[发明专利]一种无铅易切削硅石墨黄铜

说明书

技术领域

本发明是一种金属材料，特别是一种无铅易切削硅石墨黄铜。

背景技术

含铅铜合金具有易切削和物理、化学、力学的性能，是广泛使用的一类铜合金。目前我国仅铅黄铜的年产量约50万吨。但是，这类铜合金在生产和使用过程中会造成环境污染、危害人体健康，因而其应用日益受到严格的限制。美国自1998年8月6日起，要求饮用水供给系统中铅的浸出量在1.1×10^-3％以下，日本规定2003年饮用水中含铅小于0.03mg/L。欧盟的无铅指令已经于2006年7月1日生效。而我国相应地也从2007年3月1日开始执行无铅化。铅即不固溶于铜，也不与铜形成金属间化合物，在饮用水中的杂质及有机酸等的作用下含铅铜合金中的铅会缓慢析出，现有的含铅铜合金很难满足上述环保的要求。为了降低铅的有害作用，科研人员就饮用水对黄铜的腐蚀机理及添加元素对黄铜的腐蚀性影响进行了系统的研究，并采取了多种措施，如添加锡、镍等合金元素来提高铅黄铜的耐蚀性能，或将可溶性的铅去除或抑制铅的浸出等。由于黄铜中始终存在着铅，所以这些方法无法从根本上消除铅的有害作用。为应对这一挑战，发达国家首先开发了铋黄铜，在加入铋的同时，大多数还添加了锡和镍，少数还添加了昂贵的硒。由于硒和铋的资源非常有限，而且价格较高，导致铋黄铜的成本居高不下。

显然，现有的易切削黄铜有以下缺点：

1)铅黄铜不环保。

2)铋黄铜成本偏高。

本发明通过调整合金成分，优化合金的微观组织，使合金具有良好的切削性能、热塑性，消除合金在加工中的冷脆性。

发明内容

本发明的目的在于有效解决铅黄铜污染环境的问题和铋黄铜成分过高等系列问题，可以为电子器件、水暖卫浴、结构件等领域提供一种低成本高性能的无铅易切削硅石墨黄铜。

本发明的内容：无铅易切削黄铜的成分，铜58.0％-62.0％，硅0.1％-3.5％，石墨0.1％-3.5％，但硅和石墨的含量之和为1.0％-4.0％，余量为锌，杂质总量不超过0.05％。

本发明工艺流程如下：

本发明所述无铅易切削硅石墨黄铜的制备使用工频有芯感应电炉或者中频感应电炉、电阻炉，在铜锌合金熔体中，按成分配比和加料顺序，加入石墨粉、锌锭和铜-硅中间合金，出炉浇铸，制备出圆柱形铜合金锭。合金成分控制：铜58.0％-62.0％，硅0.1％-3.5％，石墨0.1％-3.5％，硅和石墨的含量之和为1.0％-4.0％，余是为锌，杂质总量不超过0.05％。

本发明的优点：

1)实现了易切削黄铜的无铅化，合金成分中不含铅，对环境友好，对人体健康。

2)成本较低。所添加的硅元素及石墨的价格便宜，降低黄铜的生产成本。

3)无铅易切削硅石墨黄铜的热塑性非常好，热挤压比高达80以上，也无冷脆现象出现。

4)生产工艺简单，可利用现有的铅黄铜设备进行生产，只需对其进行洗炉处理，不需要新的投资。

具体实施方式

实施例1：

无铅易切削黄铜的成分，铜58.0％，硅0.1％，石墨1.1％，但硅和石墨的含量之和为1.2％，余量为锌，杂质总量不超过0.05％。考虑各元素的市场价格、生产工艺进行成本核算，合金价格相当于HPb59-1的94％，切削性能相当于71％，热塑性好，热挤压比为90，无冷脆现象出现。

实施例2：

无铅易切削黄铜的成分，铜60.0％，硅(Si)0.7％，石墨0.8％，但硅和石墨的含量之和为1.5％，余量为锌，杂质总量不超过0.05％。考虑各元素的市场价格、生产工艺进行成本核算，合金价格相当于HPb59-1的97％，切削性能相当于73％，热塑性好(热挤压比为110)，无冷脆现象出现。

实施例3：

无铅易切削黄铜的成分，铜60.0％，硅(Si)0.6％，石墨2.1％，但硅和石墨的含量之和为2.7％，余量为锌，杂质总量不超过0.05％。考虑各元素的市场价格、生产工艺进行成本核算，合金价格相当于HPb59-1的93％，切削性能相当于70％，热塑性好(热挤压比为85)，无冷脆现象出现。

实施例4：

无铅易切削黄铜的成分，铜62.0％，硅3.5％，石墨0.5％，但硅和石墨的含量之和为4.0％，余量为锌，杂质总量不超过0.05％。考虑各元素的市场价格、生产工艺进行成本核算，合金价格相当于HPb59-1的104％，切削性能相当于75％，热塑性好(热挤压比为115)，无冷脆现象出现。

实施例5：

无铅易切削黄铜的成分，铜62.0％，硅0.1％，石墨3.5％，但硅和石墨的含量之和为3.6％，余量为锌，杂质总量不超过0.05％。考虑各元素的市场价格、生产工艺进行成本核算，合金价格相当于HPb59-1的92％，切削性能相当于70％，热塑性好，热挤压比为80，无冷脆现象出现。