀性能恶化。
因此，Cu含量在61.0～63.0重量％的范围为宜。
添加Bi的主要目的是，确保无铅合金的易切削性能。
Bi几乎不会与Cu或Zn合金化，分散于金相组织内，提高易切削性能。
但是，Bi的熔点比Pb低，在黄铜的热加工过程中变成熔融状态，移动到晶界处，有产生热加工裂纹的危险。
作为Pb的替代元素，为了确保易切削性能，Bi成分的含量必须在0.5重量％或以上，优选的是1.0重量％或以上。
本发明的特征在于，对于以往的含Pb黄铜，以六四黄铜(Cu∶Zn＝60∶40)为基础，Pb的Zn等量大致换算为1，进行强度和耐脱锌腐蚀性能等合金设计，但Bi的Zn等量大致接近于0。
另外，在以往的含Pb黄铜中，Pb的添加量一般是1.0～2.0重量％，与此相对，在本发明中，Bi成分含量在0.5重量％或以上即可获得良好的易切削性能，而且，Bi含量在0.5～2.5重量％范围内时，同时具有良好的锻造性能、以及即使锻造后不进行实质的热处理也具有的耐脱锌性能(通过下述与Sn的配合)。
特别是，Bi含量在0.5～1.5重量％的范围时，不仅可以获得良好的锻造性能，还可以提高延伸率和抗拉强度等机械性能。
另一方面，如果Bi含量增多，虽然可以提高切削加工时的切屑断开性和刀具润滑性，但如前所述，移动到晶界处的数量也会增多，因此其含量在2.5重量％或以下为宜。
Sn的添加量在1.5～3.0重量％的范围时，热锻造性能得到改善，而且还提高了抗拉强度等机械性能。
特别是，Sn还具有在热锻造时抑制Bi向晶界移动的效果。
但是，Sn成分含量不足1.5重量％时，其添加的效果比较低，反之，超过3.0重量％时，合金变硬、变脆。
由于Sn的添加量过多时，材料有变脆的倾向，因而在Bi含量超过2.0重量％的场合，将Sn含量限制在2.0重量％或以下为宜，在Bi含量在2.0重量％或以下的场合，可以添加Sn最高达到3.0重量％，这样可以进一步提高耐脱锌腐蚀性能。
在本发明中，即使添加Si，锻造性能仍然可以提高。
以往，在Cu-Zn～Bi系黄铜中，Si被认为是引发脆化的原因，因而将其排除在合金成分之外。
但本发明人发现，将Si含量控制在0.05～0.30重量％的范围时，热锻造等热加工性能良好，特别是在低温下的热加工性能良好，而且还保持良好的耐脱锌腐蚀性能。
将其含量下限规定为0.05重量％是因为这一数值是观察到锻造性能改善的界限值，将其上限规定为0.30重量％是考虑到脆化。
Sb成分具有通过Sn和P累计作用抑制脱锌腐蚀的效果，其含量不足0.02重量％时，显现不出添加的效果，超过0.10重量％时，合金变脆，因此Sb成分的含量在0.02～0.10重量％的范围为宜。
P也能抑制脱锌腐蚀，其含量低于0.04重量％时，没有添加效果，超过0.15重量％时，将会在晶界处偏析，延展性降低，因此P含量在0.04～0.15重量％的范围为宜。
在本发明中，余量实质上是Zn，作为杂质可以在允许的范围内含有Fe成分和Pb成分等其它元素，另外，在可以获得本发明的宗旨和效果的范围内还可以含有其它的微量元素。
在本发明中，即使不含有Pb，易切削性能仍然很好。
因此，将Pb的含量限制在0.01重量％或以下，减少了环境负担。
具体地评价结果将在下文中阐述。在本发明中，通过添加0.5～2.5重量％的Bi，形成了无铅易切削合金，即使Cu含量为61.0～63.0重量％，因添加1.5～3.0重量％Sn，从而使该黄铜适合于锻造用，热加工阻力比较小。
特别是，在锻造之后实质上不进行热处理也能获得耐脱锌腐蚀性能。
图1表示本发明的黄铜及比较例黄铜的化学成分。
图2表示黄铜的品质评价结果。
图3表示锻造性能(镦锻)试验评价例。
图4表示脱锌腐蚀试验结果评价例。
具体实施例方式
浇铸各种合金成分的坯材，然后进行热挤压，得到直径约35mm的黄铜，其成分分析的结果示于图1的表中。
在图2的表中示出材料的评价结果。
<锻造性能>
从直径约35mm的圆棒上切取长度(高度)35mm的试片，在规定温度下热压加工变形，然后评价其热锻造性能。
