專利名稱：一種易切削白色黃銅合金及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種白色黃銅合金及其制造方法，特別涉及一種易切削白色黃銅合金 及其制造方法。
背景技術(shù)：
現(xiàn)有的鑰匙坯料、電子電氣的接插件以及一些儀表零件都是以黃銅或白銅作為原 料。當(dāng)以黃銅為原料時，往往需要電鍍一層鎳或錫，保證以上產(chǎn)品具有銀白色美麗的外觀， 并且鍍層可以提高這些產(chǎn)品的耐腐蝕性能。但是這種生產(chǎn)流程較長，消耗能源與資源較多， 而且電鍍過程中的電鍍液對環(huán)境保護(hù)和人身健康不利，另外，當(dāng)鍍層磨損后，這些產(chǎn)品容易 腐蝕生銹。當(dāng)以白銅為原料時，生產(chǎn)流程較短，不用進(jìn)行電鍍處理。但是白銅含有部分鎳， 原材料成本居高不下，而且鎳元素對人體有致敏反應(yīng)和致癌傾向。因而國外發(fā)達(dá)國家已經(jīng) 限制與人體接觸的合金材料中鎳的含量并呼吁要取消與人體直接接觸的含鎳產(chǎn)品的使用。目前德國、日本、中國都發(fā)明了不含鎳的銀白色銅合金，其中例如中國專利申請?zhí)?97114874. 0說明書中公開的一種發(fā)明專利《合金，尤其是用于制造眼鏡框架、首飾等物的 合金》，是德國貝爾肯霍夫公司發(fā)明的一種無鎳白銅材料，其制造方法是Zn 3. 0-7. 0%,Μη 8. 0-13. 0%,Fe 0. 5-3. 5%,Al 4. 5-8. 0%，Cu余量。又如申請?zhí)?00106848. 2 說明書中公開 的一種發(fā)明專利《無鎳白色銅合金》，是日本YKK株式會社發(fā)明的一種無鎳白色銅合金，是 一種由通式CuaZnbMneAld或CuaZnbMneAldXe表示的無鎳白色銅合金，其中X選自Si、Ti及Cr 的至少一種元素。b、c、d及e分別表示范圍如下，0. 5≤b < 5，7≤c≤17，及0. 5≤d≤4， 0 < e≤0. 3，a表示余量。以上不含鎳的銅合金可以使銅合金達(dá)到銀白色，但是這些合金Cu含量較高，原材 料成本依然較高，而且這些合金切削性能較差，不能適應(yīng)高速機(jī)加工條件，同時切削表面毛 糙。因此，國內(nèi)外迫切要求研制開發(fā)一種低成本、銀白色、易切削的銅合金替代部分白銅和黃銅。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是針對上述技術(shù)現(xiàn)狀而提供一種環(huán)保的低成本易切削白色銅合金 及其制造方法。本發(fā)明的技術(shù)方案是—種易切削白色黃銅合金，它包括主元素和可選擇元素，其特征是主元素組組成 配比58 68wt%銅、0. 5 2. 5wt%鉍、8. 0 15wt%錳、0. 1 2. 0wt%鋁，余量為鋅以及 不可避免的雜質(zhì)，不可避免的雜質(zhì)總量不大于0. 5wt%，可選擇元素包括鐵、錫中的1種或2 種，可選擇元素總含量不大于0. 5wt%。一種易切削白色黃銅合金的制造方法，其特征包括以下步驟a、按設(shè)計好重量百分比將電解銅、鋁絲和可選擇元素鐵和錫，加入溫度在1030 1080°C工頻電爐內(nèi)熔煉，爐溫升高至1150 1160°C以上時加入純錳，待純錳熔煉完全后爐溫降至1050 1080°C時加入銅鉍合金和電解鋅，待物料全部熔化后，充分?jǐn)嚢?0分鐘；b、將熔體轉(zhuǎn)入保溫于1050 1100°C的保溫爐中水平連鑄成白銅合金鑄錠；C、將上述已冷卻的白銅合金鑄錠加熱到570 700°C進(jìn)行熱擠壓；d、將擠壓后的產(chǎn)品經(jīng)拉伸、去應(yīng)力退火、矯直、拋光成為成品。