專利名稱：一種低成本耐蝕環保易切削黃銅及其制備方法
技術領域：
本發明涉及合金材料技術領域，具體涉及一種低成本耐蝕環保易切削黃銅及其制備方法。
背景技術：
傳統鉛黃銅是在銅和鋅合金的基礎上，在黃銅中加入鉛，具有高強度和良好冷加工性能的多元合金。鉛黃銅以其優異的成型性能、易切削性能和耐腐蝕性能而廣泛應用在各個制造領域。但鉛是一種有害元素，鉛污染是影響人體和環境的重要污染源之一。隨著人們生活水平的提高和工業制造所造成的污染對人們健康的損害，越來越多的人已意識到環保的重要性，并在全球范圍內以法律、法規來限制有害物質的使用量，以提高環保，保證工業 的可持續發展。歐盟、美國、中國等國家相繼提出了對含鉛合金的政府限令，因此含鉛合金的應用面臨嚴格的限制。中國國內很早就認識到研究無鉛易切削銅合金的重要性。海亮集團的汪治軍、張天莉等探索用鉍取代鉛黃銅中的鉛，申請專利中公布的合金成分為銅(Cu)57. 0%-63. 0%,鉍(Bi)O. 1-3.5%，鐵(Fe)彡0.5%，錫(Sn)彡0.5%，其余為鋅(Zn)及總量不大于O. 05%的雜質。成份中的Bi和Sn為重有色金屬。寧波博威集團對無鉛易切削黃銅也進行了一系列研究，申請專利為易切削高錳銅合金(Cu 45. 0% 60. 0%，Mn 30. 1% 36. 0%，Al0.5% 2.3%，Ni 0.5% 2.0%，Pb 0.3% 2.8%，P 0.01% 0.10 %，Zn 余量)和易切削的無鉛耐蝕低硼鉍黃銅合金(銅57 64wt%、鉍0. 6 2. 5 丨％、硼0. 0003 O. 025wt%、錳0. 01 O. 2wt%和銻0. 002 O. 02wt%，Zn余量)，易切削高錳銅合金成份中仍含有少量Pb，易切削的無鉛耐蝕低硼鉍黃銅合金成份中鉍和銻為重有色金屬。上述合金存在的問題是原材料中含有重有色金屬，不容易獲得，且價格昂貴；需要特殊的制造設備，增加了加工成本；切削性能還是不如鉛黃銅，影響其應用效果。
發明內容
本發明要提供一種低成本耐蝕環保易切削黃銅及其制備方法，以克服現有技術存在的價格昂貴、加工成本高和切削性能不夠理想的問題。一種低成本耐蝕環保易切削黃銅，為60Cu-Zn-Si-Al-Mg_Ti合金，其成分含量為Cu60-62%, SiO. 5-1%,Mgl. 5-2%, Al2. 0-2. 4%, TiO. 05-0. 1%，其余為 Zn 和總量不大于 O. 05%的雜質。一種低成本耐蝕環保易切削黃銅，為60Cu-Zn-Si-Al-Mg_Ti合金，其成分含量為Cu60%, Sil%, Mgl. 5%, A12. 4%, TiO. 05%，其余為 Zn 和總量不大于 O. 05% 的雜質。上述低成本耐蝕環保易切削黃銅的制備方法是試驗所用材料包括，純度99. 99%的電解銅板，純鎂、鋁箔、純鋅錠、高純硅、純鋁、Ti以Al-Ti合金形式，木炭作為熔煉時的覆蓋劑，具體步驟如下一、按照合金成分設計進行切割、稱量，將石墨坩堝加熱至680±5°C，二、第一次加料前在石墨坩堝底層撒一層木炭，將硅、鋅、銅依次放入石墨坩堝中，并將硅放在最低端；三、當觀察到硅徹底熔化時，將爐內的溫度升到1090±5°C，繼續加熱，觀察到銅完全熔化的時候二次加料，由于鎂的燃點較低，容易燃燒，并且產生“噴火”現象，所以用鋁箔將鎂和變質劑包裹起來，一同壓入合金液中，撒ー層木炭覆蓋劑；四、待鎂和變質劑完全熔化后加入脫氧劑磷銅，將爐子溫度升至1175±5°C，保溫10分鐘；五、扒渣出爐進行澆注金屬型模具預熱溫度為400-450°C，將新配制的的氧化鋅水玻璃溶液涂在模具內表面上，熱處理工藝為670±5°C固溶3小時，油淬后在270°C時效I小時。本技術以鉛黃銅易切削原理為基礎，用微量的鋁、硅、鎂元素替代有毒的鉛元素，通過對變質劑的科學選擇及エ藝優化，采用普通鋳造エ藝得到了性能較優的60Cu-Zn-Si-Al-Mg-Ti合金。與現有技術比較，本發明的優點是
