一种适合锻造用环保硅锡黄铜及其制造方法

专利名称：一种适合锻造用环保硅锡黄铜及其制造方法
技术领域：
本发明涉及一种硅锡黄铜及其制造方法，特别涉及一种适合锻造用环保硅锡黄铜及其制造方法。
背景技术：
黄铜具有美观的外表和优异的性能，在仪器仪表、电子电气、日用五金、水暖阀门等领域中大量应用，其中尤以HP1359-1生产、应用量最大。目前锻造用黄铜大多含锌为35 45 wt%，属于α+β双相黄铜。这类黄铜在高温下塑性极好，因此适合于热锻加工。为了改善锻造后机加工和切削性能，在这种黄铜中加入少量铅(约0. 8 3. 5%)，从而为加工形状复杂的日用品和水暖阀门零部件带来了便利。随着人们对自身健康的不断关注，环保意识的进一步增强，对黄铜中铅的危害越来越重视，更引起了许多发达国家的密切关注。他们已经或正在制订相关法令、法规控制工业产品中一些有害元素的含量。如欧盟已明确规定从2006年6月1日起进入其市场的所有电子电气产品必须达到环保标准。美国的管道类产品法令要求一切为居民提供饮用水或烹饪用水的设备，包括水管、阀门、水龙头等产品都必须达到新的无铅化标准。日本在2003 年规定饮用水铅含量必须小于0. 03mg/L。为了减少铅对人类健康和环境的危害，近年来，各国都大力开展易切削环保可锻黄铜的研究。它不但必须具有含铅黄铜的易加工、易切削、可锻的特性，而且将1 控制在环保要求的范围内，从而使产品达到安全环保标准，为我们生活在一个绿色环保的环境中创造了条件。美国、日本、德国、中国等都发明了不含铅的黄铜合金，并在中国取得了专利权。 如海亮集团公开的《含硅无铅易切削黄铜合金》，专利申请号为200410089150. 0，其成分为 铜80 84wt%,硅2. 5 5. 0wt%,砷0. 02 0. 10%,余量为锌及总量不大于0. 05wt%的杂质。再如浙江天申铜业公开的《一种无铅环保的硅黄铜合金棒或合金锭及其制备方法》， 专利申请号 20091005；3431. 3，其成分为铜60_70wt%，硅0. 7-3. 0wt%，铝;^ 0. 15wt%,铅彡0. 25wt%，铁彡0. 5wt%，锡彡0. 3wt%，磷彡0. lwt%，镍彡0. 2wt%，锑彡0. 25wt%，余量为锌和不可避免的杂质。上述环保合金都是以硅代替铅，达到环保、可锻的目的。但是它们的缺点在于第 1个专利铜含量太高，原材料成本也较高，客户难以接受；第2个专利切削性能不佳，工件发热量大，刀具磨损严重。基于上述理由，这两种材料的应用和发展潜力将会受到制约。因此研制一种原材料廉价、易得，并且适合于锻造用的环保易切削黄铜是非常迫切的需求。

发明内容
本发明的目的是针对上述技术现状而提供一种适合于锻造用，具有良好加工性能和切削性能的环保黄铜及其制造方法。
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本发明的技术方案是
一种适合锻造用环保硅锡黄铜，其组成含量为66 72wt%铜、0.4 3.0 wt%硅、 0.03 1.0 wt%锡、0. 001 0. 1 丨％钛，铅彡0. 2wt%，余量为锌以及不可避免杂质，不可避免杂质总量不大于0. 2wt%。作为改进，锻造用环保硅锡黄铜组成含量可优选为68 72wt%铜、1. 5 2. 6wt% 硅、0. 2 0. 6 wt%锡、0. 001 0. 01 wt。/c^i，铅彡0. 2wt%，余量为锌以及不可避免杂质，不可避免杂质总量不大于0. 2wt%。一种适合锻造用环保硅锡黄铜的制造方法，首先制备铜硅、铜钛中间合金；然后将电解铜、铜硅中间合金、电解锌、锡锭依次加入感应电炉内熔炼，熔炼温度为1080 1150°C，待全部金属熔化后，加入铜钛中间合金，保温5—30分钟；进行铜合金锭浇铸，浇铸温度1100 1050°C ；然后将铜合金铸锭加热到650 750°C进行热挤压；挤压后的半成品在400 700°C下进行均勻化退火；退火后经酸洗、拉伸、矫直、去应力退火后成为成品。作为改进，所述加入铜钛合金后，铜液保温时间在5 —10分钟之内浇铸。再改进，所述挤压后的半成品均勻化退火温度在450 550°C之间。本发明的锻造用环保硅锡黄铜的成分含量范围根据下述理由确定