作為改進(jìn)，一種易切削白色黃銅合金組成配比可優(yōu)選為60 65wt%銅、1. 0 2. 0wt%鉍、8. 0 15. 錳、0. 1 2. 0襯％鋁，余量為鋅以及不可避免的雜質(zhì)，不可避免 的雜質(zhì)總量不大于0. 5wt%，可選擇元素包括鐵、錫中的1種或2種，可選擇元素總含量不大 于 0. 5wt%。再改進(jìn)，一種易切削白色黃銅合金組成配比可優(yōu)選為60 65wt%銅、1. 5 2. 2wt%鉍、10. 0 15. 錳、0. 1 2. 0襯％鋁，余量為鋅以及不可避免的雜質(zhì)，不可避 免的雜質(zhì)總量不大于0. 5wt%，可選擇元素包括鐵、錫中的1種或2種，可選擇元素總含量為 該合金的0. 5 2. Owt %。再改進(jìn)，所述加入的純錳為薄片狀的電解錳，以便迅速熔化。再改進(jìn)，所述擠壓加工率應(yīng)不小于80%，以達(dá)到晶粒細(xì)化作用。再改進(jìn)，所述去應(yīng)力退火溫度為300 400°C。本發(fā)明一種易切削白色黃銅合金的銅含量58 68wt%。銅含量低于58wt%時呈 銀白色，但冷加工性能差，拉拔過程中容易斷裂，成品的延伸率低，實用價值低。銅含量高于 68wt%時呈微黃色，β相含量低，熱加工性能不佳，切削性能降低，而且制造成本增高。鉍是提高合金切削性能的重要因素，鉍在銅中的固溶度極低，固態(tài)下，鉍以第二相 粒子分布在基體上。鉍性脆且熔點(diǎn)低，在合金中形成脆、軟、彌散的小質(zhì)點(diǎn)，因此鉍的存在可 以視為合金基體中產(chǎn)生的微小空間，從而割斷了基體的連續(xù)性，成為應(yīng)力集中源，在切削過 程中使切屑容易斷裂脫落，切削時鉍在刀刃的接觸面上就有大量軟的鉍質(zhì)點(diǎn)存在，相當(dāng)于 減小了切削層面積，使得刀具磨損減小，切削溫度和切削力降低，達(dá)到易切削的目的。鉍含 量低于0. 5襯％時，切屑較長，車刀切削力較大，達(dá)不到易切削的目的。鉍含量高于2. 5wt% 時，切削性能沒有提高，反而降低合金的加工性能增加生產(chǎn)成本。錳與銅能形成置換式固溶體，錳基本上不改變黃銅的組織，但可以通過固溶強(qiáng)化 使黃銅的強(qiáng)度和硬度提高，并大幅度提升對海水、氯化物和過熱蒸汽的耐蝕性。黃銅中隨著 錳含量的增加，顏色逐漸由紅變黃、由黃變白。錳含量低于8wt%時，合金顏色偏黃，達(dá)不到 白色水平。錳含量高于15襯％時，合金中出現(xiàn)過多富錳相，硬度急劇升高，導(dǎo)致冷加工困難。鋁的作用是在合金表面形成一層穩(wěn)定的氧化物膜，從而改善合金抗應(yīng)力腐蝕破 裂性能。同時，鋁也有固溶強(qiáng)化，改善合金機(jī)械特性的作用。當(dāng)鋁低于0. 時，對改善抗 應(yīng)力腐蝕性能和固溶強(qiáng)化效果不明顯；當(dāng)鋁大于2. 0襯％時，合金中形成大量的β相，甚至 Y相，惡化冷加工性能。鐵主要是起細(xì)化晶粒、阻止晶粒長大的作用，能提高軟化點(diǎn)，增加強(qiáng)度，提高冷熱 加工性能。鐵含量大于0. 5wt %時，會降低耐蝕性能，而且在合金中形成硬質(zhì)點(diǎn)，嚴(yán)重磨損車 刀。