本發(fā)明涉及閥件技術領域，特別是涉及一種閥件及其合金材料，以及合金材料、閥件的加工方法。

背景技術：

制冷系統(tǒng)中的閥件大多為黃銅加工制成，如四通換向閥的閥芯、電磁閥的活塞和閥座、截止閥的閥體、閥桿、接管螺母和充注閥帽等。

目前，這些閥件的選材多為易切削的鉛黃銅，如jish3250中的c3771、c3604等，這些黃銅合金通過添加0.8～3.7wt％(wt％表示質(zhì)量百分含量，下同)的鉛來保證其加工性能。

盡管現(xiàn)有閥件采用的含鉛黃銅合金材料具有良好的切削性能、耐腐蝕性能和冷熱成型性能，但是其成分中含有0.8～3.7wt％的鉛，潛在的鉛暴露不容忽視：

a、鉛黃銅合金的原材料在熔煉及鉛黃銅廢棄件回收冶煉等高溫作業(yè)時產(chǎn)生的金屬蒸汽含有鉛的成分；

b、在金屬加工時產(chǎn)生的粉塵、碎屑也含有鉛的成分；

c、制冷系統(tǒng)閥件在焊接、裝配及客戶使用過程中，存在有從與水分接觸的部位析出鉛的問題。

制冷系統(tǒng)中的閥件產(chǎn)品最終流向為家用或商用或車用空調(diào)、冰箱等設備，鉛暴露帶來的鉛污染及鉛危害不可小覷。

因此，如何提供一種新型的黃銅合金材料，可用于制冷系統(tǒng)的閥件，并在滿足閥件材料性能的基礎上，避免造成環(huán)境污染，是本領域技術人員目前需要解決的技術問題。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供一種閥件及其合金材料，以及合金材料、閥件的加工方法，該閥件的合金材料為環(huán)保材料，能夠在滿足制冷系統(tǒng) 用閥件使用需求的基礎上，避免對人體及環(huán)境造成危害。

為解決上述技術問題，本發(fā)明提供一種閥件的合金材料，所述合金材料為黃銅合金，其特征在于，所述黃銅合金的組成成分為：銅質(zhì)量百分比范圍為58.2～61.8％，鉍質(zhì)量百分比范圍為0.5～1.8％，錫質(zhì)量百分比范圍為0.48～1.2％，鎳質(zhì)量百分比范圍為0.08～0.4％，磷質(zhì)量百分比范圍為0.05～0.12％，其余為鋅。

該合金材料的主體成分為銅和鋅，再輔以一定量的鉍、錫、鎳和磷，通過各元素的作用及各元素之間的協(xié)同作用，使得該合金材料具有良好的切削性能、耐腐蝕性能、冷熱加工性能以及較好的抗應力腐蝕性能和抗脫鋅腐蝕性能，能夠滿足制冷系統(tǒng)閥件的應用需求；另外，該合金材料不含鉛，無污染，為環(huán)保材料，可規(guī)避現(xiàn)有技術中因黃銅合金含鉛存在的鉛暴露及鉛危害。

所述黃銅合金的鋅當量系數(shù)的取值范圍為41.0～42.5。

所述黃銅合金中，錫含量和鎳含量的比值范圍為4～6。

本發(fā)明還提供一種閥件，用于制冷系統(tǒng)，所述閥件由上述任一項所述的合金材料加工制成。

該閥件由上述合金材料制成，具有上述技術效果。

本發(fā)明還提供一種合金材料的加工方法，包括下述步驟：

準備銅、錫、鎳、鋅、銅-鉍中間合金及磷-銅中間合金，其中，銅質(zhì)量百分比為58.2～61.8％，鉍質(zhì)量百分比為0.5～1.8％，錫質(zhì)量百分比為0.48～1.2％，鎳質(zhì)量百分比為0.08～0.4％，磷質(zhì)量百分比為0.05～0.12％，其余為鋅；

將準備好的銅、錫、鎳、鋅、銅-鉍中間合金及磷-銅中間合金放入熔煉爐中熔化，并攪拌均勻；

澆鑄成型。

該加工方法能夠制備出上述合金材料，具有與上述合金材料相對于的技術效果。另外，在制備該合金材料時，鉍以銅-鉍中間合金的形式加入，有助于確保鉍成分的均勻性，在提高合金的切削性能的同時避免合金產(chǎn)生熱脆和冷脆，磷以磷-銅中間合金的形式加入，會生產(chǎn) p2o5氣體，p2o5氣體在冶煉時可有效地脫氣和除雜，確保合金的加工性能。

