[发明专利]一种复杂黄铜及其制备方法和应用

说明书

技术领域

本发明属于合金材料技术领域，涉及一种复杂黄铜，所述复杂黄铜不含铅，且具有良好的机械性能、耐磨性以及切削性，为了方便本领域技术人员顺利实施，本发明还进一步的公开了所述复杂黄铜的制备方法，并且还列举了所述复杂黄铜的应用。 

背景技术

目前增压器部件（止推片、浮动轴承）使用的铜合金主要有五种：复杂黄铜CW713R和锡（铅）青铜SAE620、SAE660、SAE67N和C93500，表1显示了五种铜合金的组成成分以及相应的机械性能。 

表1  

目前，欧盟汽车法规中规定汽车部件逐步禁止使用含铅的合金材料（即要求合金中Pb<0.1%），其中蜗轮增压器部件中的无铅化在2014年实施。除了无铅化要求外，增压器部件特别是浮动轴承的加工现多采用自动车完成，必须要有良好的切削性能来保证加工的顺利完成和产品表面的粗糙度。

从表1中可以看出，CW713R复杂黄铜总体性能良好，可以满足各种条件下增压器部件的要求，但这种复杂黄铜含有铅，其余四种铜合金或适用于浮动轴承，或适用于止推片。在上述五种铜合金中，只有SAE620合金基本不含铅，但SAE620合金由于其组织特点不适用于乘用车增压器的工况。 

目前来看，还没有一种铜合金既能在元素组成上不使用铅，又能保证拥有良好的综合性能。 

  

发明内容

本发明所要解决的技术问题是现有铜合金无法在无铅化的前提下达到良好的综合性能（例如切削性、抗拉强度、屈服强度、延伸率等），并针对该问题提供一种复杂黄铜。所述无铅化是指不添加铅，复杂黄铜中可能微量的铅（要求必须小于0.1%）均来自原材料各种元素中作为不可避免微量杂质形式存在的铅。 

本发明所述复杂黄铜，以重量百分比表示，包括： 

Cu 59.0-63.0%、Mn 1.2-4.0%、Si 0.8-2.8%、Al 1.0-2.5%、Sn 0.1-0.5%；其余为Zn。

上述复杂黄铜中铅含量至少小于0.1%。 

合金化元素铝和硅能够显著的缩小黄铜中的α相区，提高黄铜的强度和硬度，降低复杂黄铜的塑性；锰元素在黄铜中具有较高的固溶度，提高黄铜的强度和耐蚀性；同时在黄铜中添加锰、铝以及硅，可以形成高硬度的Mn₅Si₃等金属化合物，是所述复杂黄铜具有良好的耐磨性的基础。另外，铝还能在黄铜表面形成致密而坚固的氧化铝膜，提高复杂黄铜的耐蚀性，锰和硅也能大大增强复杂黄铜对海水、氯化物和过热蒸汽的抗腐蚀作用。 

一般的，本发明将锰、硅以及铝元素控制在Al 1.0-2.5%、Mn 1.2-4.0%、Si 0.8-2.8%。铝含量大于2.5%时，复杂黄铜中的α相区将不会出现，虽可继续提高强度，但降低了复杂黄铜的塑性，锰硅的含量配制能够使复杂黄铜拥有足够的强化相（例如Mn₅Si₃等），而又不至于聚集成大颗粒，影响使用性能。 

本发明还发现，在上述锰硅铝范围下，铜含量低于59%，复杂黄铜中的α相不能出现，铜含量过高，α相数量增加，γ相不再出现，切削性能将快速恶化，表现为切屑呈连续卷状，因此要求铜含量在59.0-63.0%。另外，本发明还将锰硅的质量比设在1.3-1.8之间，这一比例区间和形成锰硅化合物Mn₅Si₃的质量比相比，硅有50%左右的过量，硅是缩小α相区最强的元素，能够显著增加合金锌当量，过量的硅进一步提高了复杂黄铜β（β＇）相的硬度和脆性，并且有少量的γ相出现，这种γ相细小硬脆，破坏切屑的连续性，从而提高复杂黄铜的切削性能，锰硅两元素质量比过高，切屑会呈连续卷状，不利于加工时排屑，过低，将恶化合金的塑性。 

另外0.01%以上的锡就可以提高合金的抗脱锌腐蚀能力，为降低贵金属元素的使用量，且具有明显的效果，把锡含量控制在0.1-0.5%。 

铁和镍是两种在复杂黄铜制备中可能引入的杂质元素，例如，为节约生产成本，本发明所需要的各种元素原料用于制备复杂黄铜后，可以将在这一过程中产生的料屑重新作为原料用于制备复杂黄铜，而料屑中就很有可能会引入铁和镍，因此，对铁和镍元素对所述复杂黄铜性能影响方面的研究至少有助于复杂黄铜制备成本的降低，本发明发现铁含量过高会形成高硬质点，对刀具寿命不利，故一般限制在0.7%以下，镍在复杂黄铜中以固溶状态存在，试验发现，镍含量高于0.4%时，会影响切削性，通常限制在0.3%以下。