专利名称：无铅铋易切削锑黄铜合金的制作方法
无铅铋易切削锑黄铜合金
技术领域：
本发明涉及一种含锑的黄铜合金，特别是一种环保、切削性能、热加工性能优异的无铅铋易切削锑黄铜合金。
背景技术：
黄铜具有较好的力学性能，其相对低廉的成本及良好的耐腐蚀性能，使它在制造业中得到广泛应用。由于黄铜具有良好的塑性，切削加工时会产生很长的切屑，长切屑易环绕成圈，不易断裂，妨碍了切削加工。为改善黄铜的切削性能，传统的方法是在黄铜中添加 1 3%铅。但铅在熔炼、铸造过程中会产生有害的蒸气，并且零件中的铅会在水中浸出，严重污染环境，危害人类健康。因此各国相继公布法令，对铜合金中铅的含量和在水中铅的浸出量作出严格限制。为此必须寻找取代铅的解决方案。目前国内外取代铅的易切削黄铜主要有如下方案以铋为主的铋黄铜。这类黄铜以铋为主，辅助添加锑、碲、硒、镁等。中国专利申请200910154951. 3公开了 “低成本耐蚀无铅易切削黄铜及其制造方法”、中国专利申请 200810143071. 1公开了 “一种无铅易切削黄铜合金”、中国专利申请200710067480. 3公开了 “易切削的无铅耐蚀低硼铋黄铜合金及其制备方法”。铋的熔点低，故主要以薄膜状分布在最后凝固的晶界上，降低了合金的塑性。在锻造、焊接等热加工过程中，铋的熔化造成晶界开裂。此外，铋的价格昂贵，增加合金的成本。以硅为主的硅黄铜。中国专利申请200410089150.0公开了“含硅无铅易切削黄铜合金”、中国专利申请200410004293. 7公开了 “无铅铜合金和其应用”、中国专利申请 200810143070. 7公开了“一种低铅或无铅易切削黄铜合金”、美国专利US7，056，396B2公开了 “COPPER/ZINC ALLOYS HAVING LOW LEVELOF LEAD AND GOOD MACHINABILITY”。硅在黄铜中形成脆性的Y相、κ相、μ相，对黄铜的基体起割裂作用，使切屑易于折断，从而改善切削性能。但硅的锌当量系数很大，使得黄铜中的锌加入量减少而铜的加入量增加，从而大大增加了合金的成本。以锑为主的锑黄铜。中国专利申请200910044315. 5公开了 “一种铸造无铅易切削黄铜”、中国专利申请200710070290. 7公开了“无铅易切削黄铜合金型材及其制造方法”。 合金中加入大量的锑，在晶界上形成网状分布，使合金变脆。而且大颗粒的锑硬度高，对切削刀具造成严重磨损。也有用锑与镁反应形成硬质点，改善切削性能，但必须同时添加稀土元素作变质处理。由于稀土元素在黄铜熔炼温度下很容易烧损，因此在铜液需长时间保温的场合如金属型铸造，以及炉料重熔的场合，这种方案并不合适。
发明内容本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种无铅铋易切削锑黄铜合金，它符合健康和环保的要求，可进行铸造、锻造、焊接等热加工，成分简单，成本低廉。本发明的目的是这样实现的
无铅铋易切削锑黄铜合金包含有铜、锑、镁、硼、磷、铁、锌和不可避免的杂质元素， 合金的重量组成为铜58 62 %，锑0. 1 0. 3 %，镁0. 02 0. 06 %，硼0. 0005 0. 005 %， 磷0. 01 0. 03%，铁0. 1 0. 5%，其余为锌和杂质元素。锑与镁反应形成熔点高达1245°C 的二元化合物，这种二元化合物溶进铜后形成锑镁铜三元化合物，锑镁铜三元化合物在黄铜中呈长条状，对基体起割裂作用，降低合金的力学性能。硼加入铜液，作为外来核心，对锑镁铜三元化合物起变质作用，使锑镁铜三元化合物由长条状变成粒状，大大减轻对基体的割裂作用。