专利名称：一种易切削含铅锌白铜及其加工方法
技术领域：
本发明涉及一种易切削含铅锌白铜及其加工方法，尤其涉及一种具有优异的冷热加工性能、切削性能和机械性能的锌白铜合金及其加工方法。
背景技术：
含铅易切削锌白铜材料是在锌白铜中加入铅元素而成，由于加入了铅元素使之具有良好的切削加工性，是笔头、螺丝、仪表、眼镜、钟表等行业的常用材料，这种合金具有较好的物理性能和切削性能，加工成零件后尺寸精确，光洁度高，颜色为银白色。目前，国内外常用的含铅锌白铜主要有两种，即CuNil7Znl8Pbl. 8和CuNil5Zn24Pbl. 5，内部组织为α相+Pb相，采用的 生产工艺有两种一种是模铸棒坯，车皮后进行旋锻、冷轧等工艺，中间进行多道次退火，加工到Φ10以下后，进行冷拉拔到所需规格尺寸；另一种是水平连铸Φ20以上的铸坯，再进行旋锻、冷轧、冷拉拔加工成所需规格尺寸。由于CuNil7Znl8Pbl. 8和CuNil5Zn24Pbl. 5材料的组织是由α相+Pb相组成的，该材料不易进行热加工，只能进行冷加工，并且冷加工较困难，一般从铸坯到最终产品总加工道次达30多道，且每道次加工量很小，一般情况下，在直径方向，道次加工量低于1mm，另外在加工时易于开裂，在退火时也易于开裂，成品率较低。因此，怎样进一步克服该类材料的加工困难性，提高生产效率，缩短生产周期和减少加工道次，降低生产成本，将是该类材料的研究方向。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术中的不足，提供一种易切削含铅锌白铜及其加工方法，是一种具有优异的冷热加工性能、切削性能和机械性能的锌白铜合金及其加工方法。本发明采用下述技术方案予以实现一种易切削含铅锌白铜，包括以下重量百分比含量组分铜43. 0%-47. 0%，镍10. 0%~14. 0%,铅1. 0%-1. 5%,锰 3. 0%-6. 0%,稀土 O. 04%-0. 08%,余量为锌和不可避免的杂质，各组分含量之和为100%。作为本发明的优选技术方案所述易切削含铅锌白铜合金包括以下重量百分比含量组分铜44. 0%，镍12. 0%，铅1. 4%，锰5. 0%，稀土 O. 06%，余量为锌和不可避免的杂质，各组分含量之和为100%。或者所述易切削含铅锌白铜合金包括以下重量百分比含量组分铜43. 0%，镍13. 0%，铅1. 3%，锰5. 0%，稀土 O. 06%,余量为锌和不可避免的杂质，各组分含量之和为100%。或者所述易切削含铅锌白铜合金包括以下重量百分比含量组分铜45. 0%，镍11. 5%，铅1. 5%，锰5. 0%，稀土 O. 06%，余量为锌和不可避免的杂质，各组分含量之和为100%。所述稀土为镧或铺或镧与铺按1:2质量比例混合的稀土。 所述铜与镍含量之和为56. 0wt%"58. 0wt%。镍含量低于11. 0wt%时，锰含量不低于5. 0wt%。所述易切削含铅锌白铜的加工方法，步骤如下将所述各组份在1000°C 1200°C下进行合金熔炼，然后通过半连续铸造成Φ IOOmnT Φ 120mm圆棒还，铸造温度10500C 1150°C，之后锯断圆棒后进行热挤压，热挤压温度750°C 850°C，热挤压出线坯之后对线坯进行对焊、盘圆、冷加工和热处理，即得；冷加工率为(Γ40%，热处理为在6000C 680°C下处理I 2h。由于采用上述技术方案，本发明的这种易切削含铅锌白铜及其加工方法具有以下优点1、冷热加工性能优良由于改变了原有铅锌白铜中铜镍锌的相对含量，使材料的内部组织为α相+β相+Pb相，而原有铅锌白铜组织为α相+Pb相，没有β相，不能热加工；由于β相的存在，使得材料能进行热加工，尤其可以热挤压加工，并使材料由铸态组织通过热挤压变为加工态组织，使其更适应冷加工，对加工棒材、线材有利，大大地缩短了加工周期，如加工笔头材料Φ 2. 3_，可以通过热挤压出Φ 6mm以下的线坯，再通过冷拉拔加工成Φ 2. 3mm线材，周期短，效率高；而原有的铅锌白铜需水平连铸出Φ12_线坯，再冷加工成Φ2. 3mm,由于是铸态组织易开裂，尤其热处理时易开裂，道次加工率低于20%，加工周期长，效率低。2、切削性能优良 由于保持了原有铅锌白铜中的铅含量，因此保持了原有铅锌白铜切削性能优良的特性。与切削性能最佳的铅黄铜C36000合金的相对可切削率100%相比，本发明的合金的可切削率为75%，原有铅锌白铜CuNil5Zn24Pbl. 5的可切削性为75%。3、综合机械性能优越，机械性能比较如下本发明的易切削含铅锌白铜抗拉强度σ b=700MPa 750MPa，延伸率4. 0% ；现有铅锌白铜CuNi 15Zn24Pbl. 5 :抗拉强度σ b=684MPa，延伸率3· 8% ;现有铅锌白铜CuNil7Znl8Pbl. 8 :抗拉强度 σ b=669MPa，延伸率 3. 5% ；4、本发明的易切削含铅锌白铜加工方法简单，稳定，适合于制备成线材、棒材和型材，可广泛用于笔头、眼镜配件、拉链、钟表、仪表配件等制造产业。