(I)合金的成分簡單，僅添加了 Si、Al、Mg、Ti四種元素，且Ti的用量很少，是通過中間合金Al-Ti進入合金中(沒有使用純鈦，純鈦價格昂貴)，所用Al、Mg均為最常用的輕有色金屬，所用Si為常用非金屬，極易獲得，價格便宜，同時不含任何重有色金屬、貴金屬或有毒元素，不會對人體造成傷害。(2)制備エ藝簡單，采用普通鋳造法，對設備要求低，使用普通的熔煉設備即可。(3)本發明提出的合金性能優異，綜合了已有發明中硅黃銅與鎂黃銅的優點，該合金具有高的強度、硬度，力學性能、切削性能和鋳造性能優異室溫抗拉強度達到522MPa，延伸率達到6. 78%，在I. 0%CuCl2溶液中腐蝕24小時后脫鋅層厚度僅為131 μ m，螺旋型流動性長度達93cm，切削性良好(與HPb59-l相當)。
圖I是60Cu-Zn-Si-Al-Mg-Ti合金的熱處理態金相組織 圖2是60Cu-Zn-Si-Al-Mg-Ti合金的脫鋅層厚度(平均值為131 μ m);
圖3是60Cu-Zn-Si-Al-Mg-Ti合金的螺旋型流動性測試(93cm)；
圖4是60Cu-Zn-Si-Al-Mg-Ti合金的切屑形貌。
具體實施例方式 下面將結合實施例對本發明進行詳細地說明。實施例I、一種低成本耐蝕環保易切削黃銅，為60Cu-Zn-Si-Al-Mg_Ti合金，其成分含量為Cu60%, Sil%, Mgl. 5%, A12. 4%, TiO. 05%，其余為Zn和總量不大于O. 05%的雜質。實施例2、一種低成本耐蝕環保易切削黃銅，為60Cu-Zn-Si-Al-Mg_Ti合金，其成分含量為Cu62%, SiO. 5%, Mg2%, A12. 0%, TiO. 1%，其余為Zn和總量不大于O. 05%的雜質。實施例3、一種低成本耐蝕環保易切削黃銅，為60Cu-Zn-Si-Al-Mg_Ti合金，其成分含量為Cu60%, SiO. 5%, Mg2%, A12. 4%, TiO. 05%，其余為Zn和總量不大于O. 05%的雜質。實施例4、一種低成本耐蝕環保易切削黃銅，為60Cu-Zn-Si-Al-Mg_Ti合金，其成分含量為Cu62%, Sil%, Mgl. 5%, A12. 2%, TiO. 08%，其余為Zn和總量不大于O. 05%的雜質。實施例1-4的制備方法是試驗所用材料包括，純度99. 99%的電解銅板，純鎂、鋁箔、純鋅錠、高純硅、純鋁、Ti以Al-Ti合金形式，木炭作為熔煉時的覆蓋劑，具體步驟如下一、按照合金成分設計進行切割、稱量，將石墨坩堝加熱至680±5°C，ニ、第一次加料前在石墨坩堝底層撒ー層木炭，將硅、鋅、銅依次放入石墨坩堝中，并將硅放在最低端；三、當觀察到硅徹底熔化吋，將爐內的溫度升到1090±5°C，繼續加熱，觀察到銅完全熔化的時候二次加料，由于鎂的燃點較低，容易燃燒，并且產生“噴火”現象，所以用鋁箔將鎂和變質劑包裹起來，一同壓入合金液中，撒ー層木炭覆蓋劑；四、待鎂和變質劑完全熔化后加入脫氧劑磷銅，將爐子溫度升至1175±5°C，保溫10分鐘；五、扒渣出爐進行澆注金屬型模具預熱溫度為400-450°C，將新配制的的氧化鋅水玻璃溶液涂在模具內表面上，熱處理工藝為670±5°C固溶3小時，油淬后在270°C時效I小時。上述實施例中，以實施例I為最佳實施例，其實驗結果說明如下
參見圖I,圖中可以看出
