专利名称：一种铋黄铜合金材料及其制备工艺和热冲压工艺的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种铋黄铜合金材料及其制备工艺和热冲压工艺。
背景技术：
目前在市场上广泛应用的含铅黄铜在生产和使用过程中会造成环境污染，危害人体健康，对人体造血、神经系统特别是儿童的肾及其它器官损坏很大，欧、美等国在法律层面严禁含铅的饮用水黄铜阀门或管件的销售。基于此，有必要开展无铅黄铜的研究，研制出一种力学性能适中、切削性能和热加工性能优良、成本较低以铋代铅的易切削黄铜将有广泛的市场应用前景。
发明内容
本发明的目的是提供一种力学性能适中、切削性能和热加工性能优良、成本较低、以铋代铅的易切削铋黄铜合金材料。本发明还提供了一种上述铋黄铜合金材料的制备工艺和热冲压工艺。本发明的目的通过下述技术方案实现一种铋黄铜合金材料，由锌、秘、钛、硒和铜构成，按质量百分比计，锌占35. O % 45. O %，铋占O. 4 % I. 5 %，钛占O. 3 % O. 9 %，硒占O. 05 % O. 5 %，余量为铜。作为上述技术方案的一种优先方式按质量百分数计，锌占39. O %，铋占0.7%，钛占O. 45 %，硒占O. 06 %，余量为铜。作为上述技术方案的另一种优先方式按质量百分数计，锌占41.0 %，铋占1.0%，钛占O. 70 %，硒占O. 05 %，余量为铜。上述无铅铋黄铜采用铋元素替代有害的铅元素，有利于环境保护和人体健康；通过添加了适当的铋元素，可以提高黄铜的切削性能；加入低表面张力、溶于铜而不溶于铋的钛元素来减少薄膜状铋的分布，抑制合金的热脆；添加硒元素稀可有效的抑制晶粒生长，改变铋在黄铜中的析出形态与分布状况，减少合金内部缺陷和提高合金延展性能，使铋以块状或球状存在于晶界，提高其塑性和加工性能；研制出的这种加铋、钛、硒的环保易切削黄铜力学性能和切削性能与铅黄铜接近。上述铋黄铜合金材料的制备工艺，包括以下步骤
(A)首先，根据铋黄铜合金材料的组份进行配料；
(B)然后，将配备好的铜和锌加入中频感应炉中并开始加热，待锌熔化后添加石墨覆盖齐U，待铜熔化后，依次加入铋、钛和硒；
(C)最后，提温至980V 1080 V，浇铸成铸棒，铋黄铜合金材料制备完成。作为上述制备工艺的一种优先方式所述步骤(C)中，提温至1000°C或1020°C。由上可知采用中频感应炉大气熔炼的方法，直接加入铜、锌、铋、钛和硒等元素，不需要熔炼中间合金，制备方法简单。上述铋黄铜合金材料的热冲压工艺，包括以下步骤(a)首先，将制备好的铋黄铜合金材料加热到600°C 800°C，保温10 20min；
(b)然后，将模具加热到2500C 350。。；
(c)最后，石墨润滑后，以在锻床上冲压成型。作为上述热冲压工艺的一种优先方式步骤(a)中，铋黄铜合金材料加热到770°C，保温15min ;步骤(b)中，模具加热到300°C。作为上述热冲压工艺的另一种优先方式步骤(a)中，铋黄铜合金材料加热到700°C，保温15min ;步骤(b)中，模具加热到290°C。由上可知采用热冲压工艺直接将铸棒冲压成各种型号的管接头，冲压出的管接头致密度高，质量合格，使用寿命长，这种冲压工艺降低了生产成本、简化了工艺、提高生产效率。 综上所述，本发明的优点如下
(1)采用铋元素替代有害的铅元素，所含合金元素少，有利于环境保护和人体健康；
(2)采用中频感应炉大气熔炼的方法，直接加入铜、锌、铋、钛和硒等元素，不需要熔炼中间合金，制备方法简单；
(3)采用热冲压工艺直接将铸棒直接冲压成各种型号的管接头，冲压出的管接头致密度高，质量合格，这种冲压工艺降低了生产成本。
具体实施例方式下面结合实施例，对本发明作进一步的详细说明，但本发明的实施方式不仅限于此。实施例I :
(I)铋黄铜合金材料的组分
铋黄铜合金材料的组分为按质量百分数计，锌占39. O %，铋占O. 7 %，钛占O. 45 %，硒占O. 06 % ,余量为Cu。(2)铋黄铜合金材料的制备和力学性能测试
根据铋黄铜合金材料组分进行配料，配料完成后采用中频感应炉进行熔炼，熔炼前先加入铜和锌，待锌熔化后加入石墨覆盖剂，待铜熔化后依次加入铋、钛和硒；提温至1020°C，浇铸成铸棒。对铸棒的力学性能进行测试抗拉强度Rm=285MPa，延伸率Α=17· 0%，断面收缩率Ζ=20. 0%，布氏硬度HBW=98. 5，其力学性能与铅黄铜ZCuZn40Pb2 (抗拉强度Rm=295MPa，延伸率A=Il. 5%，断面收缩率Ζ=16· 1%)的力学性能相近。(3)铋黄铜合金材料的热冲压工艺
热冲压时，将铸棒加热到770°C，保温15min，模具加热到300°C，石墨润滑后在锻床上冲压成型。实施例2
(I)铋黄铜合金材料的组分
