[发明专利]一种适于锻造用易切削无铅黄铜合金及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种无铅的黄铜合金及其制备方法，尤其是涉及一种具有优异锻造性能的易切削黄铜合金及其制备方法。该合金特别适用于锻造各种黄铜合金机械零件，是一种具有优良锻造性能的环保型绿色金属材料。

背景技术

黄铜具有较好的机械性能，良好的耐腐蚀性及低廉的成本，应用范围广泛。为了改善黄铜的切削性能以及冷铆、锻造性能，一般在黄铜材料中添加1％～3％的铅。常用的铅黄铜主要有HPb59-1、HPb59-2、HPb63-3等。这些铅黄铜切削性、耐磨性优良，生产成本低，同时冷热加工性好，可通过不同的工艺进行成形，被广泛应用于各个领域，例如电子电器接插件、仪表零件、饮水系统的水管、水龙头、阀门、管接头以及汽车、消防和飞机上使用的液压阀件等。但是，铅黄铜及其制品在生产和使用过程中，会污染环境，伤害人体。

由于世界范围环境污染日益加剧，尤其是重金属“铅”的污染。“铅”吸入人体后，对人的身心健康影响很大，而且铅黄铜中的铅极易在水中溶出或在生产过程中挥发，从而污染环境和危害人体健康。目前，民用及工业供水系统的铜合金管件通常是采用C84400与C83600铜合金铸造而成的，C84400铜合金含铅量为7％，C83600含铅量为5％，这两种铜合金管件所含的铅，在供水过程中会部分地溶解于水中，导致水中的铅含量在50mg/L以上。根据美国NSF(饮用水中由45μg/L降至1.5μg/L)、日本JIS、德国DIN50930及欧盟的相关标准及法令规定：从2006年开始，水道的铅溶出标准必须从过去的0.05mg/L降低到0.01mg/L。目前，我国的水道铅溶出量远远高于0.05mg/L。

用于改善黄铜切削性能和加工性能的铅造成的污染和危害已经引起世界各国的重视。我国的铅黄铜产量每年约200万吨，加上乡镇企业和个体户生产未列入统计的部分，投放于社会的铅黄铜数量远不止这一统计吨位。特别是用于手表、电器、打火机、制锁和儿童玩具等行业的铅黄铜零部件，只有少量得到回收利用。随着我国国民经济的发展和人民生活水平的提高，对环境和各种卫生许可的要求将逐渐与国际接轨。所以，研制替代铅黄铜的无铅易切削黄铜是当前世界各国共同关注的热点，已成为材料工作者有待解决的重要研究课题。

近些年来，国内外对无铅黄铜也进行了不少的研究，研究的重点在于以无毒或低毒元素代替铅，来减少铅的污染。但是不含铅的一般黄铜，其切削性能差，不能满足精密机械加工的要求。因此，研究的重点就集中于通过改良黄铜中的成分组成，适当加入少量无毒害的元素代替铅的功能，达到易切削的目的，来满足工业上的需要，同时保护生态环境。

中国专利申请94192613.3公开了一种低铅的含铋黄铜，它的主要成分(重量％)是Cu：55～70％、Zn：30～45％、Bi：0.2～1.5％、Al：0.2～1.5％、Pb：0～1％。该合金是一种低铅的黄铜合金，该合金虽然铅含量很低，可以符合目前的应用，但对于日趋重视和提倡应用绿色环保型合金材料的形势，显然铅含量还是其一大缺点，并且该专利并没有对合金的塑性进行讨论。

中国专利申请200710066669.0公开了一种高锰的低铅黄铜，它由Cu：45～70％、Mn：7～30％、Pb：0.2～4％、X：0.0001～4，(重量％)，其中X为Fe、As、P、B、Cr、Li、Ni、Sn、Al中的至少一种，上述合金是一种含铅的高锰黄铜合金，所以不符合日趋无铅化的要求，并且其锻造性能也比较差，实际应用存在问题。

中国专利申请200510050425.4，公开了一种低锑铋黄铜合金及其制造方法，它由Cu：55～65％、Bi：0.3～1.5％、Sb：0.05～1.0％、B：0.0002～0.05％，其它元素：0.2～1.2％(重量％)，上述合金是一种含铋、锑的黄铜合金，由于合金中含有锑，合金的冷加工性能比较差，影响合金的后续加工性能。

中国专利申请200610005689.2公开了一种无铅铜合金，它由Cu：55.0-89％、Sn：0.1-10％、Ni：0.1-2.0％、Si：0-5.0％、Bi：0.1-5.0％、Se：0-3.0％、Al：0.01-1.0％、P：0.05-0.15％、RE：0.01％-0.5％(重量％)，上述合金是一种含铋的黄铜合金，铋、硒含量较高，容易在熔铸过程中形成缺陷，且成本高。