一种耐磨易切削黄铜管材及其制造黄铜管的方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于有色金属加工领域，特别涉及一种耐磨易切削黄铜管材及其制造黄铜 管的方法。
【背景技术】
[0002] 黄铜是以锌为主要元素的铜合金，其导热性能、力学性能、加工性能优良。一般为 了改善黄铜性能会添加锰、硅、铝、铁、铅、锡、镍等金属构成多元合金，通常称为复杂黄铜或 特殊黄铜。铅黄铜中铅不固熔于Cu-Zn合金，经过压力加工后，呈游离状态孤立相分布于固 溶体中，有相当强的润滑与减磨作用，使合金具有极高的可切削性能，且工作表面光洁。但 铅容易析出，对人体有影响，不适用于阀门、水龙头及饮用水管道，应用领域受限。国内在无 铅易切削黄铜棒材方面有较深的研宄和应用，先后开发了硅黄铜、铋黄铜、铝黄铜等。但因 其材料脆性问题，在轧制或拉伸过程中容易开裂，也仅限用于电子电器、接插件、仪表零件 及饮水系统的水管等。
[0003] 中国专利200510080322. 2 -种高强耐磨黄铜管材的制备方法，是基于一种以β 相为基的单相新型高强耐黄铜基体材材料，采用了以热加工为主的热挤制变形，会导致不 均匀变形程度加大，对改善耐磨相的分布及通过冷却有效控制α相数量不利；而且管材精 度控制不好(管材偏心量大)，切削加工性不好，无法达到制造大型、重载设备及精密零部件 加工要求。
[0004] 例如，液压泵缸体内孔所镶装的铜套材料为高强耐磨黄铜管，该铜管常规中不含 有铅，导致加工表面光洁度不足，在与摩擦副摩擦过程中容易划伤摩擦副或出现与摩擦副 工装配合不精密；与常规的普黄铜Η62、Η65黄铜管相比，以上黄铜管没有耐磨相，在摩擦过 程中非常容易出现磨损，最后导致零件失效。
【发明内容】
[0005] 本发明针对上述问题提供一种耐磨易切削黄铜管材及其制造黄铜管的方法，使黄 铜管材不仅有较好的耐磨性能，而且表面光洁度好，切削性好，易加工。
[0006] -种耐磨易切削黄铜管材，其组成配比为60_65wt%铜、0. 5-3. 5wt%猛， 0· 5-3. 5wt%硅，0· 2-3. 0 wt%铅，0· 05-0. 2wt%铁，0· 1-0. 3 wt%镍，0· 1-0. 3 wt%铝，余量为 锌以及不可避免杂质，不可避免的杂质总量不大于〇. lwt%，上述元素形成的金相组织以α 相为基体，加少量β相和硅锰耐磨相的易切削黄铜管材。
[0007] 作为改进，耐磨易切削黄铜管材组成配比为61. 0-63. Owt%铜、I. 5-2. 5wt%锰， 0.5-1.5?^%娃，0.5-1.〇￥七％铅，<0.1￥七％铁，<0.1?^%镇，<0.1￥七％错，余量为锌以及 不可避免杂质，不可避免的杂质总量不大于0. lwt%。
[0008] 再改进，锌含量控制在成分32. 5% -35. Owt %，铝含量在以下0. lwt%，以确保材料 金相组织是以α相为基体，加15-20% β相和硅锰耐磨相。
[0009] 再改进，铅含量为1. 0-2. 0 wt%，提高材料的切削性和耐磨性。
[0010] 一种耐磨易切削黄铜管的制造方法，首先将电解铜、锰铜合金、硅铜合金、铁铜合 金、铅锭、镍铜、锌锭依次加入感应电炉内熔炼，熔炼温度为1030~1080°C，待全部金属熔 化后，保温5 - 30分钟；进行铜合金锭浇铸，浇铸温度1030~1050°C;然后将铜合金铸锭加 热到550~700°C进行热挤压；热挤压后的挤压坯在450~650°C下进行均匀化退火，均匀 化退火后的半成品进行冷轧一拉伸，接着在300-700°C下进行退火，最后锯切精整。
[0011] 恪炼一挤压一均勾化退火一冷乳一退火300-700°C-据切、精整一成品。
[0012] 作为改进，所述冷轧一拉伸工艺过程中单道次延伸系数必须大于1. 2,纠正管材偏 心效果好，成品管材的偏心量小于〇. 3mm。