铋黄铜合金材料的组分为按质量百分数计，锌占41. O %，铋占I. O %，钛占O. 70 %，硒占O. 05 % ,余量为Cu。(2)铋黄铜合金材料的制备和力学性能测试根据铋黄铜合金材料组分进行配料，配料完成后采用中频感应炉进行熔炼，熔炼过程同实施例I，浇铸温度为1000°C。对铸棒的力学性能进行测试抗拉强度Rm=305MPa，延伸率A=15. 5%，断面收缩率Z=15. 0%，布氏硬度HBW=IOO. 3，其力学性能与铅黄铜ZCuZn40Pb2 (抗拉强度Rm=295MPa，延伸率A=Il. 5%，断面收缩率Z=16. 1%)的力学性能相近。(3)铋黄铜合金的热冲压工艺
热冲压时，将铸棒加热到700°C，保温15min，模具加热到290°C，石墨润滑后在锻床上冲压成型。
实施例3
(I)铋黄铜合金材料的组分
铋黄铜合金材料的组分为按质量百分数计，锌占35. 0 %，铋占0. 4 %，钛占0. 3 %，硒占0. 05 %，余量为Cu。(2)铋黄铜合金材料的制备和力学性能测试
根据铋黄铜合金材料组分进行配料，配料完成后采用中频感应炉进行熔炼，熔炼过程同实施例I，浇铸温度为980°C。对铸棒的力学性能进行测试抗拉强度Rm=270MPa，延伸率A=19. 5%，断面收缩率Z=22. 5%，布氏硬度HBW=95. 5，其力学性能与铅黄铜ZCuZn40Pb2 (抗拉强度Rm=295MPa，延伸率A=Il. 5%，断面收缩率Z=16. 1%)的力学性能相近。(3)铋黄铜合金的热冲压工艺
热冲压时，将铸棒加热到600°C，保温lOmin，模具加热到250°C，石墨润滑后在锻床上冲压成型。实施例4
(I)铋黄铜合金材料的组分
铋黄铜合金材料的组分为按质量百分数计，锌占45. O %，铋占I. 5 %，钛占0. 9 %，硒占0. 5 % ,余量为Cu。(2)铋黄铜合金材料的制备和力学性能测试
根据铋黄铜合金材料组分进行配料，配料完成后采用中频感应炉进行熔炼，熔炼过程同实施例I，浇铸温度为1080°C。对铸棒的力学性能进行测试抗拉强度Rm=325MPa，延伸率A=12. 5%，断面收缩率Z=14. 5%，布氏硬度HBW=102. 4，其力学性能与铅黄铜ZCuZn40Pb2 (抗拉强度Rm=295MPa，延伸率A=Il. 5%，断面收缩率Z=16. 1%)的力学性能相近。(3)铋黄铜合金的热冲压工艺
热冲压时，将铸棒加热到800°C，保温20min，模具加热到350°C，石墨润滑后在锻床上冲压成型。如上所述，便能较好的实现本发明。
权利要求
1.ー种铋黄铜合金材料，其特征在干由锌、铋、钛、硒和铜构成，按质量百分比计，锌占 35. O % 45. O %，秘占 0. 4 % I. 5 %，钦占 0. 3 % 0. 9 %，砸占 0. 05 % 0. 5 %，余量为铜。
2.根据权利要求I所述的ー种铋黄铜合金材料，其特征在于按质量百分数计，锌占39.0%，铋占0.7 %，钛占0. 45 %，硒占0. 06 %，余量为铜。
3.根据权利要求I所述的ー种铋黄铜合金材料，其特征在于按质量百分数计，锌占41.0%，铋占1.0 %，钛占0. 70 %，硒占0. 05 %，余量为铜。
4.权利要求1、2或3所述的铋黄铜合金材料的制备エ艺，其特征在于包括以下步骤 (A)首先，根据铋黄铜合金材料的组份进行配料； (B)然后，将配备好的铜和锌加入中频感应炉中并开始加热，待锌熔化后添加石墨覆盖齐U，待铜熔化后，依次加入秘、钛和硒元素； (C)最后，提温至980°C 1080°C，浇铸成铸棒，铋黄铜合金材料制备完成。
5.根据权利要求4所述的制备エ艺，其特征在于所述步骤(C)中，提温至1000°C或1020 0C o
6.权利要求1、2或3所述的铋黄铜合金材料的热冲压エ艺，其特征在于包括以下步骤 (a)首先，将制备好的铋黄铜合金材料加热到600°C 800°C，保温10 20min； (b)然后，将模具加热到2500C 350。。； (c)最后，石墨润滑后，在63吨级锻床上冲压成型。
7.根据权利要求6所述的热冲压エ艺，其特征在于步骤(a)中，铋黄铜合金材料加热到770°C，保温15min ;步骤(b)中，模具加热到300°C。
8.根据权利要求6所述的热冲压エ艺，其特征在于步骤(a)中，铋黄铜合金材料加热到700°C，保温15min ;步骤(b)中，模具加热到2900C0
全文摘要
本发明公开了一种铋黄铜合金材料，由锌、铋、钛、硒和铜构成，按质量百分比计，锌占35.0﹪～45.0﹪，铋占0.4﹪～1.5﹪，钛占0.3﹪～0.9﹪，硒占0.05﹪～0.5﹪，余量为铜。本发明还公开了上述铋黄铜合金材料的制备工艺和热冲压工艺。本发明公开的铋黄铜所含合金元素少，制备方法简单，制备的铋黄铜的力学性能、切削性能和热加工性能良好；采用热冲压的工艺将铸件直接冲压成各种型号的管接头，提高了管接头的致密性，并简化了工艺、提高了生产效率，降低了生产成本。
文档编号C22C9/04GK102952966SQ20121044133
公开日2013年3月6日 申请日期2012年11月8日 优先权日2012年11月8日
发明者周军, 陈勇, 蒋明忠, 王贵利, 张忠伦 申请人:中国核动力研究设计院