攪拌均勻后，澆鑄呈棒坯，并在棒坯切定尺寸后經(jīng)預設溫度反向擠壓和冷拉拔后，加工成黃銅合金棒材。

本發(fā)明還提供一種閥件的加工方法，包括下述步驟：

先準備原料，其為上述任一項所述的合金材料；

再將原料鍛造成坯體，切除飛邊后在預設溫度下退火預設時間；

再拋丸處理；

最后機械加工并焊接或組裝成閥件成品。

所述預設溫度為390～430℃，所述預設時間為2～3小時。

通過拋丸處理使零件表面的殘余壓應力處于-180mpa～-100mpa。

附圖說明

圖1為本發(fā)明所提供合金材料一種具體加工方法的流程圖；

圖2為本發(fā)明所提供閥件一種具體加工方法的流程圖。

具體實施方式

本發(fā)明的核心是提供一種閥件及其合金材料，以及合金材料、閥件的加工方法，該閥件的合金材料為環(huán)保材料，能夠在滿足制冷系統(tǒng)用閥件使用需求的基礎上，避免對人體及環(huán)境造成危害。

為了使本技術領域的人員更好地理解本發(fā)明方案，下面結(jié)合具體實施例對本發(fā)明作進一步的詳細說明。

本發(fā)明提供的合金材料為黃銅合金，即其主要成分為銅和鋅，該具體實施例中，黃銅合金的組成成分為：銅質(zhì)量百分比范圍為58.2～61.8％，鉍質(zhì)量百分比范圍為0.5～1.8％，錫質(zhì)量百分比范圍為0.48～1.2％，鎳質(zhì)量百分比范圍為0.08～0.4％，磷質(zhì)量百分比范圍為0.05～0.12％，其余為鋅。

該合金材料可以滿足制冷系統(tǒng)用閥件對其合金材料的性能需求。

該合金材料中，加入有鉍，鉍為環(huán)境友好材料，且具有熔點低、 質(zhì)地軟、幾乎不固溶于銅等特點，其主要功能在于保證合金材料的切削加工性能。由于鉍可與銅形成共晶，故非連續(xù)顆粒狀分布在晶界的鉍質(zhì)點能夠替代鉛黃銅中晶界處的鉛質(zhì)點，助益切削。

因鉍元素的熔點只有271.3℃，顯著低于鉛的熔點327.5℃，所以鉍更容易使銅合金產(chǎn)生熱脆和冷脆，為避免該情形，必然要提升鉍的表面張力或降低銅的表面張力來抑制薄膜狀鉍的形成，故，本實施例中，通過錫、磷的添加來控制鉍的分布和晶體學形態(tài)，盡量使鉍以非連續(xù)質(zhì)點而非鉍薄膜的形式分布在晶界。

因鉍元素的上述特性，所以對其成分的控制要求更嚴，更多的鉍意味著更多的合金元素的添加，經(jīng)研究分析同時結(jié)合價格因素，本方案中，鉍質(zhì)量百分比介于0.5～1.8％，在此基礎上，將錫的質(zhì)量百分比控制在0.48～1.2％范圍內(nèi)。

經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)，當錫的質(zhì)量百分比小于0.48％時，其輔助鉍提高合金切削性能和增強抗脫鋅性能的效果不明顯，當錫的質(zhì)量百分比大于1.2％時，合金中會出現(xiàn)脆性的γ相(cuznsn化合物)，不利于合金的塑性變形，反而會導致合金加工性能的下降，同時結(jié)合價格因素，將該合金中錫的質(zhì)量百分比控制在上述范圍內(nèi)。

錫主要起到輔助鉍提高切削性能和增強抗脫鋅性能的作用，其作用機理在于：首先，錫可以提高鉍的表面張力，使得鉍在晶界球形化，輔助鉍提高該合金材料的切削性能；其次，錫可在該合金材料表面形成類似鈍化膜的氧化層(sno2)，減緩α相黃銅的脫鋅行為，避免因脫鋅導致的應力腐蝕。