铜环保硅锡黄铜的铜含量是66 72wt%。铜含量低于66wt%时，冷加工性能差，拉拔过程中容易断裂，成品率低，而且产品抗脱锌性能较差。铜含量高于72wt%时，β相含量低， 热加工性能和切削性能不佳，而且制造成本增高。硅硅的作用是与铜形成富硅的Y相组织。这种组织脆而不硬，在切削加工时成为断屑的质点，提高材料的切削性能。同时，硅的锌当量系数高，热加工时能大大提高材料的塑性。硅含量大于3.0wt%时，富硅的γ相组织数量过多，恶化材料的加工性能，特别是冷加工性能，降低延伸率；硅含量小于0. 时，无法形成富硅的、相组织，材料的切削性能大大降低，无法满足机加工要求。锡锡的作用是提高材料的切削性能和抗脱锌腐蚀性能。锡在材料中以软质点形式存在，在切削加工中，其断屑和润滑刀具的作用，并且能提高材料的强度和硬度。锡含量高于1. 0wt%时，材料的强度和硬度过高，机加工的刀具磨损快，而且材料成本升高；锡含量低于0. 03wt%时，不能起到提高切削性能的作用。钛钛的作用是细化晶粒，脱氧。钛熔点较高，在铜液中作为晶核，可以大大增加形核率，从而促进晶粒细化，而且钛容易与氧结合，从而减少铜液中的氧含量。当钛高于 0. 01wt%时，晶粒细化作用增加不大，而且容易造成硬质点，导致切削加工时打刀；当钛低于0. 001wt%时，晶粒细化作用不明显。本发明通过用硅替代铅来提高合金的切削性能和锻造性能，用锡来提高合金的切削性能和抗脱锌腐蚀性能，用钛来细化晶粒。本发明与铅黄铜相比，含铅微量，尽可能消除铅在生产和使用过程中对人体和环境的危害。本发明与现有含硅环保黄铜相比，切削性能显著提高，而且成本较低。并且本合金化学组份简单，易于回收和再生利用。本合金生产工艺简单，可利用现有铅黄铜的生产设备制造，不需要增加新的设备。
具体实施例方式以下结合实施例对本发明做详细说明。
首先制备铜硅和铜钛中间合金。铜硅中间合金的制备方法为按硅为16-20 wt% 其余为铜和不可避免杂质的配比，在1200 1250°C范围内熔化铜和硅，在1180 1230°C 浇铸成铜硅中间合金的长方形铸锭，将此铸锭破碎呈块状备用。铜钛中间合金的制备方法为将海绵钛研磨成粒状，按钛为5-10衬％其余为铜和不可避免杂质的配比，在1250 1350°C范围内熔化铜和钛，在1200 1250°C浇铸成铜钛中间合金的长方形铸锭，将此铸锭破碎呈块状备用。硅锡黄铜合金的制备方法为按66 72wt%铜、0. 4 3. 0 wt%硅、0. 03 1. 0 wt%锡、0. 001 0. 1 丨％钛，铅彡0. 2wt%，余量为锌以及不可避免杂质总量不大于0. 2wt% 的成分配比；将电解铜、铜硅中间合金、电解锌、锡锭依次加入感应电炉内熔炼，熔炼温度为 1080 1150°C，待全部金属熔化后，将温度提高至1200°C以上，喷火去杂质；喷火完毕，加入铜钛中间合金，保温5—30分钟；进行铜合金锭浇铸，浇铸温度1100 1050°C，然后将铜合金铸锭加热到650 750°C进行热挤压；挤压后的半成品在400 700°C下进行均勻化退火；退火后经酸洗、拉伸、矫直、去应力退火后成为成品。本发明制备的黄铜合金铸锭与比较例化学成分如表1所示。比较例合金选取C69300黄铜(比较例l)、HSi80_3牌号黄铜(比较例2)和HPb62_3 牌号黄铜(比较例3)。表1本发明实施例合金与比较例合金的化学成分(wt%)
