专利名称：一种变形锌合金及其制造方法和应用的制作方法
技术领域：
本发明涉及变形锌合金及其制备方法，尤其指一种能够用于制造空调行业用螺母和螺帽的锌铜基变形锌合金及其制造方法。
背景技术：
空调是一种广泛使用的家用及办公电器，主要由冷媒、压缩机、管道和各种阀门组成。本发明变形锌合金主要是用于替代传统铜合金，用于制造空调上使用的各种六角螺母、 螺帽，这些六角螺母、螺帽主要用于截止阀和四通阀的密封与连接。传统的空调螺母、螺帽产品都是由铅黄铜采用车削、热冲等方法制成。由于铜资源的紧缺，随着使用量的增加，导致铜价上涨。寻求低成本的铜合金替代材料，是空调制冷行业的迫切需求。锌合金也许是一种可能的替代材料，但由于金属锌是六方晶体结构，滑移系较少， 铸造态属于较脆而且硬度比较低的金属。通常在锌的基体中加入铝、铜、镁等合金化元素来提高锌合金的强度并改善综合使用性能。常用的压铸和重力铸造锌合金都是以锌铝为主要合金化元素的金属材料，存在明显的晶间腐蚀倾向，电镀成品率较低，并且存在蠕变强度低，低温脆性等问题，不适合作为结构材料使用，大部分作为装饰功能或外观产品上使用。如公开号为JP63241132A的日本专利公开的《热浸表面形成橄榄绿锌合金涂层》 提出了一种含Mn O. 2-0. 8wt. %,Cu O. 05_1. 0wt%、其余为锌的锌合金。这里的锌最好使用纯度> 99. 99%的锌，并且锌合金中Pb的含量最好< O. 005wt%。该锌合金涂层具有耐蚀性并具有橄榄色，其主要应用领域为热浸镀和表面涂层。又如申请号为CN201010245802. O 的中国专利申请所公开的《一种含Mn的抗蠕变轧制锌合金板带材及其制备方法》，该锌合金按重量百分比由下述组分组成铜O. 5 3. O %，锰O. OI 2. O %，钛O. 05 O. 3 %，其余为锌和总量小于O. 05 %的杂质。该锌合金组分按质量百分比还可以含有X O. 01 O. 5 %， X为铝、稀土元素(Ce+La)中的至少一种。其制备方法是采用覆盖保护法熔炼，合金元素以纯锌，Zn-Cu, Zn-Ti, Cu_Mn，纯铝，Ce+La复合稀土的形式加入；熔炼温度为650_740°C ;在 420-480°C熔铸；铸锭经350-380°C均匀化退火6_10h后；在220_280°C进行多道次热轧，总变形量60-95% ;再冷轧，总变形量50-80% ;轧制后在180-20(TC退火2_3h，最后制得板带结构的产品。再如公开号为GB483199A的英国专利所公开的《提高机械塑性的锌合金》， 该锌合金中除含有纯度较高的锌外，还含有2-5 丨％的Cu、0. I-Iwt %的Bi和O. I-Iwt % 的Mn。其特征是在Zn-Cu-Mn合金中有Bi的添加，Bi在锌合金中主要起到改善切削性能的作用。孙利平等在《中国有色金属学报》第21卷，第7期(2011年)，报道了易切削变形 Zn-Cu-Bi合金显微组织与性能，其合金的主要成分为Zn-Cu-Mn-Bi-Mg-Ti-Al，该合金中含有铝。铸造锌基合金材料虽然有着良好的成型性，但由于强度、硬度及可加工性等综合性能指标较差，不能用做空调六角螺母、螺帽使用，主要作为外观件的压铸产品使用。图3 所示为Zn-Al基合金铸造组织的金相照片，从图中可以看出粗大的HCP组织表明了材料具有很明显的脆性，不适合塑性加工成型。表I给出了典型的鋳造合金Zn-4Al-0. 05Mg即美标牌号ZAMAK3#与铅黄铜的代表C3604机械性能的对比結果。由表I可见，无论在强度还是延展性方面锌铝合金与铅黄铜都有很大的差別。因此在空调螺母、螺帽制造领域，锌铝铸造锌基合金不能作为黄铜的替代品使用。表I锌铝合金ZAMAK3#与铅黄铜C3604的机械性能对比