錫能少量固溶在黃銅中，在凝固過程錫在晶界和相界處析出，阻止枝晶長大，促進(jìn) 晶粒細(xì)化。同時它還能改善鉍在合金中的狀態(tài)，增大鉍質(zhì)點(diǎn)的浸潤角，促使鉍由薄膜態(tài)轉(zhuǎn)化 為球狀，并分布更加彌散均有。由于改善了鉍質(zhì)點(diǎn)的形態(tài)和分布，進(jìn)而使合金在機(jī)加工中易形成短斷屑點(diǎn)，減少刀頭和工件的粘結(jié)和焊和，具有更加優(yōu)良的切削性能。此外，少量錫能 提高合金的強(qiáng)度和硬度，抑制黃銅脫鋅，提高合金的耐蝕能力。錫含量高于0. 5wt %時，反而 降低合金的切削性能，同時增加原材料成本。本發(fā)明通過錳來調(diào)節(jié)黃銅顏色由黃變白，用鉍來提高合金的切削性能，用鋁來改 善合金抗應(yīng)力腐蝕性能。本發(fā)明與鉛黃銅相比，顏色為白色，可以去除后道電鍍工序，減少 生產(chǎn)流程，不含鉛以及降低電鍍過程對環(huán)境和人體的危害。本發(fā)明與鎳白銅相比，成本較 低，切削性能優(yōu)異，且不含鎳，降低了鎳對人身健康的危害。本合金生產(chǎn)工藝簡單，可利用現(xiàn) 有黃銅合金的生產(chǎn)設(shè)備制造，不需要增加新的設(shè)備。
具體實施例方式電解銅、電解鋅、純鋁絲和純錳為市售工業(yè)原料，銅鉍合金可自制。以下結(jié)合實施例對本發(fā)明做詳細(xì)說明。首先按58 68wt%銅、8. 0 15. 0wt% —，0. 5 2. 5wt%鉍、0. 1 2. Owt%招， 可選擇元素鐵、錫中的1種或2種最高為0. 5wt%，其余為鋅和不可避免雜質(zhì)，不可避免的 雜質(zhì)總量不大于0. 5wt%的成分配比。首先制備銅鉍合金，按鉍為14%重量，余量為銅和不 可避免雜質(zhì)，在1080 1100°C真空度小于IPa真空爐中熔化銅和鉍，在1030 1050°C澆 鑄成銅鉍合金。將電解銅、鉍、鋁絲和可選擇元素，加入溫度在1030 1080°C的工頻感應(yīng) 電爐，爐溫升高至1150°C時加入電解錳。溫度降至1050 1080°C時加入銅鉍中間合金和 電解鋅，待物料全部熔化后，充分?jǐn)嚢?0分鐘。然后將熔體轉(zhuǎn)入保溫于1050 iioo°c的保 溫爐中水平連鑄，制備出φ 145mm白銅合金鑄錠。之后將白銅合金鑄錠加熱至570 700 °C進(jìn)行熱擠壓，擠壓加工率應(yīng)不小于80 %。 擠壓后的半成品經(jīng)拉伸、去應(yīng)力退火、矯直、拋光后成為成品。其中去應(yīng)力退火溫度為 300 400°C。本發(fā)明合金擠壓規(guī)格Φ8. 8mm，最終成品規(guī)格Φ8. 0mm。本發(fā)明制備的黃銅 合金鑄錠與比較例化學(xué)成分如表1所示。比較例合金選取HPb59_l和ΒΖΠ15-21-1. 8兩個牌號。依據(jù)銅、鉛含量相近的原則， 將實施例和比較例進(jìn)行對比。表1本發(fā)明實施例合金與比較例合金的化學(xué)成分(wt% )
權(quán)利要求
