專利名稱：一種新型無鉛銅基合金棒及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及合金棒材領(lǐng)域，具體涉及一種新型無鉛銅基合金棒及其制備方法。
背景技術(shù)：
鉛黃銅具有優(yōu)良的冷加工性能和切削性，加之良好的機(jī)械物理性能，價(jià)格又低廉，而被廣泛地應(yīng)用于儀器儀表、電子、電器、日用五金、供應(yīng)水系統(tǒng)等行業(yè)。然而鉛及其化合物是嚴(yán)重危害人類壽命與自然環(huán)境的化學(xué)物質(zhì)之一，合金中的鉛在使用過程中極易從基體中侵出或脫出，工業(yè)廢品中的鉛則滲入地下水系統(tǒng)，以及各種形式的鉛通過各種途徑進(jìn)入動(dòng)物或人的食物鏈，危害人類健康，影響環(huán)境。美國、日本、歐盟及各國都提出了相應(yīng)的限制和禁止規(guī)定，自2006年7月I日起，出口這些國家和地區(qū)的電子電器產(chǎn)品和水暖、五金器材均應(yīng)達(dá)到所要求鉛含量。故開發(fā)無鉛并易切削黃銅成為了當(dāng)今金屬材料行業(yè)所面臨的重大課題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種新型無鉛銅基合金棒及其制備方法，利用本發(fā)明在不提高成本的基礎(chǔ)上既滿足了無鉛環(huán)保性能的要求的同時(shí)，又能保證了材料在應(yīng)用中對(duì)切削性能及機(jī)械物理性能的要求。為了實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下:—種新型無鉛銅基合金棒，由以下組份組成:占合金棒總重量50-54%的銅，占合金棒總重量0.5-1.5%的鉍，占合金棒總重量2-3%的鋁，占合金棒總重量1-2%的錫，占合金棒總重量0.05-0.8%的磷，余量為鋅。優(yōu)選地，由以下組份 組成:占合金棒總重量50%的銅，占合金棒總重量0.5%的鉍，占合金棒總重量2%的招，占合金棒總重量1%的錫，占合金棒總重量0.05%的磷,余量為鋅。優(yōu)選地，由以下組份組成:占合金棒總重量54%的銅，占合金棒總重量1.5%的秘，占合金棒總重量3%的鋁，占合金棒總重量2%的錫，占合金棒總重量0.8%的磷，余量為鋅。優(yōu)選地，由以下組份組成:占合金棒總重量52%的銅，占合金棒總重量1%的秘，占合金棒總重量2.5%的招，占合金棒總重量1.5%的錫，占合金棒總重量0.375%的磷，余量為鋅。優(yōu)選地，銅可以是電解銅。本發(fā)明提供的一種新型無鉛銅基合金棒制備方法，包括如下步驟:I)按照配比將銅、鉍、錫、鋁、磷和鋅置于工頻電爐內(nèi)，加熱至1200_1250°C，待完全熔化后保溫至1150°C ;2)用石墨棒將完全熔化的合金液體充分?jǐn)嚢韬?，在其上面覆蓋高純度鱗片狀石墨粉以防止其氧化，厚度為12-15cm，并進(jìn)行保溫；3)保溫1-1.5小時(shí)后，用光譜儀對(duì)從爐內(nèi)取出的樣品進(jìn)行成分檢驗(yàn)，確定其合金成分在規(guī)定的范圍之內(nèi)；
4)重新升溫至1200°C，開啟工頻電爐的振動(dòng)裝置，并采用水平連鑄方法鑄造成直徑為200mm,長度為500mm的實(shí)心毛還合金棒；
5)用銅錠銑床對(duì)毛坯合金棒進(jìn)行表面加工，加工為直徑為195mm，長度為500_的
