专利名称：：一种无铅易切削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黄铜合金，属于有色金属材料及其加工领域。
背景技术：
：黄铜具有较高的机械性能，相对低廉的成本及良好的耐腐蚀性能，是制造业中各类零部件广泛使用的材料。黄铜的需求量将随着我国制造业的快速推进而迅猛增长。为了改善黄铜机械加工时的切削性能，黄铜中一般添加了13%的铅(Pb)，但铅是一种对环境和人体有害的元素，容易在水中浸出，严重危害人类健康。因而各国政府相继出台了对含铅铜合金应用的限制令，美国、日本等国和欧盟对铜合金中的铅含量和在饮用水中铅的浸出量分别作了严格限制。由于含铅的易切削金属部件，几乎涉及到所有制造业产品，因此我国企业急需解决低成本无铅黄铜材料的供应问题。以铋代铅是制造无毒害作用易切削黄铜的可行技术途径，目前国内外开发的无铅易切削黄铜品种有铋黄铜、锑铋黄铜、碲铋黄铜、硒铋黄铜、镁铋黄铜，以及硅黄铜和高锰黄铜等。中国专利02121991.5报道了"无铅易切削黄铜合金材料和它的制造方法"、中国专利200310109162.0报道了"无铅易切削黄铜合金"、中国专利200410015836.5报道了"无铅易切削锑黄铜合金"、中国专利200410089150.0报道了"含硅无铅易切削黄铜合金"、中国专利200510049842.7报道了"环保健康新型无铅易切削耐蚀低硼钙黄铜合金"、中国专利200510050425.4报道了"生态环保新型无铅易切削低锑铋黄铜合金及其制造方法"、中国专利200580001492.5报道了"黄铜"、中国专利200710066669.0报道了"高锰易切削铜锌合金"、中国专利200610005689.2报道了"无铅铜合金"、中国专利200710066947.2报道了"易切削高锰铜合金"、中国专利200710067480.3报道了"易切削的无铅耐蚀低硼铋黄铜合金及其制备方法"。上述技术的不足之处是无铅黄铜材料切削性能与铅黄铜仍有差距，不利于实现对已有易切削铅黄铜的直接替换，造成这种现状的主要原因是对细化黄铜晶粒提高切削性能的作用重视不够。
发明内容本发明的目的是提供一种无铅易切削黄铜合金，可代替制造业中各类零部件广泛使用的易切削铅黄铜材料，以满足制造业对环境友好的无铅黄铜材料的需求。无铅易切削黄铜合金的重量组成为含铜(Cu)56.0%64.0%，铋(Bi)0.5%2.5%，锡(Sn)0.5%1.5%，铝(Al)0.1%0.5%,锆(Zr)0.05%0.2°/。，铈(Ce)0.05%0.5%;所述铈可以用铈含量不少于50%的混合稀土来代替，混合稀土重量含量为0.1%0.5%。一种所述无铅易切削黄铜合金材料的制备方法(A):选择在本发明所指范围的合金成分，Cu、Zn用其纯物质或不含铅的黄铜二次资源料方式加入，Al、Sn、Bi用其纯物质的方式加入，Zr、Ce用中间合金方式加入。在感应电炉内进行熔炼，经精炼、除气、静置处理后在预先准备好的模具中铸造成所需形状、尺寸的产品，得到本发明所指黄铜合金铸件。一种所述无铅易切削黄铜合金材料的制备方法(B):选择在本发明所指范围的合金成分，Cu、Zn用其纯物质或不含铅的黄铜二次资源料方式加入，Al、Sn、Bi用其纯物质的方式加入，Zr、Ce用中间合金方式加入。在感应电炉内进行熔炼，经精炼、除气、静置处理后在预先准备好的模具中铸造成所需形状、尺寸的铸锭。一种所述无铅易切削黄铜合金材料的制备方法(C):将上述制备方法(B)所得的铸锭经850°C/12h均匀化处理，车皮后进行挤压，挤压比XH0，挤压速度为0.1lm/min，挤压温度为650750°C，挤压后得到本发明所指黄铜合金的挤压材料。