[0013] 再改进，为确保管材α相比例大于70%，所述均匀化退火温度控制在400~ 600。。。
[0014] 本发明为了提高黄铜合金的耐磨性和易切削性能，在改变黄铜合金成分组成上采 用加入少量的铅、锰、硅、铁、镍等元素构成复杂的多元合金，其中铜与锌的组成比例注重控 制Cu为61~63%、Zn为32. 5~35%，以使合金中形成以α相为基体，加入上述五种元素 以形成少量（α+β )相，以使合金中α相/ ( α+β )相的比例保持在相当于锌当量为35% 以下，以维持此多元合金中α相为基体，加15~20%的β相和均匀分布在α、β相基体 上少量的猛娃耐磨相。
[0015] 铅元素是提高合金切削性能的重要因素，铅在铜中的固溶度极低，固态下，铅以游 离态的独立相分布的晶界和相界上。铅的熔点低，在合金中形成软、弥散的小质点，从而割 断了基体的连续性，在切削过程中使切肩容易断裂脱落，同时切削时铅在刀刃的接触面上 就有大量软的铅质点存在，相当于减小了切削层面积，使得刀具磨损减小，切削温度和切削 力降低，达到易切削的目的。但铅黄铜金相组织含有α相和（α+β)两种，因此铅加入量 应小于3.0%以下，对于提高切削性和维持恒定的α相致关重要。
[0016] 锰元素，锰的加入可使金相组织的α相区缩小，在固态黄铜中有较大溶解度，具 有显著的固溶强化，既提高合金强度又不降低其可塑性，对于提高黄铜合金的耐磨性和可 切削性有较大作用，但锰加入量超过4%时会折出硬脆相、降低可塑性。
[0017] 硅元素，黄铜中加入适量的硅元素，在铜锌合金中加入1%硅后，金相组织相当于 在合金中增加40%锌的合金组织，硅的锌当量相当于10,使铜锌合金中的α /( α + β )相界 移向铜侧，缩于合金组织中的α相区，硅的适量加入还可有效抑制铅的析出，维持良好易 切削性延伸率和耐磨性，特别适合阀体材料、蒸气和水管配件。
[0018] 硅元素在铜锌合金中主要与合金中加入的锰元素，形成金属间化合物Mn3Si,起细 化晶粒与提高合金抗磨损性能的作用；锰元素在铜锌合金中有较大的溶解度，锰的作用在 于强化基体以及与合金中的硅而形成高硬度Mn 5Si3中空耐磨质点，减少磨损，提高合金的 耐磨性。
[0019] 铁主要是起细化晶粒、阻止晶粒长大的作用，能提高软化点，增加强度，提高冷热 加工性能。铁含量大于0.3 wt%时，会降低耐蚀性能，而且在合金中形成硬件质点，严重磨 损车刀。
[0020] 铝元素加入后缩小α相区，形成β相的趋势大，强化效果好。在熔炼中能形成氧 化铝保护膜，阻止锌蒸发，从而减少锌烧损。同时，铝能提高耐磨性、耐蚀性、弹性等。在成 品中Al的表面离子化倾向比锌的大，优先形成致密而坚固的氧化铝膜，可防止合金的进一 步氧化。但Al含量高时，会出现γ相，提高合金的强度和硬度，大幅度降低塑性，不利于后 道加工。
[0021] 镍在黄铜中使α相区扩大，向高锌黄铜中添加镍，可获得含有少量β相的高强度 合金。同时具有提高强度、韧性、抗脱锌及抗应力腐蚀开裂作用，且压力加工性能较好，有研 宄表明：加入Ni可以达到显著细化晶粒的效果。
[0022] 本发明与普通黄铜管材相比的技术优点：以铜锌合金为基，通过能形成耐磨相的 合金元素如硅、锰和少量铅元素，构成以基于α相为基体，加15~20%β相和均匀分布于 α、β相基体上少量硅锰耐磨相Mn5Si3的易切削黄铜管材；并采用挤压一冷轧工艺，减少或 消除金属横向裂纹缺陷，使黄铜管材表面光洁度好，易切削加工，强度和韧性更高，耐磨性 能更加稳定。
【附图说明】
[0023] 图1为本发明α相能谱图。
[0024] 图2为本发明β相能谱图。
[0025] 图3为本发明硅锰相能谱图。
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