一种无铅黄铜合金的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种无铅黄铜合金，该合金化学组成按质量百分比为：铜59-69％、锡0.2-0.7％、铋0.6-1.8％、铝0.4-0.75％、砷0.02-0.11％、硼0.01-0.06％、钛0.01-0.05％、锆0.01-0.04％、铅≤0.05％、铁≤0.3％、镍≤0.5％、磷≤0.015％、锑≤0.015％、镉≤0.001％、铬≤0.001％，余量为锌和不可避免的杂质。该无铅黄铜合金具备优良的铸造性能，适合低压铸造和重力铸造，并且易切削、耐脱锌、耐腐蚀，符合环保健康无铅化的要求，适用于饮用水系统铸件，在水暖卫浴行业具有广泛的应用前景，制造成本与铅黄铜相当。
【专利说明】一种无铅黄铜合金
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种合金，具体而言涉及一种适合低压铸造、重力铸造，易切削耐蚀无铅环保黄铜合金。
【背景技术】
[0002]含铅黄铜合金在世界范围内有着广泛的应用，这些领域涉及机械制造、电器仪表、建筑五金、饮用水管路等。含铅黄铜合金一般是在铜锌合金内添加I~3%的金属铅，铅可以使黄铜合金具有良好的机械性能和铸造性能，易切削，或者通过低压铸造、重力铸造等铸造方法制作成各种各样的零部件。众所周知，铅对人体健康和生态平衡具有破坏作用，世界范围内的趋势也是对含铅合金的使用进行越来越多的限制。日本规定铅在饮用水中的浸出量必须小于0.01mg / L，美国规定必须小于0.0Olmg / L，我国也在相关方面进行了一些立法，如《电子信息产品污染防治管理办法》规定电子信息产品的含铅量必须小于0.1%。可见低含铅量的合金或者无铅合金会有越来越多的需求。然而，从黄铜合金中清除铅是困难的，因为铅的加入是保证材料具有可接受的机械加工性质和铸造性能最成本低廉且有效的方法，任何低铅黄铜合金也必须具有可接受的机械加工性质和铸造性能。实现低铅黄铜合金的一种尝试是用硅替代一些或全部的铅，一个声称具有工业上令人满意的性质的硅铜合金的实例中含有质量百分比69至80%铜、1.8至4%硅、0.02至0.4%铅，剩余由锌组成(US7056396)。该娃合金还含有少量的砷、铺、招、磷、秘、締和/或硒，取决于合金所需的最终性质。[0003]实现低铅或基本无铅铜合金的另一种尝试涉及用铋替代一些或全部铅含量。铋具有类似于铅的几种性质，特别是也几乎不溶于铜合金。因此，理论上说铋以类似于铅的方式有助于机械加工性。基本不含铅的铜合金的一个实例含有1.8至5%重量的铋(US5137658)。基本不含铅的锻造铜合金的另一个实例含有至少60%铜、至少0.5%铋以及磷、铟或锡的至少一种(US5167726)。上述尝试虽然推动了无铅铜合金的发展，但用铋取代铅的合金，无论在低压铸造、重力铸造等铸造性能上，还是在切削、耐腐蚀性能上，都还有较大的待提升空间，同时因为铋较铅昂贵，较多量的使用铋还会使合金成本有较大提高。如何铸造铋含量较低且切削铸造性能较好的无铅黄铜合金，是本领域急需解决的技术问题。
【发明内容】
[0004]本发明的目的是提供一种无铅黄铜合金，该合金基本不含铅，对人体和环境无害，而且适合低压铸造、重力铸造，易切削，耐腐蚀性能好。
[0005]为实现上述目的，本发明采取以下技术方案:
[0006]一种无铅黄铜合金，其以质量百分比计组成为:
[0007]铜59% ~69%
[0008]锡0.2%~0.7%
[0009]铋0.6%~1.8%[0010]铝0.4%~0.75%
[0011]砷0.02%~0.11%
[0012]硼0.01% ~0.06%
[0013]钛0.01% ~0.05%
[0014]锆0.01%~0.04%
[0015]铅≤0.05%
[0016]铁≤0.3%
[0017]镍≤0.5%
[0018]磷≤0.015%
[0019]锑≤0.015%
[0020]镉≤0.001%
[0021]铬≤0.001%
[0022]余量为锌和不可避免的杂质。
[0023]上述无铅黄铜合金的优化方案中，其按质量百分比计组成为:
[0024]铜60 ~65%
[0025]锡0.4 ~0.6%
[0026]铋0.6 ~1.2%
[0027]铝0.5 ~0.7%
[0028]砷0.03 ~0.1 %
[0029]硼0.01 ~0.04%
[0030]钛0.01 ~0.03%
[0031]锆0.01 ~0.03%
[0032]铅≤0.05%
[0033]铁≤0.2%
[0034]镍≤0.5%
[0035]磷≤0.01%
[0036]锑≤0.01%
[0037]镉≤0.001%
[0038]铬≤0.001%
[0039]余量为锌和不可避免的杂质。
[0040]进一步地，其中砷和硼的含量之比为2~2.5: I。
[0041]或者进一步地，其中钛和锆的含量之比为1:1~1.2。
[0042]更进一步地，其中砷、硼、钛、锆的含量之比为2:1:1:1。
