[发明专利]一种无铅易切削锡镁黄铜合金

说明书

技术领域

本发明涉及一种无铅易切削锑镁黄铜合金，属黄铜合金材料的制造技术领域。

背景技术

铅黄铜具有优良的冷热加工性，极好的切削性能和自润滑性等特点，可满足各种形状零部件的机加工要求；广泛应用于五金件、手表零件、汽车零件、制冷设备、家电以及自来水工程等方面。医学研究表明，铅对人体造血和神经系统，特别是儿童的肾及其它器官损害较大。因此，世界各国均重视铅造成的危害和污染，相关的法令法规都严格限制和禁止铅黄铜的使用。研究开发无铅黄铜的关键技术是采用其它元素来代替铅，解决铜合金加工性能和使用性能的矛盾，如通过添加铋、镁、锑、硅、碲等代替铅，来提高无铅黄铜的易切削性能，目前这方面已取得一定的研究成果，如中国专利申请号02121991.5《无铅易切削黄铜合金材料和它的制造方法》，中国专利申请号200710035912.2《一种无铅易切削镁黄铜合金及其制备方法》等。

但这些产品的切削性能仍然比不上普通铅黄铜，耐腐蚀性和冷/热加工性能尚需进一步探索，需要进一步提高合金综合性能，降低成本，达到替代铅黄铜的目的。

发明内容

本发明的目的是提供一种配方设计合理，具有优异的切削性能和耐腐蚀性能的无铅易切削锡镁黄铜合金。

本发明为一种无铅易切削锡镁黄铜合金，包含有锌(Zn)，铜(Cu)等，其特征在于还同时包含锡(Sn)，镁(Mg)，稀土(Re)，各组分的组成按重量百分比计分别为：锌(Zn)35.0～41.0％，锡(Sn)0.5～2.5％，镁(Mg)0.2～2.0％，稀土(Re)0.02～0.2％，其余为铜(Cu)及总量不大于0.05％的杂质，各组分的重量百分比总和为100％。

所述的无铅易切削锡镁黄铜合金中还可加入硅(Si)，磷(P)，铝(Al)，锰(Mn)，硼(B)，铁(Fe)中的任一种或一种以上的混合物，其加入量不超过各组分重量百分比总和的1.0％。

所述硅的加入量可为各组分重量百分比总和的0.001～0.1％。

所述磷的加入量可为各组分重量百分比总和的0.001～0.1％。

所述铝的加入量可为各组分重量百分比总和的0.001～0.1％。

所述锰的加入量可为各组分重量百分比总和的0.001～0.1％。

所述硼的加入量可为各组分重量百分比总和的0.01～0.5％。

所述铁的加入量可为各组分重量百分比总和的0.001～0.1％。

以下对本发明所述各元素的功能和原因进行说明。

镁与铜形成的含镁化合物(MgCu₂和MgCu)以第二相粒子弥散分布于晶界或晶内，从镁黄铜的力学性能可以发现，含镁化合物(MgCu₂和MgCu)粒子具有脆而不硬的特性，与刀刃接触时在切应力的作用下易于破碎，破碎后与断口处接触的金属发生应力集中，很容易萌生裂纹并扩展，使切屑很快断裂而不连续长大，减小切屑的尺寸，起到了与铅类似的断屑作用。而且，含镁化合物粒子具有脆而不硬的特性也能减少切屑对刀刃的粘结作用，故合金切削性能较好。

单纯加入镁，会降低合金耐腐蚀性、强度和塑性，锡能够抑制黄铜脱锌，提高黄铜的耐腐蚀性能，并能够提高合金强度和塑性，因此，需要加入一定量的锡，以但减少加入镁后带来的副作用，锡含量少于0.5t％时效果不明显，锡含量超过2.5t％后反而会降低黄铜的性能，因此，合金组分中锡的含量为0.5t％-2.5t％。

稀土元素不能与铜形成间隙固溶体，因而稀土在铜中的固溶度极小，有利于稀土与其他元素形成化合物，稀土进入铜液后迅速与氧、铁等杂质元素形成高熔点的稀土化合物，在凝固过程中保持固态，部分化合物进入渣相而被除去，从而净化了基体和晶界；另有一部分细小的高熔点化合物颗粒残留于铜液中并弥散，铜液凝固时成为弥散的结晶核心，促进了合金的非自发形核，从而使晶粒得到细化。

另外，在合金中添加磷和硅能进一步改善金属的流动性，还可提高合金的强度，一般含量为0.001～0.1％，当含量过高时，会降低金属的塑性。

铝能进一步提高黄铜强度和耐蚀性能，但当含量高时，会出现硬而脆的γ相，使塑性大幅降低。铁、硼主要是起细化晶粒的作用，阻止晶粒的长大。铁与锡、铝等元素配合使用时，可使黄铜具有更高的强度和硬度，并可改善其在大气和海水中的耐蚀性。