1.一種易切削白色黃銅合金，它包括主元素和可選擇元素，其特征是主元素組組成配 比58 68wt%銅、0. 5 2. 5wt%鉍、8. 0 15wt%錳、0. 1 2. 0wt%鋁，余量為鋅以及不 可避免的雜質(zhì)，不可避免的雜質(zhì)總量不大于0. 5wt%，可選擇元素包括鐵、錫中的1種或2 種，可選擇元素總含量不大于0. 5wt%。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種易切削白色黃銅合金組成配比為60 65wt%銅、1. 0 2. 0wt%鉍、8. 0 15. 錳、0. 1 2. 0襯％鋁，余量為鋅以及不可避免的雜質(zhì)，不可避免 的雜質(zhì)總量不大于0. 5wt%，可選擇元素包括鐵、錫中的1種或2種，可選擇元素總含量不大 于 0. 5wt%。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種易切削白色黃銅組成配比為60 65wt%銅、1.5 2. 2wt%鉍、10. 0 15. 錳、0. 1 2. 0襯％鋁，余量為鋅以及不可避免的雜質(zhì)，不可避 免的雜質(zhì)總量不大于0. 5wt%，可選擇元素包括鐵、錫中的1種或2種，可選擇元素總含量為 該合金的0. 5 2. Owt %。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種易切削白色黃銅合金的制造方法，其特征包括以下步驟a、按設(shè)計好重量百分比將電解銅、鋁絲和可選擇元素鐵和錫，加入溫度在1030 1080°C頻電爐內(nèi)熔煉，爐溫升高至1150 1160°C以上時加入純錳，待純錳熔煉完全后爐溫 降至1050 1080°C時加入銅鉍合金和電解鋅，待物料全部熔化后，充分?jǐn)嚢?0分鐘；b、將熔體轉(zhuǎn)入保溫于1050 1100°C的保溫爐中水平連鑄成白銅合金鑄錠；C、將上述已冷卻的白銅合金鑄錠加熱到570 700°C進(jìn)行熱擠壓；d、將擠壓后的產(chǎn)品經(jīng)拉伸、去應(yīng)力退火、矯直、拋光成為成品。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種易切削白色黃銅合金的制造方法，其特征在于所述加入 的錳為薄片狀的電解錳。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種易切削白色黃銅合金的制造方法，其特征在于所述擠壓 加工率應(yīng)不小于80%。
7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種易切削白色黃銅合金的制造方法，其特征在于所述去應(yīng) 力退火溫度為300 400°C。
全文摘要
一種易切削白色黃銅合金，主元素組成配比為58～68wt％銅、0.5～2.5wt％鉍、8.0～15wt％錳、0.1～2.0wt％鋁，余量為鋅以及不可避免的雜質(zhì)含量不大于0.5wt％，可選擇元素包括鐵、錫中的1種或2種總含量不大于0.5wt％。制造方法按重量百分比將電解銅、銅鉍合金、鋁絲及可選擇元素鐵和錫，加入溫度在1030～1080℃工頻電爐內(nèi)熔煉，爐溫升高至1150～1160℃以上時加入純錳，待爐溫降至1050～1080℃時加入銅鉍合金和電解鋅，待物料全部熔化后，充分?jǐn)嚢?0分鐘；將熔體轉(zhuǎn)入保溫于1050～1100℃的保溫爐中水平連鑄成白銅合金鑄錠。通過錳調(diào)節(jié)銅成白色，用鉍提高銅合金切削性能，用鋁來改善合金抗腐蝕性，既不含鉛也不含鎳，且防止電鍍過程對環(huán)境和人類的危害。
文檔編號C22C9/04GK102002611SQ20101051116
公開日2011年4月6日 申請日期2010年10月15日 優(yōu)先權(quán)日2010年10月15日
發(fā)明者巢國輝, 王永如 申請人:寧波金田銅業(yè)(集團(tuán))股份有限公司