[0043]本发明的有益效果是，以铜锌合金为基础，加入铋和其他有益元素，使合金基本不含铅元素，但是同时具有良好的机械、铸造、切削、耐腐蚀等性能。其中，铋元素的含量占总质量的0.6% _1.8%，含量较低，其既不溶于铜合金，也不起任何化学反应，以游离状的细小颗粒沿晶界分布，使晶粒彼此隔离，基体连续性被打破，加工时能获得零散易断的切削性能和光洁的表面，提高了合金的切削加工性能。锡元素的含量占合金总质量0.2% -0.7%,锡能溶于铜合金中，提高合金的强度，能在铸件表面形成致密的SnO2保护膜，显著提高合金在海水中耐脱锌腐蚀性能。铝的含量占合金总质量的0.4% -0.75%，微量铝对合金的组织影响较大，在生产中铝能减少锌蒸发，提高合金液流动性，增强切削性能，同时使合金的强度和硬度显著提高。铝在合金中表面上的离子化倾向比锌大，优先与腐蚀性气体或溶液中的氧结合，在合金表面形成坚固的氧化铝保护膜，能显著提高合金在大气、稀硫酸，特别是在高速海水中的耐腐蚀性能。微量砷元素的含量占合金总质量的0.02% -0.11%，微量硼兀素含量占合金总质量的0.01 % -0.06%,如果单独添加二者之一,使合金耐腐蚀作用不明显，但是将二者以合适比例同时添加到合金中，即具有显著的细化变质效果，能够极大的提高合金耐脱锌腐蚀能力，甚至几乎不会发生脱锌腐蚀。微量钛元素的含量占合金总质量的0.01% -0.05%，钛元素在合金中有显著的细化晶粒的作用，提高了铸件的致密性和强度，大大的提高合金的耐脱锌综合抗蚀性能和切削性能。微量锆元素的含量占合金总质量的0.01% -0.04%，在合金中能够明显的提高其强度，具有固溶强化效应，可显著提高合金的力学性能。将砷、硼、钛、锆以特定比例添加后，会大幅度提高铸造性能，显著提高合金的各项力学性能，极大地提高合金液的流动性，切削性能优良，大大的提高了合金的耐脱锌综合抗蚀能力，更适合低压铸造和重力铸造。该合金各项力学性能优于现有的含铋无铅黄铜合金，而与铅黄铜相似，其成本相当于铅黄铜的价格，因此可以替代铅黄铜，且易于推广应用。
【具体实施方式】
[0044]实施例一:产品及制法
[0045]产品一至产品九成分配比见表1，均为符合饮用水系统铸件用的无铅黄铜合金。无铅黄铜合金的具体制备方法按如下步骤进行:
[0046]铜+木炭一添加锋 、锡、秘、招一揽拌一精炼一取样分析成分一调整一捞禮:一依次添加铜砷、铜硼、铜钛、铜锆中间合金一取样分析一静置一出炉浇铸
[0047]具体而言:
[0048]第一步加热感应电炉加入电解铜并用木炭覆盖，升温将铜充分熔化；
[0049]第二步添加锌、锡、铋、铝精料并搅拌均匀；
[0050]第三步添加精炼剂搅拌均匀，精炼剂的组成按质量百分比计:硅砂50%、苏打45%、冰晶石5% ；
[0051 ] 第四步依次添加铜砷中间合金、铜硼中间合金、铜钛中间合金、铜锆中间合金，然后搅拌均匀；
[0052]第五步再次充分搅拌均匀，取样分析，调整成分，清渣，在980°C -1020°C保温，静置15分钟，使杂质沉淀或上浮，净化合金液；
[0053]第六步升温至1040°C -1070°C出炉浇铸。
[0054]上述第五步中取样分析包括以下内容:
[0055](I)化学成分分析，由光谱仪进行分析，依据分析结果调整元素比例；
[0056](2)金相晶粒检测，由金相显微镜进行检测，铸造性能测试；
[0057](3)镜面抛光，金相显微镜检测硬质点夹杂物。
[0058]表1无铅黄铜合金配方(元素组成质量百分比)
[0059]
【权利要求】
1.一种无铅黄铜合金，其按质量百分比计组成为: 铜59%~69% 锡 0.2%~0.7% 铋 0.6%~1.8% 铝 0.4%~0.75% 砷 0.02%~0.11% 硼 0.01% ~0.06% 钛 0.01%~0.05% 锆 0.01% ~0.04% 铅≤0.05% 铁≤0.3% 镍≤0.5% 磷≤0.015% 锑≤0.015% 镉 ≤ 0.001% 铬≤0.001% 余量为锌和不可避免的杂质。
2.如权利要求1所述的无铅黄铜合金，其按质量百分比计组成为: 铜60~65% 锡 0.4 ~0.6% 铋 0.6 ~1.2% 铝 0.5 ~0.7%
砷 0.03 ~0.1 % 硼 0.01 ~0.04% 钛 0.01 ~0.03% 锆 0.01 ~0.03% 铅≤0.05% 铁≤0.2% 镍≤0.5% 磷≤0.01% 锑≤0.01% 镉 ≤ 0.001% 铬≤0.001% 余量为锌和不可避免的杂质。
3.如权利要求1或2所述的无铅黄铜合金，其中砷和硼的含量之比为2~2.5: 1。
4.如权利要求1或2所述的无铅黄铜合金，其中钛和锆的含量之比为1:1~1.2。
5.如权利要求1或2所述的无铅黄铜合金，其中砷、硼、钛、锆的含量之比为2:1:1:1。
【文档编号】C22C9/00GK103725919SQ201410014565
【公开日】2014年4月16日 申请日期:2014年1月3日 优先权日:2014年1月3日
【发明者】杨桂香, 杨景周, 杨景浩 申请人:安新县华昌合金厂