这些化合物在高于铜液凝固温度形核、长大，因此其尺寸较大，可达80 μ m，均勻分布于基体中。锑镁铜三元化合物在切削过程中使切屑折断，改善了合金的切削性能。铁与硼共同起细化晶粒的作用。添加锑后，铜液表面形成一层薄膜，在浇注金属型铸件时，铸件表面形成皱皮。而添加磷可提高铜液的流动性，改善铸件的表面质量。为进一步提高切削性能，在上述无铅铋易切削锑黄铜合金中，还添加有铝，合金的重量组成为铜58 62 %，锑0. 1 0. 3 %，镁0. 02 0. 06 %，铝0. 2 0. 7 %，硼0. 0005 0. 005%，磷0.01 0.03%，铁0. 1 0.5%，其余为锌及不可避免的杂质元素。铝与锑反应形成熔点高达1058°C的粒状化合物AlSb，大小约15 μ m。AlSb分布于枝晶的凝固前沿， 阻碍枝晶的生长，细化枝晶组织。随着枝晶的生长，AlSb被枝晶包裹。所以AlSb主要分布在枝晶组织内，改善枝晶的切削性能。 为进一步提高切削性能，在上述无铅铋易切削锑黄铜合金中，还添加有锰，合金的重量组成为铜58 62%，锑0. 1 0.3%，镁0.02 0.06%，铝0.2 0.7%，锰0. 1 0.5%，硼0. 0005 0. 005 %，磷0. 01 0. 03 %，铁0. 1 0. 5 %，其余为锌及不可避免的杂质元素。锰与锑反应形成熔点为948°C的化合物Mn2Sb,大小约20 μ m。由于Mn2Sb形成温度较低，故其主要分布在凝固后期形成的基体中，改善基体的切削性能。上述无铅铋易切削锑黄铜合金中，所述杂质元素中的铅含量均不超过合金重量的 0. 1%。本发明的有益效果在于利用锑分别与镁、铝、锰在不同的温度下反应形成粒状化合物，分布在不同的相内，使各个相都能获得良好的切削性能，从而使合金整体得到良好的切削性能；所添加的元素都是生产中常用的元素，价格低廉，因而具有很强的实用性；用于改善切削性能而添加的锑、铝、锰、硼在熔炼黄铜的条件下不易蒸发和氧化，在长时间保温及重熔的条件下烧损少，因此特别适用于连续熔炼的场合，如金属型重力铸造。
具体实施方式
本发明的无铅铋易切削锑黄铜合金的重量组成为铜58 62%，锑0. 1 0. 3%， 镁 0. 02 0. 06%，硼 0. 0005 0. 005%，磷 0. 01 0. 03%，铁 0. 1 0. 5%，其余为锌和
不可避免的杂质元素。在上述重量组成中添加铝0.2 0.7%，锰0. 1 0.5%，有利于进一步改善合金的性能。其中，镁、铝、锰分别与锑反应，形成15 80 μ m的粒状化合物，分布于枝晶及基体中，硼的变质处理使镁锑化合物呈粒状均勻分布，这些粒状化合物使合金具有良好的切削性能和热加工性能。由于原材料本身所带的杂质和冶炼质量等因素，本发明的合金允许杂质元素中的铅含量不超过合金重量的0. 1%，由此能防止对人体和环境带来恶劣影响，符合健康和环保的要求。本发明的黄铜合金改善切削性能的表现形式为切屑变短。在加工过程中，短切屑有利于排屑，从而提高加工速度和加工质量；而合金的热加工性能表现为重熔和长时间保温后合金仍保持良好的切削性能以及锻造性能。下面通过实施例，对本发明的技术方案作进一步说明。实施例1将铜58 %，铁0. 5 %，锰0. 5 %熔化形成铜液后，用钟罩将0. 03 %磷压入铜液脱氧， 加锌，用钟罩将0.3%锑及0. 06%镁一起压入铜液，搅拌。再用钟罩将以铜硼中间合金形式的0.005%硼及0.7%铝压入铜液，搅拌，扒渣，沸腾除气。浇注砂型型铸件。对该金属型铸件进行加工(如攻螺纹等)所形成的切屑为短片锥形螺纹状。