本发明涉及一种黄铜合金，本发明还涉及黄铜合金的制备方法。
背景技术：
：铅黄铜具有优良的冷热加工性能、好的切削性能，可以满足各种形状零部件的加工，因此铅黄铜被公认为重要的基础材料，广泛应用于民用供水系统的管道连接件、电子通用器械接插件、家用电器、儿童玩具以及汽车制造业中的紧固件等领域。但是铅是一种对环境和人体有害的元素，使人会造成血铅、脑铅中毒、神经受阻、智力迟钝、痴呆等不良后果。近年来各国的医学专家认为铅黄铜对人类健康和环境卫生构成巨大的威胁。因而各国都提出对含铅黄铜合金应用的限令，日本政府已将铅在水中的浸出量限制在0.01mg/l。最近，美国、日本、欧盟、中国等国家对铜合金中的铅含量分别做出了严格控制的限令，因而含铅黄铜的应用将受到严格的限制和挑战。所以开发无铅易切削黄铜合金来代替含铅黄铜是世界金属材料制造业刻不容缓的重大课题。目前，如美国、德国、日本也发明了不含铅的黄铜合金。如美国黄铜合金牌号C89510、C89520、C8953，申请号为200410004293.7的中国发明申请《无铅铜合金和其应用》(公开号：CN1524970A)申请人为威兰德－沃克公开股份有限公司；申请号为02121991.5的中国发明专利申请《无铅易切削黄铜合金材料和它的制造方法》(公开号为CN1461815A)，申请人为三越金属株式会社。国内外已有一些单位及学者开展了无铅铜合金的研究工作，如下：中南大学粉末冶金国家重点实验室的黄劲松等人研究了无铅易切削镁黄铜的组织与性能，采用熔铸、挤压、拉拔的方法生产出了以镁代铅的环保型易切削黄铜材。对易切削黄铜的微观组织进行了观察，并对其力学、化学和切削性能分别进行了研究。其设计成分为：Zn:40.0-41.8％；Mg:0.2-1.3％；Bi:0-0.2％；Si:0-0.2％；Al:0-0.2％；RE:0.1-0.4％；p:0.1％；其它元素：0.2-0.3％；余为Cu。含镁化合物在晶内和晶界的分布将有利于黄铜在切削时断屑，有效地提高合金的切削性能。半硬态镁黄铜的抗拉强度550MPa.屈服强度大约为28OMPa，延伸率为16.30％断面收缩率为32.4％,镁黄铜的综合力学性能优良。见“无铅易切削镁黄铜的组织与性能”黄劲松等著，《材料科学与工程学报》2006(6)：854-857。华南理工大学机电工程学院的朱权利等人进行了无铅易切削镁锑黄铜的研究，镁锑黄铜中的镁、锑和铜形成复杂金属间化合物颗粒，具有脆而不硬的特点，且均匀弥散分布于基体中。在切削过程中，金属间化合物颗粒与刀刃接触时在剪切应力的作用下，易于破碎，颗粒破碎后，与破碎处接触的金属产生应力集中，很容易产生裂纹并扩展，使切屑断裂，从而改善切削性能。见“无铅易切削镁锑黄铜的研究”朱权利等著，《机电工程技术》2008(4)：52-54。北京科技大学材料学院的杨斌等人进行了无铅易切削硒铋黄铜的研究，合金的化学成分(质量分数，％)为：60.0Cu，0.8Bi，0.2Se，余为Zn。Bi可以改善铜合金的切削性能，这是由于铋本身是一种较脆，硬度较低的金属。Cu、Zn、Se.Bi四种元素组成的金属间化合物也是一种脆性相，因此它们的存在可视为合金基体中产生了微小的空间.从而割断了基体的连续性，成为应力集中源，产生所渭的“切口效应”。从而改善切削性能。“无铅易切削镁锑黄铜的研究”朱权利等著，《机电工程技术》2008(4)：52-54。中南大学发明一种无铅易切削镁硅黄铜，各元素的质量分数分别为：铜58％-80％，镁0.2％-3.5％，硅0.2％-3.5％，铝0-0.6％，但硅和镁的质量分数之和为1.2％-4.0％，杂质总量不超过0.05％，余量为锌。该黄铜具有良好的切削性能、加工性能，无冷脆、热脆现象，可以应用于水暖卫浴、玩具器件等领域。见申请号为200910042723.7的中国发明专利申请《一种无铅易切削镁硅黄铜》(公开号：CN101487091A)。中南大学研究出的无铅易切削铋锑黄铜的组织与性能，采用熔铸、挤压的方法生产出以Bi和Sb代铅的环保型易切削黄铜棒材。添加的Bi和Sb主要以单质或化合物方式存在于无铅黄铜的相内和相界处，Bi以单质颗粒存在于相界处，Sb以化合物形式存在于相内，添加Bi和Sb黄铜的切削性能比HPb59—1铅黄铜的优，合金的脱锌腐蚀性能良好。见“无铅易切削铋锑黄铜的组织与性能”肖来荣等著，《中南大学学报(自然科学版)》2009(1)。安徽工业大学材料科学与工程学院研究了无铅铋磷黄铜的结构和性能，通过添加磷和铋代替铅黄铜中的铅制得一种新的环保易切削黄铜。铋以脆且低硬度的化合物分布于晶界，磷和铜形成脆性的共晶组织，它们有利于提高合金的切削性能。该合金的切屑和HPb59-1相当，形状为C型屑。见“无铅铋磷黄铜的结构和性能”杨善宏等著《有色金属加工》2009(2)。北京有色金属研究总院研究出一种无铅的易切削镁铋黄铜合金，并申请发明专利，其主要成分包含，铜：50-62％、镁：0.5-3.0％、铋：0.1-1.0％，其余为锌和不可避免的杂质。其制造方法是将上述的合金组成在580-700℃挤压，在400℃温度下进行成品退火。