图1 :本发明合金的200倍金相图片，由α相+ β相+Pb相组成；图2 :本发明合金中锰含量对切削性能的影响关系图；图3:加稀土与未加稀土材料200倍金相组织对比图片。
具体实施例方式下面结合具体实施方式
对本发明做进一步说明实施例一本发明的易切削含铅锌白铜合金包括以下重量百分比含量组分铜43. 0%-47. 0%，镍 10. 0%-14. 0%,铅1. 0%-1. 5%,锰 3. 0%-6. 0%,稀土 O. 04%-0. 08%,余量为锌和不可避免的杂质，各组分含量之和为100%。本发明的易切削含铅锌白铜的加工方法为将上述各组份在1000°C 1200°C下进行合金熔炼，然后通过半连续铸造成Φ IOOmnTΦ 120mm圆棒: ,铸造温度1050°C 1150°C,之后锯断圆棒后进行热挤压，热挤压温度750°C 850°C，热挤压出线坯之后对线坯进行对焊、盘圆、冷加工和热处理，冷加工率为0 40%，热处理为在600°C 680°C下处理I 2h。
上述易切削含铅锌白铜合金为混合的金相组织为以α、β两相为主，和少量细小点状的Pb相弥散分布在α相和β相内，见附图1。本发明的易切削含铅锌白铜合金是在原有铅锌白铜的基础上，降低铜含量和镍含量，提高锌含量，铅含量保持不变，保证合金为α、β两相的金相组织，而Pb相弥散分布其两相内，为此，Cu与Ni含量之和应该在56. 0wt9T58. 0wt%之间，当铜含量较高时，镍含量相对就要低些，反之亦然，否则不能满足材料的冷热加工性俱佳的特点。镍含量控制在10. 0wt°ri4. 0wt%之间，要不镍含量低于10. 0wt%,材料的色泽开始泛黄，不能呈现柔和的银白色，镍含量高于14.0被％时，室温下β相含量高，因而材料强度过高，材料冷加工难度大；镍含量低于11. 0wt%时,可以通过提高猛含量来补偿,猛含量不低于5. 0wt%,以达到材料银白色要求；β相在高温下是软态的塑性好，易于热加工，β相在室温下是硬态的，难于冷加工；α相在高温下是硬态的，难于热加工，α相在室温下塑性好，易于冷加工，因此要保证材料中α相与β相的相对含量适当，当Cu与Ni含量之和高于58. 0被％时，材料中有较多的α相，和较少β相，材料难于热加工；当Cu与Ni含量之和低于56. 0wt%时，材料中有较多的β相和较少的α相，材料难于冷加工。故选择的镍含量范围为10. 0wt% 14. 0wt% ;选择的镍与铜含量之和范围为56. 0wt% 58. 0wt%。保持原有铅锌白铜中铅元素的含量1. 0%-1. 5%，从而保证材料的切削性能。本发明合金添加元素锰的目的有两方面一方面锰能使铜合金材料色泽变白。原有的铅锌白铜中镍含量在15. 0wt%以上，而本发明合金镍含量为10. Owt0^l4. 0wt%,镍含量低时，材料会泛黄，而锰 的加入可以补偿镍的减少对材料色泽的影响，保证材料为柔和的银白色；另一方面，锰能改变材料内部组织中α相与β相的相对含量，它的加入可以使材料在高温下β相含量更多，使之有利于热加工；在室温下α相含量更多，使之有利于冷加工。但锰含量不能太高，否则会影响材料的切削性能，见附图2，故选择锰的含量范围为3. 0wt% 6. 0wt%o本发明合金添加稀土元素镧、铈或镧铈混合稀土的目的在于稀土能细化材料的内部组织，见附图3，消除材料内部的有害杂质，使材料的塑性增加,提高了材料的冷加工性能，加工率可提闻10%;同时提闻材料的综合机械性能。实施例二材料组成为44. 0wt%Cu, 12. 0wt%Ni，5. 0wt%Mn，1. 4wt%Pb，0. 06wt%Ce,余量为 Zn，各组分含量之和为100%。按材料成分配料在中频炉(或工频炉)中熔化，然后半连续铸造成Φ 120mm圆锭，锯切锭长400mm,热挤压成Φ 6mm线坯，冷拉拔和热处理，最终加工成客户所要求的线材。