静置保温6小时后浇注金属型铸件，切屑为1 2圈螺纹状。实施例2将铜60 %，铁0. 3 %，锰0. 3 %熔化形成铜液后，用钟罩将0. 03 %磷压入铜液脱氧， 加锌，用钟罩将0.2%锑及0. 04%镁一起压入铜液，搅拌。再用钟罩将以铜硼中间合金形式的0. 001 %硼及0. 5 %铝压入铜液，搅拌，扒渣，沸腾除气。浇注金属型铸件，加工该金属型铸件所形成的切屑为短片锥形螺纹状。静置保温4小时后浇注金属型铸件，切屑为1 2 圈螺纹状。实施例3将铜62%，铁0. 1%，锰0. 熔化形成铜液后，用钟罩将0.03%磷压入铜液脱氧， 加锌，用钟罩将0. 锑及0. 02%镁一起压入铜液，搅拌。再用钟罩将以铜硼中间合金形式的0.0005%硼及0.2%铝压入铜液，搅拌，扒渣，沸腾除气。浇注金属型铸件。切屑为短片锥形螺纹状。实施例4将实施例1 3中所铸铸件的浇冒口等回炉料重熔后浇铸金属型铸件。切屑为短片锥形螺纹状。实施例5将实施例1 3的合金浇铸成棒状试样后，加工成直径15mm，高度25mm的圆柱形试样。加热至520°C，在压力机上压缩至高度为10mm。压缩比为60%。试样上下底及侧面均未发现裂纹。切屑为短片锥形螺纹状。上述实施例仅为本发明的较佳实施例，并非用于限定本发明的范围，在运用时，可根据实际需要对上述实施例进行简化或者等效变化。
权利要求
1.一种无铅铋易切削锑黄铜合金，其特征在于它包含有铜、锑、镁、硼、磷、铁、锌和不可避免的杂质元素，合金的重量组成为铜58 62 %，锑0. 1 0. 3 %，镁0. 02 0. 06 %，硼 0. 0005 0. 005%，磷0.01 0. 03%，铁0. 1 0. 5%，其余为锌和杂质元素。
2.根据权利要求1所述的无铅铋易切削锑黄铜合金，其特征在于还包含有铝，合金的重量组成为铜58 62 %，锑0. 1 0. 3 %，镁0. 02 0. 06 %，铝0. 2 0. 7 %，硼0. 0005 0. 005%，磷0.01 0. 03%，铁0. 1 0.5%，其余为锌及不可避免的杂质元素。
3.根据权利要求2所述的无铅铋易切削锑黄铜合金，其特征在于还包含有锰，合金的重量组成为铜58 62 %，锑0. 1 0. 3 %，镁0. 02 0. 06 %，铝0. 2 0. 7 %，锰0. 1 0. 5%，硼0. 0005 0. 005%，磷0. 01 0. 03%，铁0. 1 0. 5%，其余为锌及不可避免的杂质元素。
4.根据权利要求1至3任一项所述的无铅铋易切削锑黄铜合金，其特征在于所述杂质元素中的铅含量不超过合金重量的0. 1%。
全文摘要
本发明公开了一种无铅铋易切削锑黄铜合金，该黄铜合金的重量组成为铜58～62％，锑0.1～0.3％，镁0.02～0.06％，铝0.2～0.7％，锰0.1～0.5％，硼0.0005～0.005％，磷0.01～0.03％，铁0.1～0.5％，其余为锌及其它不可避免的杂质元素，不可避免的杂质中铅的含量不超过0.1％。该合金以锑为主，用镁、铝、锰分别与锑反应，形成15～80μm的粒状化合物，分布于枝晶及基体中。硼的变质处理使镁锑化合物呈粒状均匀分布。这些粒状化合物使合金具有良好的切削性能，并且合金还具有良好的铸造、锻造、焊接等热加工性能，重熔和长时间保温后合金仍保持良好的切削性能。
文档编号C22C9/04GK102477497SQ20101057524
公开日2012年5月30日 申请日期2010年11月30日 优先权日2010年11月30日
发明者郑恩沛 申请人:逢威工业(惠阳)有限公司