一种所述无铅易切削黄铜合金材料的制备方法(D):将上述制备方法(B)所得的铸锭经85(TC/12h均匀化处理，车皮后进行轧制，轧制总压下率不小于铸锭厚度的5%，得到本发明所指黄铜合金的轧制材料。一种所述无铅易切削黄铜合金材料的制备方法(E):将上述制备方法(B)所得的铸锭经85(TC/12h均匀化处理，车皮后进行锻造，锻造时在锻造方向的总变形率不小于铸锭沿该锻造方向的5%，得到本发明所指黄铜合金锻造材料。一种所述无铅易切削黄铜合金材料的制备方法(F):将上述制备方法(C)所得的挤压材用650°C/2h退火，然后进行拉伸变形，拉伸时总变形率不小于坯料的5%，得到本发明所指黄铜合金拉伸材料。黄铜具有良好切削性能的微结构关键特征是均匀分布的低熔点软相粒子，软相粒子一方面起到机加工时使切削屑裂的作用，另一方面还起润滑作用，减少了刀具损耗，从而提高了黄铜的切削性能。当黄铜凝固时，如果不能使软相粒子均匀分布，不仅会降低合金材料的力学性能，而且会使软相粒子聚积起来，使合金材料的切削性能变差。凝固时细化黄铜晶粒可以促进低熔点软相粒子均匀分布，从而提高切削性能。本发明选择在Cu中溶解度极小、在高温条件下也能与Cu形成化合物的Zr、Ce元素作为晶粒细化剂，增多凝固时的形核质点，从而明显细化晶粒，提高了无铅黄铜合金材料的切削性能。本发明采用Bi、Sn两种低熔点元素同时加入的合金成分设计技术，可利用Bi、Sn混溶进一步降低软相粒子的熔点，比Bi、Sn单独加入的断屑与润滑作用更好，从而提高了切屑性能。另外加入Al可改善黄铜合金材料的高温抗氧化性能，不对切削性能产生明显影响。本发明所指黄铜合金既可采用铸造方法制备所需材料和(或)部件，也可以采用铸造后经压力加工制备所需材料和(或)部件。具体实施例方式下述各实施例中杂质含量总量不超过0.2%，除合金元素Bi、Sn、Zr、Ce元素外，剩余的是Cu、Zn和Al。Bi、Sn、Zr、Ce元素重量百分含量、制备方法与切削性能如表1所示。切削性能的评价方法采用通用车床，按主轴转速为1400r/min,进给速度为0.05mm/r，切削深度为0.4mm，刀具前倾角为4。的车削工艺分别对本发明所指黄铜合金材料与铅黄铜HPb59-l进行切削试验，分别收取两种黄铜材料的100个碎屑，分别测量出碎屑的平均长度，用HPb59-l材料的碎屑平均长度除以本发明所指黄铜合金材料的碎屑平均长度作为评价指标。表1<table>tableseeoriginaldocumentpage6</column></row><table>权利要求1.一种无铅易切削黄铜合金，重量组成为铜56.0％～64.0％，铋0.5％～2.5％，锡0.5％～1.5％，铝0.1％～0.5％，锆0.05％～0.2％，铈0.05％～0.5％。2.根据权利要求1所述的黄铜合金，其特征在于所述铈可以用铈含量不少于50%的混合稀土来代替，混合稀土重量含量为0.1%0.5%。全文摘要一种无铅易切削黄铜合金，重量组成为含铜(Cu)56.0～64.0％，铋(Bi)0.5～2.5％，锡(Sn)0.5～1.5％，铝(Al)0.1～0.5％，锆(Zr)0.05～0.2％，铈(Ce)0.05～0.5％；符合上述特征的铜合金中Ce可以用Ce含量不少于50％的混合稀土来代替，其重量比为0.1～0.5％。上述无铅黄铜合金既可采用铸造方法制备所需材料和(或)部件，也可以采用铸造后经挤压、轧制、锻造、拉伸等压力加工制备所需材料和(或)部件，具有450MPa以上的极限拉伸强度，切削性能与铅黄铜接近，可实现双相铅黄铜的直接代换。文档编号C22C9/00GK101363086SQ20081014307公开日2009年2月11日申请日期2008年10月9日优先权日2008年10月9日发明者亮周,周卓平,勇张,张新明,柳杨,轲许,贺永东,邓运来,陈明安申请人:中南大学