[发明专利]无铅易切削黄铜合金型材及其制造方法

说明书

技术领域

本发明属于金属合金制造技术领域，尤其与一种无铅易切削黄铜合金型材及其制造方法有关。

背景技术

目前，为改善黄铜的某些性能，通常向黄铜中加入少量其他元素。铅黄铜就是利用铅来提高合金的铸造性能、改善合金的切削加工性能，满足各种形状零部件的机械加工，提高精密零件的表面光洁度和生产加工效率。铅黄铜被广泛应用于电子、水暖卫浴、电器、汽车等领域，但采用铅黄铜制造的管道和阀门表面的铅会随着水的冲刷、浸泡或与水中的其它物质发生反应而进入水中，对人体血液和神经系统造成不可逆转的损伤，严重的会造成血铅、脑铅中毒，引起神经受阻、智力迟钝、痴呆、好动等不良后果，对环境和人的生命健康产生了不利影响。欧盟、美国和中国等相继提出了对含铅合金的政府限令，因此含铅合金的应用将面临严格的限制。开发无铅的环境友好合金来代替含铅合金，是当今世界金属材料制造业所面临的刻不容缓的课题。

发明内容

本发明要解决的技术问题和提出的技术任务就是要克服现有铅黄铜合金技术存在的合金中的铅会随着水的冲刷、浸泡或与水中的其它物质发生反应而进入水中，对环境和人的生命健康产生不利影响的缺陷，提供一种具有良好的切削性能、优异的冷、热加工成型性能，铅溶出量低、性能稳定、能有效降低因铅黄铜的广泛使用而造成的铅污染的无铅易切削黄铜合金型材，以及制造该无铅易切削黄铜合金型材的方法。为此，本发明采用以下技术方案：

无铅易切削黄铜合金，包含铜、锡、锌等，其特征是：所述的无铅易切削黄铜合金还同时包含有锑、富铈混合稀土和铁，其各组分的组成按重量百分比计分别为：铜57％～61％，锡0.1％～0.2％，锑0.1％～0.5％，富铈混合稀土0.05％～0.12％，铁不大于0.5％，其余为锌和总量不大于0.5％的杂质。

无铅易切削黄铜合金型材的制造方法，工艺路线为配料→熔炼→分析→铸造→挤压→检验→拉伸→检验→退火→精整→检验→成品，其特征是：在熔炼工艺上，将锑熔炼成中间合金，在合金熔炼过程中采用气体保护；在挤压工艺上，挤压温度不超过680℃，挤压速度不超过50mm/S。

作为对上述技术方案的进一步完善和补充，本发明还包括以下附加技术特征：

无铅易切削黄铜合金型材各组分的最佳组成按重量百分比计分别为：铜59％，锡0.13％，锑0.4％，富铈混合稀土0.08％，铁不大于0.5％，其余为锌和总量不大于0.5％的杂质。

本发明主要选择以“锑”替代对环境和人体危害较严重的“铅”，并通过添加微量的富铈混合稀土改善铸态组织中富锑相的分布，具有以下突出特点和有益效果：具有良好的切削性能、优异的冷、热加工成型性能，铅溶出量低、性能稳定、能有效降低因铅黄铜的广泛使用而造成的铅污染。

附图说明

图1是未添加微量富铈混合稀土的黄铜合金金相图(100倍)。

图2是添加了微量富铈混合稀土的黄铜合金金相图(100倍)。

具体实施方式

本发明所述的无铅易切削黄铜合金型材是在铜锌合金熔体中，按成分配比及加料顺序，加入铜锑中间合金和富铈混合稀土等材料，制备出无铅易切削黄铜合金型材。其各组分的加入量按重量百分比计分别为：铜57％～61％，锡0.1％～0.2％，锑0.1％～0.5％，富铈混合稀土0.05％～0.12％，铁不大于0.5％，其余为锌和总量不大于0.5％的杂质。锑在室温下在铜基体中固容量小，生成富锑相偏聚在基体的晶界上。如图1所示，单纯的添加合金元素锑生成的富锑相组织粗大，偏聚在晶界上的富锑相会导致黄铜脆性增大，造成冷、热加工性能变差。如图2所示，在合金中添加微量的富铈混合稀土可以细化和改善铸态组织中富锑相的分布，细化了晶粒，提高材料的塑性、韧性和强度，并进一步降低富锑相的晶界偏聚倾向，使合金具有优异的冷、热加工成型性能。

本发明所述的无铅易切削黄铜合金型材具体的制造工艺路线是配料→熔炼→分析→铸造→挤压→检验→拉伸→检验→退火→精整→检验→成品。该工艺路线中最关键的是熔炼、挤压工艺。在熔炼工艺上，先将锑熔炼成中间合金，从而有利于快速熔炼并保证合金成分和组织的均匀性。由于熔炼过程中容易产生二次氧化，影响铸锭的内部质量，因此在合金熔炼过程中采用气体保护，以防止低熔点金属挥发和造成二次氧化夹杂。在挤压工艺上，挤压温度不超过680℃，挤压速度不超过50mm/S。

本发明所述的无铅易切削黄铜合金型材技术性能为：

 

抗拉强度(σb)延伸率(δ)硬度(HV)铅溶出量≧340MPa≧12％80～130<0.01mg/L。