合金棒；6)退火，用箱式退火爐對(duì)合金棒進(jìn)行退火處理，且退火溫度為100-150°C，退火時(shí)間為1-1.5小時(shí)；7)擠壓，采用雙動(dòng)擠壓機(jī)擠壓，且合金錠的加熱溫度為200-250°C，擠壓溫度為100_150°C,擠壓速度為3mm/s,擠壓后合金棒直徑為160mm,長度為780_ ；8)車削，將擠壓后的合金棒用車床進(jìn)行表面車削處理，使其直徑為155mm，長度為750mm ；9)包裝入庫。進(jìn)一步地，所述步驟3)中的光譜儀為斯派克直讀光譜儀。進(jìn)一步地，所述步驟3)中的成分檢驗(yàn)次數(shù)為三次。本發(fā)明的有益效果是:本發(fā)明采用鉍、鋁、錫、磷等多種元素添加到銅與鋅中，利用在熔煉過程中的金屬元素之間的相互作用使新的合金能夠取代含鉛的黃銅棒。在不提高成本的基礎(chǔ)上，既滿足了無鉛環(huán)保性能的要求的同時(shí)，又能保證了材料在應(yīng)用中對(duì)切削性能及機(jī)械物理性能的要求。
具體實(shí)施例方式以下結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說明，但并非限制本發(fā)明的應(yīng)用范圍。實(shí)施例1—種新型無鉛銅基合金棒，由以下組份組成:占合金棒總重量50%的銅，占合金棒總重量0.5%的鉍，占合金棒總重量2%的鋁，占合金棒總重量1%的錫，占合金棒總重量0.05%的磷，余量為鋅。按照上述配比將電解銅、鉍、錫、鋁、磷、鋅置于工頻電爐內(nèi)，加熱至1200度-1250度完全熔化后保溫至1150度；然后用石墨棒將完全熔化的合金液體充分?jǐn)嚢韬?，并在其上面覆蓋高純度鱗片狀石墨粉以防止其氧化，且該高純度鱗片狀石墨粉的厚度約為12-15cm，并進(jìn)行保溫；保溫1-1.5小時(shí)后，用德國進(jìn)口斯派克直讀光譜儀對(duì)從爐內(nèi)取出的樣品進(jìn)行三次成分檢驗(yàn)，以確定其合金成分在規(guī)定范圍之內(nèi)；檢測后，將合金液體重新升溫至1200度，并開啟工頻電爐的振動(dòng)裝置，采用水平連鑄方法鑄造成外徑為200mm±lmm，長度為500mm±lmm的實(shí)心毛還合金棒材；用銅錠統(tǒng)床對(duì)毛還合金棒進(jìn)行表面加工，加工為表面光潔直徑為195mm± 1mm、長度為500mm±lmm的合金棒；進(jìn)行退火處理，用箱式退火爐對(duì)表面加工后的銅棒進(jìn)行退火處理，且退火溫度為100-150度，退火時(shí)間為1-1.5小時(shí)；之后采用2000噸雙動(dòng)擠壓機(jī)擠壓，且合金錠的加熱溫度為200-250度，擠壓溫度為300度，擠壓速度V=3mm/s,擠壓后銅棒的直徑為160mm±lmm,長度為780mm±lmm ;最后車削，即將擠壓而成的合金棒材用高精度車床進(jìn)行表面車削處理，使其成為直徑是155mm土 1mm，長度是750mm土 Imm的成品并包裝入庫。與現(xiàn)有的含鉛合金棒相比，切削性能好，可加工性好，耐磨性好，且制備工藝簡單，成本低，不會(huì)對(duì)環(huán)境造成污染。
實(shí)施例2一種新型無鉛銅基合金棒，由以下組份組成:占合金棒總重量54%的銅，占合金棒總重量1.5%的鉍，占合金棒總重量3%的鋁，占合金棒總重量2%的錫，占合金棒總重量0.8%的磷，余量為鋅。按照上述配比將電解銅、鉍、錫、鋁、磷、鋅置于工頻電爐內(nèi)，加熱至1200度-1250度完全熔化后保溫至1150度；然后用石墨棒將完全熔化的合金液體充分?jǐn)嚢韬?