专利名称：一种无铅易切削铋黄铜合金的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种无铅易切削铋黄铜合金，属于金属材料制造技术领域。
背景技术：
铅黄铜(含Pb量1 3.7°/。)具有良好的切削性能、耐蚀性和冷热成 型性能，广泛用于汽车、钟表、电器、制锁、玩具、卫浴等行业。但由于 铅在黄铜中的固溶度小，大都以游离态形式分布，从而导致铅黄铜在使用 过程中、或者在铅黄铜器件废弃之后，发生因铅的溶出而污染水源、土壤， 或者在垃圾被焚烧、废料重熔时污染大气。铅是对人体危害极大的重金属 之一，而且铅排入环境以后不易去除，并在环境中积累起来，极易对生物 和人体产生毒性作用。因此，世界各国均很重视铅造成的污染和引起的危 害，推广无铅应用已成为必然趋势。
发明内容
本发明的目的是提供一种具有良好的切削性能、耐蚀性能、力学性能 和冷热成型性能的无铅易切削铋黄铜合金。
本发明提出的一种无铅易切削铋黄铜合金，合金组成(重量百分 比)为58.0 62.0%Cu、 0.6 2.0%Bi、 0.01 1.7%的Sn和/或Se、 0.05 0.6%A1、 0.01 0.1%P， 0.03 0.08%RE，余量为Zn和不可避免的杂质， 杂质中铅的含量小于0.1%。
所述Sn的重量百分比为0.15 1.5X。
所述Se的重量百分比为0.01 0.2X
所述合金中同时加入Sn和Se，其Sn的重量百分比为0.15 1.5X， Se的 重量百分比为0.01 0.2%。所述黄铜合金重量百分比组成分别为60.0%Cu、 1.0%Bi、 0.8%Sn、 0,3%A1、 0.05%P， 0.05%RE，余量为Zn和不可避免的杂质，杂质中铅 的含量小于0.1%。
所述黄铜合金重量百分比组成分别为58.0%Cu、 2.0%Bi、 0.2%Se、 0.6%A1、 0.1%P， 0.08%RE，余量为Zn和不可避免的杂质，杂质中铅 的含量小于0.1%。
所述黄铜合金重量百分比组成分别为62.0%Cu、 0.6%Bi、 0.15%Sn、 0.01%Se、 0.05%A1、 0.01%P， 0.03%RE，余量为Zn和不可避免的杂质， 杂质中铅的含量小于0.1%。
对于上述的无铅易切削铋黄铜合金，铋、硒、混合稀土、磷分别以铜 -铋、铜-硒、铜-混合稀土、磷-铜中间合金加入，采用铸造(铁模铸造、 半连续水平铸造、水平连铸等)、挤压、拉拔等塑性加工方法及机械加工 制备各种产品。
在本发明的无铅易切削铋黄铜中，除了组成金属基体的铜和锌，还添 加了铋、锡、硒、铝、磷、混合稀土等合金元素。铋与铅在元素周期表上 相邻，具有相似的特点即熔点低、质地软，几乎不固溶于铜，当其弥散 分布于黄铜基体时，可起到切削断屑和刀具润滑的作用，改善黄铜的切削 性能。铋是一种对环境友好的材料，不会和铅一样对环境造成的污染。但 由于铋的熔点比铅更低， 一般容易以网状或膜状分布于晶界，加入铋将增 加材料脆性，降低材料的热加工性能，在本发明合金中铋含量小于0.6。% (重量百分比)时，不能显著改善黄铜的切削性能；铋含量大于2.0%(重量 百分比)时，将降低合金的冷、热成型性能，并使合金的力学性能急剧下 降。为充分利用铋改善黄铜的切削性能，并保证材料的热加工性能，向合 金中添加少量的锡、硒和微量的混合稀土。添加少量的锡、硒可以改善铋 的析出形态，使其大部分以块状或球状而不是以薄膜状存在于晶界，添加 微量的混合稀土可使基体的晶粒细化，从而进一步改善铋的分布。添加少量锡还可以提高黄铜的强度和硬度，特别是还有利于抑制脱锌 腐蚀，锡的加入量小于0.15%(重量百分比)时，效果不明显，但加入量超 过1.5%(重量百分比)后会使合金的加工性能下降。
添加铝可以强化基体并提高合金的热加工性能，改善力学性能及热锻
性能。铝的加入量小于0.05%(重量百分比)，效果不明显，但铝添加量多 的情况下使合金的切削性能降低，所以选择其上限为0.6%(重量百分比)。 添加的磷主要作为脱氧剂，并增加合金熔体的流动性，提高铸造性能， 此外磷对铜合金的力学性能和焊接性能有良好影响。但磷加入量多的情况 下在晶界产生偏析，降低延展性，考虑到这一点，选择磷的加入量为0.01 0.1%(重量百分比)。
本发明合金材料具有以下优点
1、 切削加工性能优良。由于添加了Bi、和Sn、 Se、 RE等合金元素， 在合金基体中形成细小并以块状或球状均匀分布的、可起到切削断屑和刀 具润滑作用的铋相，本发明合金具有较好的切削加工性能。与切削加工性 能最佳的铅黄铜C36000的相对可切削率(作为100%)相比，本发明无 铅易切削黄铜合金的相对可切削率为70%以上，与铅黄铜HPb59-l合金 的可切削率相当。
2、 力学性能和加工成型性良好。由于发明合金材料中通过添加适当 的RE、 Sn、 Se等元素使晶粒细化并改善铋相的分布，抑制了合金的热脆 倾向、，添加适量的铝可强化基体并提高合金的热加工性能，合金易冷热加 工成型，产品性能稳定，成品率高；合金材料具有较好的力学性能，抗拉 强度和硬度与铅黄铜HPb59-l基本相同。