权利要求
1.一种适合锻造用环保硅锡黄铜，其特征在于，硅锡黄铜合金组成含量为66 72wt% 铜、0. 4 3. 0 wt% 硅、0. 03 1. 0 wt% 锡、0. 001 0. 10. 2wt%，余量为锌以及不可避免杂质，不可避免杂质总量不大于0. 2wt%。
2.根据权利要求1所述的一种适合锻造用环保硅锡黄铜合金，其特征在于硅锡黄铜合金组成含量为68 72wt%铜、1. 5 2. 6wt%硅、0. 2 0. 6 wt%锡、0. 001 0. 01 wt%钛， 铅< 0. 2wt%，余量为锌以及不可避免杂质，不可避免杂质总量不大于0. 2wt%。
3.根据权利要求1所述的一种适合锻造用环保硅锡黄铜的制造方法，其特征包括以下步骤a)、首先制备铜硅、铜钛中间合金；b)、然后将电解铜、铜硅中间合金、电解锌、锡锭依次加入感应电炉内熔炼，熔炼温度为 1080 1150°C，待全部金属熔化后，加入铜钛中间合金，保温5—30分钟；c)、然后进行铜合金锭浇铸，浇铸温度1100 1050°C;然后将铜合金铸锭加热到650 750°C进行热挤压；d)、将经过挤压后的半成品在400 700°C下进行均勻化退火；e)、退火后经酸洗、拉伸、矫直、去应力退火后成为成品。
4.根据权利要求3所述的一种适合锻造用环保硅锡黄铜合金的制造方法，其特征在于所述铜硅中间合金的制备方法为按硅为16-20衬％其余为铜和不可避免杂质的配比，在 1200 1250°C范围内熔化铜和硅，在1180 1230°C浇铸成铜硅中间合金的长方形铸锭，将此铸锭破碎呈块状备用。
5.根据权利要求3所述的一种适合锻造用环保硅锡黄铜合金的制造方法，其特征在于所述的铜钛中间合金的制备方法为将海绵钛研磨成粒状，按钛为5-10 wt%其余为铜和不可避免杂质的配比，在1250 1350°C范围内熔化铜和钛，在1200 1250°C浇铸成铜钛中间合金的长方形铸锭，将此铸锭破碎呈块状备用。
6.根据权利要求3所述的一种适合锻造用环保硅锡黄铜合金的制造方法，其特征在于所述步骤(b)还包括全部金属熔化后，将温度提高至1200°C以上，喷火去杂质。
7.根据权利要求3所述的一种适合锻造用环保硅锡黄铜合金的制造方法，其特征在于所述步骤(d)的挤压后的半成品均勻化退火温度在450 550°C之间。
全文摘要
一种适合锻造用环保硅锡黄铜，其组成含量为66～72wt%铜、0.4～3.0wt%硅、0.03～1.0wt%锡、0.001～0.1wt%钛，铅≤0.2wt%，余量为锌以及不可避免杂质，不可避免杂质总量不大于0.2wt%。制造方法为，首先制备铜硅、铜钛中间合金，然后将电解铜、铜硅中间合金、电解锌、锡锭依次加入感应电炉内熔炼，待全部金属熔化后，加入铜钛中间合金，之后进行铜合金锭浇铸。铜合金铸锭加热到650～750℃进行热挤压；挤压后的半成品进行均匀化退火，然后经酸洗、拉伸、矫直、去应力退火后成为成品。通过用硅替代铅来提高合金的切削性能和锻造性能，用锡来提高合金的切削性能和抗脱锌腐蚀性能，用钛来细化晶粒。比较实验表明，本发明合金锻造性能、切削性能和抗脱锌腐蚀性能更好。
文档编号C22C9/04GK102286674SQ201110249679
公开日2011年12月21日 申请日期2011年8月29日 优先权日2011年8月29日
发明者丁家圆, 巢国辉, 洪燮平, 王永如 申请人:宁波金田铜业(集团)股份有限公司