[发明专利]无铅易切削铝黄铜合金及其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种无铅易切削铝黄铜合金，尤其涉及一种适合于低压铸造和锻造的无铅易切削铝黄铜合金及其制造方法。

背景技术

迄今，研究开发无铅或低铅易切削黄铜时，选择代铅元素遵循两个思路：其一是选择几乎不固溶于铜且不与铜形成金属间化合物的元素，如铋、硒和碲等；其二是选择在铜中有一定固溶液、且固溶度随温度降低而减小并与铜形成金属间化合物的元素，如锑、磷、镁、硅、硼和钙等。前者是人们长期以来所熟知的思路，后者是越来越为人们所认同的思路。实际研究开发中，基于工艺性能和使用性能以及市场对成本要求的不同，上述元素的取舍和含量范围的有所不同，从而构成多种多样的无铅易切削黄铜的发明，其中有关铋黄铜的发明专利最多，共有20余份。例如，深圳汇利邦公司的“含砷低铅黄铜”专利(公开号：101225487A)，披露的合金成分(wt％)为：57～62Cu，36～43Zn，0.01～1.0Al，0.05～2.5Bi，0.005～0.3As，Pb≤0.2，Sn≤0.65，另选择添加少量Ni、Fe、S等以及微量Si、Mg、Mn、Re(铼)等，不添加磷，该合金将砷作为主要合金元素之一，如取砷含量为中上限，取铅为0.1～0.2，二者在水中溶出量会超过NSF标准，不可用于饮用水供给系统的零部件，如水龙头阀体和闸阀阀体；美国科勒公司的“低铅铋黄铜”专利(授权公告号：CN1045316C)，披露的合金成分(wt％)为：55～70Cu，30～45Zn，0.2～1.5Al，0.2～0.3Bi，Pb≤1.0，Ni≤2.0，Fe≤1.0，In≤0.25，0.005～0.3Ag，另选择添加微量Ta、Ga、V、B、Mo、Nb、Co、Ti、Zr等，不含Si和P；宁波博威公司的“无铅易切削低锑铋黄铜合金及其制造方法”专利(公开号：CN1710126A)，披露的合金成分(wt％)为：55～65Cu，0.3～1.5Bi，0.05～1.0Sb，0.0002～0.05B，另选择添加Ti、Ni、Fe、Sn、P和RE(稀土金属)，余为锌和杂质，不添加Si、Al，如取Sb≥0.1，则Sb在水中溶出量会超过NSF标准；日本三越公司的“铸造用无铅耐蚀铋黄铜”专利(P2000-239765A)披露的合金成分(wt％)为：64～68Cu，1.0～2.0Bi，0.3～1.0Sn，0.01～0.03 P，0.5～1.0Ni，0.4～0.8Al，Fe＜0.2，余为锌和杂质，高铋、不添加硅。随着铋黄铜的应用日益广泛，其不足之处也日益显现，如热裂、冷裂倾向大，可焊性差，加工产品退火时要求较缓慢升温和降温等。这些问题的产生有一个共同的热力学上的原因：铋的表面张力(350达因/厘米)与铜的表面张力(1300达因/厘米)相差大，且铋不固溶铜、也不与铜形成金属间化合物，导致液态铋对铜及黄铜的α和β晶粒润湿良好，二者之间的二面角趋于零，凝固后铋以连续薄膜状分布在晶界上。目前，研究开发的铋黄铜主要是变形合金，含铋在0.5wt％以上，公开的铸造铋黄铜，如C89550(含0.6～1.2wt％Bi)，低压铸造时热裂倾向大，且焊接困难。

无铅或低铅易切削锑黄铜，具有优良的铸造、焊接、热加工成型和抗脱锌腐蚀性能，但锑比铅更毒，NSF/ANSI61-2007标准规定，饮用水中Sb≤0.6μg/L，Pb≤1.5μg/L(NSF61-2005规定Pb≤5μg/L)，不宜作饮用水供给系统的零部件。

无铅易切削硅黄铜是一种发展前景良好的黄铜，目前研究开发的无铅易切削硅黄铜主要是低锌变形硅黄铜，大多还添加了少量的铋，原材料成本较高。

铝黄铜耐腐蚀性优良，但切削性不够好。无铅易切削铝黄铜公开的专利和论文很少，已公开的专利有US3,773,504(1973)，是一种耐磨的Cu-Zn-Al-P系合金，日本专利特开2003-253358，是一种无铅易切削低锌铝黄铜(含有矾和硼等元素)。

发明内容

本发明的目的在于解决常用铝黄铜不易切削、现有铋黄铜热裂倾向大和难于焊接的技术问题，提供一种适合于低压铸造、重力铸造、水平连铸、锻造和焊接的环境友好型的无铅易切削铝黄铜合金。