[发明专利]一种无铅易切削锑镁黄铜合金

说明书

技术领域

本发明涉及一种无铅易切削锑镁黄铜合金，属黄铜合金材料的制造技术领域。

背景技术

现有被广泛应用于水暖卫浴、电子、机械行业的黄铜材料，一般含有1.0～4.0％的铅，以提高切削性能和加工性能。而铅易在水中溶出或在生产过程中挥发，废弃铅黄铜材料中的铅会浸入土壤或水源，从而导致环境污染而吸入人体，影响人体荷尔蒙分泌和婴幼儿的智力发育，对人的身心健康影响很大。因此，铅造成的污染和危害己引起世界各国的重视，生产企业都在积极寻求铅黄铜的替代材料。

根据美国NSF、日本JIS、德国DIN50930及欧盟的相关标准法令规定，各种与人体相关材料的铅溶出标准必须从现在的0.05mg/L降低到0.01mg/L。近些年来，国内外在无铅黄铜的研究上也进行了一定的研究，如中国专利申请号200410015836.5《无铅易切削锑黄铜合金》，其组成按重量百分比为：铜55.0～65.0％、锑0.3～2.0％、锰0.4～1.6％、其它元素0.1～1.0％，是一种铜-锌-锑合金，由于合金中含有锑，虽能改善切削性能，但合金的热加工性能不理想，影响了合金的后续加工性能。中国专利申请号02121991.5《无铅易切削黄铜合金材料和它的制造方法》，是一种铜-锌-铋合金，由于该合金中含有0.5～2.2％的铋，铋含量较高，且铋的价格非常高，所以导致其成本增高，没有市场竞争力，且热加工性能差。试验表明，单独加镁、锑或铋对提高材料切削性能作用有限，无法达到传统铅黄铜的切削性能，而且其冷热加工性能不如铅黄铜。

发明内容

本发明的目的是提供一种配方设计合理，具有优异的切削性能，良好的热锻性能和机械性能的无铅易切削锑镁黄铜合金。

本发明为一种无铅易切削锑镁黄铜合金，包含有锌(Zn)，铜(Cu)等，其特征在于还同时包含锑(Sb)，镁(Mg)，稀土(Re)，各组分的组成按重量百分比计分别为：锌(Zn)36.0～42.0％，锑(Sb)0.1～2.0％，镁(Mg)0.5～2.5％，稀土(Re)0.01～0.2％，其余为铜(Cu)及总量不大于0.05％的杂质，各组分的重量百分比总和为100％。

所述的无铅易切削锑镁黄铜合金中还可加入硅(Si)，磷(P)，铝(Al)，锡(Sn)，硼(B)，锰(Mn)，铁(Fe)中的任一种或一种以上的混合物，其加入量不超过各组分重量百分比总和的1.0％。

所述硅的加入量可为各组分重量百分比总和的0.001～0.1％。

所述磷的加入量可为各组分重量百分比总和的0.001～0.1％。

所述铝的加入量可为各组分重量百分比总和的0.001～0.1％。

所述锡的加入量可为各组分重量百分比总和的0.001～0.1％。

所述硼的加入量可为各组分重量百分比总和的0.01～0.5％。

所述锰的加入量可为各组分重量百分比总和的0.001～0.1％。

所述铁的加入量可为各组分重量百分比总和的0.001～0.1％。

以下对本发明所述各元素的功能和原因进行说明。

锑本身性脆易碎，微量固溶于铜，并与铜形成脆而不硬的化合物(Cu₉Sb₂，Cu₁₁Sb₂)，此外，锑与锌、镁也会形成脆而不硬的化合物(Sb₃Zn₄，Sb₂Zn₃，Mg₃Sb₂)，这些脆化相均匀分布在晶界上和晶内，起类似于铅质点的断屑作用，提高该合金的切削性能，并使合金强度提高。但锑含量低于0.1％效果不明显，含量大于2.0％则脆性断裂严重，故添加量在0.1～2.0％为宜。

镁与铜形成的含镁化合物(MgCu₂和MgCu)以第二相粒子弥散分布于晶界或晶内，从镁黄铜的力学性能可以发现，含镁化合物(MgCu₂和MgCu)粒子具有脆而不硬的特性，与刀刃接触时在切应力的作用下易于破碎，破碎后与断口处接触的金属发生应力集中，很容易萌生裂纹并扩展，使切屑很快断裂而不连续长大，减小切屑的尺寸，起到了与铅类似的断屑作用。而且，含镁化合物粒子具有脆而不硬的特性也能减少切屑对刀刃的粘结作用，故合金切削性能较好。

单纯加入锑和镁，合金切削性能和强度提高，但塑性下降，加工性能下降，故加入稀土净化晶界，细化晶粒，提高合金塑性，从而提高其加工性能。