該合金材料中還加入了鎳，其主要功能為阻止脫鋅、抑制晶粒長大，從而小幅改善合金材料的微觀組織，依據(jù)細晶強化等機制起到提高合金強度的作用；另外，鎳還可以增強該合金材料的抗應力腐蝕能力，對于制冷系統(tǒng)用閥件，尤其是需承受一定壓力的閥件而言，抗應力腐蝕能力尤為必要。

經(jīng)過研究發(fā)現(xiàn)，當鎳的質(zhì)量百分比小于0.08％時，對合金的強化和耐蝕改善效果不明顯，當鎳的質(zhì)量百分比大于0.4％時，對合金的強 化和耐蝕改善效果更好，但是此時合金微觀組織中開始出現(xiàn)明顯的硬質(zhì)點，從而增加拋光難度并影響拋光效果，再考慮到價格因素，綜合權衡后，該實施例中，將鎳的質(zhì)量百分比控制在0.08～0.4％范圍內(nèi)。

由于鎳與錫具有協(xié)同效應，在進一步的方案中，鎳含量在上述范圍內(nèi)還可依據(jù)錫的具體含量進一步優(yōu)選。

經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)，錫含量與鎳含量的比值在4～6之間時，該合金材料具有最佳的抗脫鋅能力，故，在實際應用中，確定錫的具體含量后，可依據(jù)前述比值范圍來確定鎳含量，以進一步提高合金材料的性能。

該合金材料中，磷的功能除了前述提高鉍的表面張力，使鉍在晶界球形化，輔助鉍改善合金的切削性能外，還可作為脫氧劑，改善合金熔煉過程中熔體的流動性、細化晶粒，也可改善后續(xù)閥件的焊接性能。

經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)，磷的質(zhì)量百分比大于0.12％時，在冶煉過程中會出現(xiàn)較多的cu3p，不利于冷熱加工性能，磷的質(zhì)量百分比小于0.05％時，磷的上述增益效果不明顯，故，將磷的質(zhì)量百分比控制在0.05～0.12％。

在上述各元素的質(zhì)量百分比確定后，余量為鋅。

進一步地，將鋅的當量系數(shù)控制在41.0～42.5范圍內(nèi)，以確保合金具有良好的組織穩(wěn)定性和冷熱加工性能。

該合金材料的微觀組織為α+β雙相結(jié)構(gòu)，其中，α相為鋅溶化在銅中的固溶體，呈面心立方晶格；β相是以cuzn電子化合物為基礎的固溶體，呈體心立方晶格。

在銅-鋅合金中加入少量其他合金元素，通常會使銅-鋅系中α/(α+β)相界向銅側(cè)移動，即縮小α區(qū)，所以復雜黃銅合金相當于簡單黃銅合金中增加或減少鋅含量的合金組織，因此，在銅-鋅合金中每加入1％其他合金元素的組織相當于達到相同組織時增加(或減少)的鋅含量，稱之為該加入合金元素的鋅當量系數(shù)。

具體地，鋅的當量系數(shù)可根據(jù)下述公式計算：

式中：

a為黃銅合金中的實際含鋅量；

b為黃銅合金中的實際含銅量；

c為其他元素的含量；

η為其他元素對應的鋅當量。

實際中，合金元素對應的鋅當量通常如下選?。?/p>

鉍的鋅當量為1，錫的鋅當量為2，鎳的鋅當量為-1.3。

上述給出的是該合金材料的主要組成成分及占比，需要說明的是，在實際中該合金材料不可避免會含有其他雜質(zhì)，當然也不可避免地會含有特別少量(質(zhì)量百分比低于0.1％，當然，這極少量的鉛也一定程度上有益于提高切削性能)的鉛，與現(xiàn)有技術中的鉛黃銅合金相比，可認為該合金材料不含鉛。

該合金材料通過各元素的作用及各元素之間的協(xié)同作用，具有良好的切削性能、耐腐蝕性能、冷熱加工性能以及較好的抗應力腐蝕性能和抗脫鋅腐蝕性能，能夠滿足制冷系統(tǒng)閥件的應用需求；另外，該合金材料不含鉛，無污染，為環(huán)保材料，可規(guī)避現(xiàn)有技術中因黃銅合金含鉛存在的鉛暴露及鉛危害。