如加工成Φ2. 3mm线材供笔芯厂家生产笔头。实施例三材料组成为43. 0wt%Cu, 12. 5wt%Ni，5. 0wt%Mn，1. 3wt%Pb，0. 06wt%La,余量为 Zn，各组分含量之和为100%。按材料成分配料在中频炉(或工频炉)中熔化，然后半连续铸造成Φ IOOmm圆锭，锯切锭长400_，异型热挤压成异型坯料，然后在室温下异型拉拔成各种形状的异型材，供眼镜配料厂家生产眼镜铰链和拉链厂生产拉链。实施例四材料组成为45. 0wt%Cu, 11. 5wt%Ni, 5. 0wt%Mn,1. 5wt%Pb, O. 02wt%La, 0. 04wt%Ce,余量为 Zn,各组分含量之和为100%。按材料成分配料在中频炉(或工频炉)中熔化，然后半连续铸造成Φ 120mm圆锭，锯切锭长400mm,热挤压成Φ 16mm线还,冷加工成客户所要求的棒材。如加工成Φ 11. 5mm的棒材供钟表行业加工成钟摆配件。以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；对于本领域的一般技术人员，依据本发明，在具体实施方式
及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本发明的保护范围不 局限于本说明书实施例。
权利要求
1.一种易切削含铅锌白铜，其特征在于，包括以下重量百分比含量组分铜 43. 0%-47. 0%,镍 10. 0%~14. 0%,铅1. 0%_1· 5%,锰 3. 0%-6. 0%,稀土 O. 04%-0. 08%,余量为锌和不可避免的杂质，各组分含量之和为100%。
2.一种易切削含铅锌白铜，其特征在于，包括以下重量百分比含量组分铜44.0%，镍12.0%，铅1. 4%，锰5. 0%，稀土 O. 06%,余量为锌和不可避免的杂质，各组分含量之和为100% ο
3.一种易切削含铅锌白铜，其特征在于，包括以下重量百分比含量组分铜43.0%，镍13.0%，铅1. 3%，锰5. 0%，稀土 O. 06%,余量为锌和不可避免的杂质，各组分含量之和为100%。
4.一种易切削含铅锌白铜，其特征在于，包括以下重量百分比含量组分铜45.0%，镍11.5%，铅1. 5%，锰5. 0%，稀土 O. 06%,余量为锌和不可避免的杂质，各组分含量之和为100%。
5.根据权利要求1-4任一项所述的一种易切削含铅锌白铜，其特征在于，所述稀土为镧或铺或镧与铺按1:2质量比例混合的稀土。
6.根据权利要求1-4任一项所述的一种易切削含铅锌白铜，其特征在于，所述铜与镍含量之和为 56. 0wt%"58. 0wt%。
7.根据权利要求1所述的一种易切削含铅锌白铜，其特征在于，镍含量低于11.0wt% 时，锰含量不低于5. 0wt%。
8.制备权利要求1-4任一项所述的易切削含铅锌白铜的方法，其特征在于步骤如下将所述各组份在1(KKTC 120(TC下进行合金熔炼，然后通过半连续铸造成 Φ IOOmnT Φ 120mm圆棒: ,铸造温度1050°C 1150°C,之后锯断圆棒后进行热挤压,热挤压温度750°C 850°C，热挤压出线坯之后对线坯进行对焊、盘圆、冷加工和热处理，即得；冷加工率为0 40%，热处理为在600°C 680°C下处理I 2h。
全文摘要
一种易切削含铅锌白铜及其加工方法，其锌白铜的重量百分比组成为铜43.0%-47.0%，镍10.0%-14.0%，铅1.0%-1.5%，锰3.0%-6.0%，稀土0.04%-0.08%，余量为锌和不可避免的杂质；加工方法包括熔炼、半连续铸造、热挤压、冷加工及热处理等步骤；本发明的最大特点就是改变以往易切削含铅锌白铜只能冷加工不能进行热加工的缺陷，使其不仅能进行冷加工还能进行热加工，缩短了该类材料的加工周期，解决了该类材料加工困难的问题，本发明的铜合金兼备较高强度和较优异的切削性能，切削性能与该类材料相同，可以加工成线材、棒材，广泛用于笔头、眼镜配件、拉链、钟表、仪表配件等制造产业。
文档编号C22C30/06GK103045927SQ20131003300
公开日2013年4月17日 申请日期2013年1月29日 优先权日2013年1月29日
发明者赵云杰, 徐远志, 陈昆, 朱良, 杨宇俊, 柯昱, 赵有才 申请人:云南科力新材料有限公司