权利要求
1.一种变形锌合金，其特征在于以重量计其组成为Cu2. 0-9. 5%Mn0. 01-0. 5%Co0-0. I %余量为锌及不可避免的杂质元素；不可避免的杂质元素总量小于0. 01 %。该锌合金微观组织主要由锌基体初生相和分散在初生相之间的金属间化合物构成； 所述初生相是HCP结构，金属间化合物为细小的Zn4Cu和Zn9Mn ； Zn4Cu相的体积含量为 5% -55% ,Zn9Mn相的体积含量为0. 1% _5%，其余为初生相；初生相的平均晶粒度为15 35微米，而金属间化合物组织的平均晶粒度为5 15微米。
2.根据权利要求I所述的变形锌合金，其特征在于以重量计其组成为Cu5. 0-8. 0%Mn0. 1-0. 4%Co0. 0005-0. 1%余量为锌和不可避免杂质元素。
3.根据权利要求I或2所述的变形锌合金，其特征在于所述Zn4Cu相的体积含量为 10% -30%, Zn9Mn相的体积含量为1% _4%。
4.根据权利要求I或2或3所述的变形锌合金，其特征在于所述Zn9Mn相的晶粒度为 I 3微米。
5.一种如权利要求I所述的变形锌合金的制造方法，其特征在于先将所述的Cu、Mn、 Co、锌以铜锰和铜锌中间合金的方式加入，熔铸后制得变形锌合金铸坯，熔铸的加热方式可以是反射炉、中频加热炉或工频加热炉，熔铸温度为500°C -600°C，结晶工艺可采用硬模铸造、连续铸造或半连续铸造，铸造速率为2-5米/小时，所述铸坯经挤压、拉伸工艺后即得变形锌合金，挤压时挤压速度为0. 1-3. 5mm/s，挤压温度为150°C _350°C，挤压比为10-256 ;拉伸的道次加工率为5-15%，总的加工率最大为80%。
6.—种变形锌合金的用途,其特征在于使用如权利要求I 4中任意一项所述的变形锌合金经过机加工、热冲压或冷镦制成半成品，对所述半成品进行精修、攻牙成型后再电镀，制成用于空调行业的六角螺母或螺帽产品；其中，所述热冲压的温度为200°C -300°C, 所述冷镦为3-5工位加工。
全文摘要
本发明涉及到一种变形锌合金及制备方法、用途，其组成为Cu2.0-9.5％、Mn0.01-0.5％和0-0.1％的Co，余量为锌及不可避免的杂质元素；不可避免的杂质元素总量小于0.01％。该锌合金微观组织主要由锌基体初生相和分散在初生相之间的金属间化合物构成；所述初生相是HCP结构，金属间化合物为细小的Zn4Cu和Zn9Mn；Zn4Cu相的体积含量为5％-55％，Zn9Mn相的体积含量为0.1％-5％，其余为初生相；初生相的平均晶粒度为15～35微米，而金属间化合物组织的平均晶粒度为5～15微米。该合金在一定工艺条件下通过熔铸、挤压、拉伸等后加工工艺可制成空调用螺母螺帽，用于替代传统的黄铜，以解决黄铜资源缺乏的问题。
文档编号C21D8/00GK102586649SQ201210096810
公开日2012年7月18日 申请日期2012年4月1日 优先权日2012年4月1日
发明者余惺, 孙文声, 张明, 李振宇, 谢识才, 郭俊 申请人:宁波博威合金材料股份有限公司