作为热锻造性能的评价，改变下面所述的镦锻率，评价产生裂纹的情况。
镦锻率(％)＝[(35-h)/35]×100(h加压变形后的高度)图2的表中所示的结果，是在约750℃的锻造温度下改变镦锻率、根据外观评价锻造性能的结果。表中，○标记表示没有产生裂纹，△标记表示产生很少量的裂纹，×标记表示产生裂纹。
另外，图3中示出外观评价例，图中左侧表示镦锻率，右侧表示与该镦锻率相对应的外观评价例。
将材料NO.2、3和4进行比较可以明显看出，Bi成分含量在0.5～2.5重量％的范围内，含量较少者延伸率的值升高并且锻造性能良好。
将材料NO.3和5进行比较可以看出，通过添加Sn成分，在保持锻造性能的同时，可以进一步提高强度，如下文中所示，锻造后即使不进行热处理，耐脱锌腐蚀性能也很好。
如同材料NO.6-9所示，即使添加了Si，仍具有改善锻造性能的效果，其中省略了测定数据的表示，但在800℃的锻造温度下，有时产生针状组织而开裂，但在低于该温度的750℃的适当温度下，没有发生开裂。
<脱锌腐蚀试验>
脱锌腐蚀试验按照国际标准ISO6509-1981进行。
以60-90％的镦锻率进行锻造，不经过热处理从所得锻件上切取试片，将其嵌入酚醛树脂中，用湿法研磨试验表面。
另外，最终精加工表面用5000#的细砂纸打磨。
使用刚调整后的氯化铜(二价)1质量％水溶液，在75℃下处理24小时，露出试验表面。
然后水洗，用乙醇洗净干燥，沿着与试验面成直角方向切断，用光学显微镜测定脱锌深度。
又，作为测定方法，拍摄平均的腐蚀部分的照片，以1mm的间隔测定72个部位，求出最大脱锌深度和平均脱锌深度。
图4中示出该评价例，脱锌部分的深度是用显微镜测定的。
表1中所示的材料№1-9，虽然在锻造成形后都没有进行热处理，但耐脱锌腐蚀性能仍很好。
比较例1是Cu含量超过63重量％的含Pb黄铜的例子，如图2的表中所示的结果，其锻造性能很差。
比较例2是Cu含量在61～63重量％范围内的含Pb黄铜的例子，与分别具有相同的Cu、P、Sn、Sb含量范围的铋系合金相比，其耐脱锌腐蚀性能很差。
另外，Pb的含量与本发明中的Bi含量相同的情况下，由该结果可以看出所谓的以下不同，即，Bi成分的Zn等量接近于0，Pb接近于1。
比较例3是Cu含量不到61重量％的例子，其耐脱锌腐蚀性能恶化。
产业上的应用本发明通过添加Bi制成无铅易切削合金，适合于锻造用，其机械性能高，特别是锻造之后实质上不进行热处理也可以得到耐脱锌腐蚀性能，可以用于水暖管件等各种制品的材料，由于不含有铅，可以有于减轻环境负担。
权利要求
1.锻造性能和耐脱锌腐蚀性能良好的黄铜，其特征在于，含有Cu61.0～63.0重量％、Bi0.5～2.5重量％、Sn1.5～3.0重量％、Sb0.02～0.10重量％、P0.04～0.15重量％，余量实质上是Zn。
2.锻造性能和耐脱锌腐蚀性能良好的黄铜，其特征在于，除了Cu61.0～63.0重量％、Bi0.5～2.5重量％、Sn1.5～3.0重量％、Sb0.02～0.10重量％、P0.04～0.15重量％之外，还添加Si0.05～0.30重量％，余量实质上是Zn。
3.权利要求1或2所述的黄铜，其特征在于，将Pb含量抑制在0.01重量％或以下。
全文摘要
本发明的目的是提供锻造性能和耐脱锌腐蚀性能优异的无铅黄铜。该黄铜含有Cu61.0～63.0重量％、Bi0.5～2.5重量％、Sn1.5～3.0重量％、Sb0.02～0.10重量％、P0.04～0.15重量％，余量实质上是Zn。作为无铅易切削合金，本发明的黄铜适合用于锻造，其机械性能高，特别是，即使锻造后不进行实质的热处理也具有良好的耐脱锌腐蚀性能。
文档编号C22C9/04GK1906317SQ20058000149
公开日2007年1月31日 申请日期2005年3月22日 优先权日2004年3月29日
发明者上坂美治, 奥山正典 申请人:三越金属株式会社