3、 耐蚀性能优异。合金中铋相在基体金属中分布均匀，并且合金中 添加适量的锡，改善了耐脱锌腐蚀性能，其耐蚀性优于铅黄铜HPb59-l。
本发明无铅易切削铋黄铜合金可制成棒材、线材等，可广泛用于汽车、 钟表、电器、制锁、玩具、卫浴等行业。
具体实施方式
实施例1
材料组成(重量百分比)为60.0%Cu、 1.0%Bi、 0.8%Sn、 0.3%A1、 0.05%P， 0.05%RE，余量为Zn和不可避免的杂质，杂质中铅的含量小于 0.1%。
按材料成分配比和加料顺序将工业纯铜、工业纯锡、工业纯铝、工业 纯锌和铜-铋、铜-混合稀土、磷-铜中间合金在中频炉中熔化，搅拌均匀后， 浇铸成4>55 X 180mm棒坯，棒坯gj定尺后经67(TC挤压和小变形量冷拉拔 加工，制成(J)15mm棒材。本实施例制成的无铅易切削铋黄铜合金的抗拉 强度为460MPa，硬度为HB126，相对可切削率约为80%。 实施例2
材料组成(重量百分比)为58.0%Cu、 2.0%Bi、 0.2%Se、 0.6%A1、 0.1%P， 0.08%RE，余量为Zn和不可避免的杂质，杂质中铅的含量小于 0.1%。
按材料成分配比和加料顺序将工业纯铜、工业纯铝、工业纯锌和铜-铋、铜-硒、铜-混合稀土、磷-铜中间合金在中频炉中熔化，搅拌均匀后， 浇铸成4)55X 180mm棒坯，棒坯切定尺后经67(TC挤压和小变形量冷拉拔 加工，制成々15mm棒材。本实施例制成的无铅易切削铋黄铜合金的抗拉 强度为445MPa，硬度为HB121，相对可切削率约为88%。 实施例3
材料组成(重量百分比)为62.0%Cu、 0.6%Bi、 0.15%Sn、 0.01% Se、 0.05%A1、 0.01 %P， 0.03%RE，余量为Zn和不可避免的杂质，杂质 中铅的含量小于0.1%。
按材料成分配比和加料顺序将工业纯铜、工业纯锡、工业纯铝、工 业纯锌和铜-铋、铜-硒、铜-混合稀土、磷-铜中间合金在中频炉中熔化， 搅拌均匀后，浇铸成巾55X 180mm棒坯，棒坯切定尺后经67(TC挤压和小变形量冷拉拔加工，制成4)15mm棒材。本实施例制成的无铅易切削铋黄 铜合金的抗拉强度为475MPa，硬度为HB134，相对可切削率约为74%。 以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同 时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式
及 应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发 明的限制。
权利要求
1、一种无铅易切削铋黄铜合金，其特征在于，合金组成(重量百分比)为58.0～62.0％Cu、0.6～2.0％Bi、0.01～1.7％的Sn和/或Se、0.05～0.6％Al、0.01～0.1％P，0.03～0.08％RE，余量为Zn和不可避免的杂质，杂质中铅的含量小于0.1％。
2、 根据权利要求l所述的无铅易切削铋黄铜合金，其特征在于，所述 Sn的重量百分比为0.15 1.5X。
3、 根据权利要求l所述的无铅易切削铋黄铜合金，其特征在于，所 述Se的重量百分比为0.01 0.2X。
4、 根据权利要求l所述的无铅易切削铋黄铜合金，其特征在于，所 述合金中同时加入Sn和Se,其Sn的重量百分比为0.15 1.5X， Se的重量百 分比为0.01 0.2%。
5、 根据权利要求1所述的无铅易切削铋黄铜合金，其特征在于，所 述黄铜合金重量百分比组成分别为60.0%Cu、 1.0%Bi、 0.8%Sn、 0.3% Al、 0.05%P， 0.05%RE，余量为Zn和不可避免的杂质，杂质中铅的含量 小于0.1%。
6、 根据权利要求1所述的无铅易切削铋黄铜合金，其特征在于，所 述黄铜合金重量百分比组成分别为58.0%Cu、 2.0%Bi、 0.2%Se、 0.6% Al、 0.1%P， 0.08%RE，余量为Zn和不可避免的杂质，杂质中铅的含量 小于0.1%。
7、 根据权利要求1所述的无铅易切削铋黄铜合金，其特征在于，所 述黄铜合金重量百分比组成分别为62.0%Cu、 0.6%Bi、 0.15%Sn、 0.01 %Se、 0.05%A1、 0.01%P， 0.03%RE，余量为Zn和不可避免的杂质，杂 质中铅的含量小于0.1%。
全文摘要
本发明公开了一种无铅易切削铋黄铜合金，属于金属材料制造技术领域。该合金其组成(重量百分比)为58.0～62.0％Cu、0.6～2.0％Bi、0.01～1.7％的Sn和/或Se、0.05～0.6％Al、0.01～0.1％P，0.03～0.08％RE，余量为Zn和不可避免的杂质，杂质中铅的含量小于0.1％。该合金具有优良的切削性能、力学性能、耐蚀性能和塑性加工性能，可广泛用于汽车、钟表、电器、制锁、玩具、卫浴等行业。
文档编号C22C9/04GK101440442SQ200710177890
公开日2009年5月27日 申请日期2007年11月22日 优先权日2007年11月22日
发明者卢晓军, 彭海健, 李德富, 闫晓东 申请人:北京有色金属研究总院