為了說明該合金材料能夠替代現(xiàn)有閥件合金材料，下面將兩者進行對比分析。

具體地，將現(xiàn)有技術中通常作為閥件合金材料的c3771鉛黃銅與本發(fā)明提供的合金材料的組成及性能進行對比，如下表1所示，表1中給出了該合金材料的各元素不同組分的四種形式，當然，各元素的占比均在上述給定范圍內(nèi)。

表1

表中，機械性能測試依據(jù)gb/t228和gb/t4340.1；相對可切削率：以切削加工性能最優(yōu)的hpb63-3鉛黃銅合金的可切削率為100％，該合金材料與之比較，相當于hpb63-3的可切削率的百分之幾作為該合金材料的相對可切削率；耐脫鋅測試：該合金材料經(jīng)擠壓加工，沿著擠壓加工方向取樣測試，測試依據(jù)gb/t10119要求進行，脫鋅層厚度為5點測試平均結(jié)果。

從表1可以看出，本發(fā)明提供的合金材料與通常作為制冷系統(tǒng)閥件合金材料的c3771鉛黃銅合金相比，滿足了制冷系統(tǒng)用閥件的性能需求，且從機械性能和其他性能綜合來看，該合金材料制成的閥件性能更優(yōu)于c3771鉛黃銅合金閥件。

本發(fā)明還提供一種閥件，用于制冷系統(tǒng)，該閥件采用上述合金材料制成。

由于該閥件由上述合金材料制成，所以具有相應的技術效果。

本發(fā)明還提供一種上述合金材料的加工方法和采用上述合金材料加工上述閥件的加工方法。

如圖1所示，該合金材料的加工方法包括如下步驟：

s11、準備銅、錫、鎳、鋅、銅-鉍中間合金及磷-銅中間合金，其中，銅質(zhì)量百分比為58.2～61.8％，鉍質(zhì)量百分比為0.5～1.8％，錫質(zhì)量百分比為0.48～1.2％，鎳質(zhì)量百分比為0.08～0.4％，磷質(zhì)量百分比為0.05～0.12％，其余為鋅；

如上，在加工該合金材料時，鉍以銅-鉍中間合金的形式加入，有助于確保鉍成分的均勻性，在提高合金的切削性能的同時避免合金產(chǎn)生熱脆和冷脆，磷以磷-銅中間合金的形式加入，會生產(chǎn)p2o5氣體，p2o5氣體在冶煉時可有效地脫氣和除雜，確保合金的加工性能。

s12、將準備好的銅、錫、鎳、鋅、銅-鉍中間合金及磷-銅中間合金放入熔煉爐中熔化，并攪拌均勻；

通過在中頻熔煉爐中熔化，中頻熔煉爐具有加熱速度快、生產(chǎn)效率高等特點，可節(jié)省材料與成本。當然，實際中選用其他形式的熔煉爐也是可以的。

s13、澆鑄成型。

通常將獲得的合金材料澆鑄成型為合金棒坯(如尺寸為φ60×150mm)，并在棒坯切定尺寸后經(jīng)過預設溫度(如680℃)反向擠壓和冷拉拔后，加工成合金棒材(如尺寸為φ16mm或φ21mm)。

如圖2所示，該閥件的加工方法包括如下步驟：

s21、準備原料，原料即為上述合金材料；

s22、將原料鍛造呈坯體，切除飛邊后在預設溫度下退火預設時間；

具體地，可在390～430℃下退火2～3小時。

s23、拋丸處理；

具體地，通過拋丸處理使零件表面的殘余壓應力處于-180mpa～-100mpa，以滿足產(chǎn)品的抗應力腐蝕能力的需求。

s24、機械加工并焊接或組裝成閥件成品。

經(jīng)試驗表明，利用上述合金材料，通過該加工方法制成的閥件能夠通過1:1氨水濃度的氨熏測試72小時，測試后產(chǎn)品無泄漏，其抗應力腐蝕能力達到現(xiàn)有c3771鉛黃銅同等水平。

以上對本發(fā)明所提供的一種閥件及其合金材料，以及合金材料、閥件的加工方法均進行了詳細介紹。本文中應用了具體個例對本發(fā)明的原理及實施方式進行了闡述，以上實施例的說明只是用于幫助理解本發(fā)明的方法及其核心思想。應當指出，對于本技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以對本發(fā)明進行若干改進和修飾，這些改進和修飾也落入本發(fā)明權利要求的保護范圍內(nèi)。