60Cu-Zn-Si-Al-Mg-Ti合金熱處理態組織是由基體β相和第二相Y相組成，晶界處的Y相幾乎完全溶解，晶界細化；Y相主要分布在基體中，β相晶粒尺寸約為70 μ m。參見圖2，圖中可以看出
腐蝕層與基體層界面呈現凹凸性，脫鋅層最大厚度為154 μ m,平均厚度131 μ m，層中、不存在裂縫，說明脫鋅層穩定。而鉛黃銅的脫鋅層平均值為300 μ m。60Cu-Zn-Si-Al-Mg-Ti合金的脫鋅層明顯較低，說明其具有更好的耐蝕性。參見圖3，圖中可以看出
60Cu-Zn-Si-Al-Mg-Ti合金的螺旋型試樣長度達到930mm，而鉛黃銅的螺旋型流動長度一般為900mm，說明60Cu-Zn-Si-Al_Mg-Ti合金具有更好的流動性。參見圖4，圖中可以看出
60Cu-Zn-Si-Al-Mg-Ti合金的切削屑形貌主要由螺旋狀切屑組成，平均長度約為2-8mm。由于螺旋狀切屑優于塊狀切屑、片狀切屑，這說明60Cu-Zn-Si-Al_Mg-Ti合金具有良好的切削性。
權利要求
1.一種低成本耐蝕環保易切削黃銅，其特征在于為60Cu-Zn-Si-Al-Mg-Ti合金，其成分含量為 Cu60-62%, SiO. 5-1%, Mgl. 5-2%, Al2. 0-2. 4%, TiO. 05-0. 1%，其余為 Zn 和總量不大于O. 05%的雜質。
2.根據權利要求I所述ー種低成本耐蝕環保易切削黃銅，其特征在干為60Cu-Zn-Si-Al-Mg-Ti 合金，其成分含量為 Cu60%，Sil%, Mgl. 5%, A12. 4%, TiO. 05%，其余為Zn和總量不大于O. 05%的雜質。
3.—種制造如權利要求I或2所述ー種低成本耐蝕環保易切削黃銅的制造方法，其特征在于所述方法是試驗所用材料包括，純度99. 99%的電解銅板，純鎂、鋁箔、純鋅錠、高純硅、純鋁、Ti以Al-Ti合金形式，木炭作為熔煉時的覆蓋劑，具體步驟如下一、按照合金成分設計進行切割、稱量，將石墨坩堝加熱至680±5°C，ニ、第一次加料前在石墨坩堝底層撒ー層木炭，將硅、鋅、銅依次放入石墨坩堝中，并將硅放在最低端；三、當觀察到硅徹底熔化吋，將爐內的溫度升到1090 ± 5 °C，繼續加熱，觀察到銅完全熔化的時候二次加料，由于鎂的燃點較低，容易燃燒，并且產生“噴火”現象，所以用鋁箔將鎂和變質劑包裹起來，一同壓入合金液中，撒ー層木炭覆蓋劑；四、待鎂和變質劑完全熔化后加入脫氧劑磷銅，將爐子溫度升至1175±5°C，保溫10分鐘；五、扒渣出爐進行澆注金屬型模具預熱溫度為400-4500C，將新配制的的氧化鋅水玻璃溶液涂在模具內表面上，熱處理工藝為670±5°C固溶3小時，油淬后在270°C時效I小吋。
全文摘要
本發明涉及合金材料技術領域，具體涉及一種低成本耐蝕環保易切削黃銅及其制備方法。現有技術存在價格昂貴、加工成本高和切削性能不夠理想的問題。為克服現有技術存在的問題，本發明的技術方案是一種低成本耐蝕環保易切削黃銅，為60Cu-Zn-Si-Al-Mg-Ti合金，其成分含量為Cu60-62%，Si0.5-1%，Mg1.5-2%，Al2.0-2.4%，Ti0.05-0.1%，其余為Zn和總量不大于0.05％的雜質。本發明提出的合金性能優異，綜合了已有發明中硅黃銅與鎂黃銅的優點，該合金具有高的強度、硬度，力學性能、切削性能和鑄造性能優異。
文檔編號C22F1/08GK102703753SQ20121022676
公開日2012年10月3日 申請日期2012年7月3日 優先權日2012年7月3日
發明者李高宏, 梁艷峰, 董晟全 申請人:西安工業大學