，并在其上面覆蓋高純度鱗片狀石墨粉以防止其氧化，且該高純度鱗片狀石墨粉的厚度約為12-15cm，并進(jìn)行保溫；保溫1-1.5小時(shí)后，用德國進(jìn)口斯派克直讀光譜儀對(duì)從爐內(nèi)取出的樣品進(jìn)行三次成分檢驗(yàn)，以確定其合金成分在規(guī)定范圍之內(nèi)；檢測后，將合金液體重新升溫至1200度，并開啟工頻電爐的振動(dòng)裝置，采用水平連鑄方法鑄造成外徑為200mm，長度為500mm的實(shí)心毛坯合金棒材；用銅錠銑床對(duì)毛坯合金棒進(jìn)行表面加工，加工為表面光潔直徑為195mm、長度為500mm的合金棒；進(jìn)行退火處理,用箱式退火爐對(duì)表面加工后的銅棒進(jìn)行退火處理，且退火溫度為100-150度，退火時(shí)間為1-1.5小時(shí)；之后采用2000噸雙動(dòng)擠壓機(jī)擠壓，且合金錠的加熱溫度為200-250度，擠壓溫度為300度，擠壓速度V=3mm/s，擠壓后銅棒的直徑為160mm,長度為780_ ;最后車削，即將擠壓而成的合金棒材用高精度車床進(jìn)行表面車削處理，使其成為直徑是155mm，長度是750mm的成品并包裝入庫。與現(xiàn)有的含鉛合金棒相比，切削性能好，可加工性好，耐磨性好，且制備工藝簡單，成本低，不會(huì)對(duì)環(huán)境造成污染。實(shí)施例3一種新型無鉛銅基合金棒，由以下組份組成:占合金棒總重量52%的銅，占合金棒總重量1%的鉍，占合金棒總重量2.5%的鋁，占合金棒總重量1.5%的錫，占合金棒總重量
0.375%的磷，余量為鋅。按照上述配比將電解銅、鉍、錫、鋁、磷、鋅置于工頻電爐內(nèi)，加熱至1200度-1250度完全熔化后保溫至1150度；然后用石墨棒將完全熔化的合金液體充分?jǐn)嚢韬?，并在其上面覆蓋高純度鱗片狀石墨粉以防止其氧化，且該高純度鱗片狀石墨粉的厚度約為12-15cm，并進(jìn)行保溫；保溫1-1.5小時(shí)后，用德國進(jìn)口斯派克直讀光譜儀對(duì)從爐內(nèi)取出的樣品進(jìn)行三次成分檢驗(yàn)，以確定其合金成分在規(guī)定范圍之內(nèi)；檢測后，將合金液體重新升溫至1200度，并開啟工頻電爐的振動(dòng)裝置，采用水平連鑄方法鑄造成外徑為200mm，長度為500mm的實(shí)心毛坯合金棒材；用銅錠銑床對(duì)毛坯合金棒進(jìn)行表面加工，加工為表面光潔直徑為195mm、長度為500mm的合金棒；進(jìn)行退火處理，用箱式退火爐對(duì)表面加工后的銅棒進(jìn)行退火處理，且退火溫度為100-150度，退火時(shí)間為1-1.5小時(shí)；之后采用2000噸雙動(dòng)擠壓機(jī)擠壓，且合金錠的加熱溫度為200-250度，擠壓溫度為300度，擠壓速度V=3mm/s，擠壓后銅棒的直徑為160mm,長度為780_ ;最后車削，即將擠壓而成的合金棒材用高精度車床進(jìn)行表面車削處理，使其成為直徑是155mm，長度是750mm的成品并包裝入庫。與現(xiàn)有的含鉛合金棒相比，切削性能好，可加工性好，耐磨性好，且制備工藝簡單，成本低，不會(huì)對(duì)環(huán)境造成污染。本發(fā)明提供的一種新型無鉛銅基合金棒以及現(xiàn)有的含鉛合金棒的機(jī)械性能如表I所示。
表1新型無鉛銅基合金棒性能
權(quán)利要求
1.一種新型無鉛銅基合金棒，其特征在于，由以下組份組成:占合金棒總重量50-54%的銅，占合金棒總重量0.5-1.5%的鉍，占合金棒總重量2-3%的鋁，占合金棒總重量1-2%的錫，占合金棒總重量0.05-0.8%的磷，余量為鋅。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述新型無鉛銅基合金棒，其特征在于，由以下組份組成:占合金棒總重量50%的銅，占合金棒總重量0.5%的鉍，占合金棒總重量2%的鋁，占合金棒總重量1%的錫，占合金棒總重量0.05%的磷,余量為鋅。