所述的无铅易切削镁铋黄铜合金具有优良的切削性能及热加工性能。见申请号为200710098481.4的中国发明专利申请《一种无铅的易切削镁铋黄铜合金》(公开号为CN101286714A)。技术实现要素：本发明所要解决的技术问题是针对上述的技术现状而另外提供一种无铅易切削黄铜合金。本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种无铅易切削黄铜合金，其特征在于包括如下组分及其重量百分比：铜53.0～60.0％；锰1.5～3％；铋0.1～1.5％；铁2.5～3.0％；硅0.6～1.5％；其余为锌和总量不大于0.1％的杂质。作为优选，包括如下组分及其重量百分比：铜59.2％；锰1.55％；铋0.8％；铁2.7％；硅1.5％。进一步，所述的无铅易切削黄铜合金以α、β两相为主，以游离态的均匀分布与晶内、晶界的铋相，少量细小均匀分布于晶界的固溶态的含锰、含硅、含铁金属间化合物的硬脆相为辅。无铅易切削黄铜合金的制备方法，其特征在于包括如下步骤：铋以铜-铋中间合金的方式加入合金液中，锰、铁、硅、锌直接加入合金液中，采用中频感应电炉熔炼，熔炼温度为1180～1250℃，浇注出圆柱形无铅易切削黄铜合金锭。与现有技术相比，本发明的优点在于：由于该类合金铋、硒含量较高，成本高。本发明结合我国国情选用资源丰富价格低廉的铁、锰、硅，获得具有市场推广价值的新型无铅易切削黄铜，将会产生巨大的社会效益和经济效益。具体具有如下优点：1、属无铅黄铜材料，消除生产和使用中对环境和人体的危害。2、具有优异的冷热成形性、优良的切削性能和力学性能，较好的抗腐蚀性能，可以代替现有的铅黄铜，应用于民用供水系统的管道连接件、电子通用器械接插件、家用电器、儿童玩具以及汽车制造业中的紧固件等领域。3、价格低廉，可以较大程度地降低成本。4、生产工艺简单，易于操作，可实现规模化生产。具体实施方式以下结合实施例对本发明作进一步详细描述。实施例1其生产工艺流程方法如下：配料－熔铸－加热－挤压－退火－成品。具体过程为：采用中频感应电炉熔炼，按表1所示成分配料，先加入铜板和覆盖剂木炭，铜熔化后按照顺序加入锌锭、锰及铜－铋中间合金锭。搅拌均匀后，在1200℃下用铁模浇铸成黄铜铸锭，在760℃温度下进行挤压，在570℃温度下进行4小时热处理，以小于100℃/小时的冷却速度进行冷却，在360℃的温度下进行退火。实施例2其生产工艺流程方法如下：配料－熔铸－加热－挤压－退火－成品。具体过程为：采用中频感应电炉熔炼，按表1所示成分配料，先加入铜板和覆盖剂木炭，铜熔化后按照顺序加入锌锭、锰、硅及铜－铋中间合金锭。搅拌均匀后，在1200℃下用铁模浇铸成黄铜铸锭，在750℃温度下进行挤压，在550℃温度下进行4小时热处理，以小于100℃/小时的冷却速度进行冷却，在320℃的温度下进行退火。实施例3其生产工艺流程方法如下：配料－熔铸－加热－挤压－退火－成品。具体过程为：采用中频感应电炉熔炼，按表1所示成分配料，先加入铜板和覆盖剂木炭，铜熔化后按照顺序加入锌锭、锰、铁及铜－铋中间合金锭。搅拌均匀后，在1200℃下用铁模浇铸成黄铜铸锭，在740℃温度下进行挤压，在530℃温度下进行4小时热处理，以小于100℃/小时的冷却速度进行冷却，在280℃的温度下进行退火。实施例4其生产工艺流程方法如下：配料－熔铸－加热－挤压－退火－成品。具体过程为：采用中频感应电炉熔炼，按表1所示成分配料，先加入铜板和覆盖剂木炭，铜熔化后按照顺序加入锌锭、硅、铁及铜－铋中间合金锭。搅拌均匀后，在1200℃下用铁模浇铸成黄铜铸锭，在750℃温度下进行挤压，在510℃温度下进行4小时热处理，以小于100℃/小时的冷却速度进行冷却，在300℃的温度下进行退火。表1无铅易切削黄铜的成分组成实例实施例CuMnBiSiFeZn实施例160.001.70.700.82.5余量实施例259.201.550.801.502.7余量实施例353.001.50.100.62.55余量实施例458.903.01.501.353.00余量表2无铅易切削黄铜合金的力学性能实施例抗拉强度/MPa屈服强度/MPa延伸率/％实施例153042015实施例264044013实施例350038010实施例461045012C36000≥450≥350≥7其它性能如下：1.热加工性能：和C36000相当。2.切削性能：对比样为C36000含铅黄铜。实施例1：切削指数大于75％。实施例2：切削指数大于80％。实施例3：切削指数大于88％。实施例4：切削指数大于90％。3.耐腐蚀性能：无铅易切削黄铜合金挤压退火后按照GB10119－88脱锌实验方法进行脱锌实验，对比样为C36000含铅黄铜，所测得脱锌层的厚度如下。实施例1：平均脱锌层厚度400μm。实施例2：平均脱锌层厚度240μm。实施例3：平均脱锌层厚度450μm。实施例4：平均脱锌层厚度300μm。C36000：平均脱锌层厚度600μm。当前第1页1 2 3