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的新型無鉛銅基合金棒，其特征在于，由以下組份組成:占合金棒總重量54%的銅，占合金棒總重量1.5%的鉍，占合金棒總重量3%的鋁，占合金棒總重量2%的錫，占合金棒總重量0.8%的磷,余量為鋅。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的新型無鉛銅基合金棒，其特征在于，由以下組份組成:占合金棒總重量52%的銅，占合金棒總重量1%的鉍，占合金棒總重量2.5%的鋁，占合金棒總重量1.5%的錫，占合金棒總重量0.375%的磷，余量為鋅。
5.根據(jù)權(quán)利要求1-4中任一權(quán)利要求所述的新型無鉛銅基合金棒，其特征在于，銅為電解銅。
6.一種如權(quán)利要求1-5中任一權(quán)利要求所述的新型無鉛銅基合金棒的制備方法，其特征在于包括以下步驟: 1)按照配比將銅、 鉍、錫、鋁、磷和鋅置于工頻電爐內(nèi)，加熱至1200-1250°C，待完全熔化后保溫至1150 C ； 2)用石墨棒將完全熔化的合金液體充分?jǐn)嚢韬螅谄渖厦娓采w高純度鱗片狀石墨粉以防止其氧化，厚度為12-15cm，并進(jìn)行保溫； 3)保溫1-1.5小時(shí)后，用光譜儀對(duì)從爐內(nèi)取出的樣品進(jìn)行成分檢驗(yàn)，確定其合金成分在規(guī)定的范圍之內(nèi)； 4)重新升溫至1200°C，開啟工頻電爐的振動(dòng)裝置，并采用水平連鑄方法鑄造成直徑為200mm,長度為500mm的實(shí)心毛還合金棒； 5)用銅錠銑床對(duì)毛坯合金棒進(jìn)行表面加工，加工為直徑為195mm，長度為500mm的合金棒; 6)退火，用箱式退火爐對(duì)合金棒進(jìn)行退火處理，且退火溫度為100-150°C，退火時(shí)間為1-1.5小時(shí)； 7)擠壓，采用雙動(dòng)擠壓機(jī)擠壓，且合金錠的加熱溫度為200-250°C，擠壓溫度為100_150°C,擠壓速度為3mm/s,擠壓后合金棒直徑為160mm,長度為780_ ； 8)車削，將擠壓后的合金棒用車床進(jìn)行表面車削處理，使其直徑為155mm，長度為750mm ； 9)包裝入庫。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的新型無鉛銅基合金棒的制備方法，其特征在于:所述步驟3)中的成分檢驗(yàn)次數(shù)為三次。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的新型無鉛銅基合金棒的制備方法，其特征在于:所述步驟3)中的光譜儀為斯派克直讀光譜儀。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種新型無鉛銅基合金棒及其制備方法，該合金棒由以下組份組成占合金棒總重量50-54%的銅，占合金棒總重量0.5-1.5%的鉍，占合金棒總重量2-3%的鋁，占合金棒總重量1-2%的錫，占合金棒總重量0.05-0.8%的磷，余量為鋅。本發(fā)明采用鉍﹑鋁﹑錫﹑磷等多種元素添加到銅與鋅中，利用在熔煉過程中的金屬元素之間的相互作用使新的合金能夠取代含鉛的黃銅棒。在不提高成本的基礎(chǔ)上，既滿足了無鉛環(huán)保性能的要求的同時(shí)，又能保證了材料在應(yīng)用中對(duì)切削性能及機(jī)械物理性能的要求。
文檔編號(hào)C22C9/04GK103184367SQ20131012348
公開日2013年7月3日 申請(qǐng)日期2013年4月10日 優(yōu)先權(quán)日2013年4月10日
發(fā)明者孫飛, 趙勇 申請(qǐng)人:蘇州金倉合金新材料有限公司