[发明专利]一种铸造低铅易切削黄铜

说明书

技术领域  本发明是一种金属材料，涉及低铅易切削黄铜。

背景技术  铅在铅黄铜熔体浇铸凝固时，在合金中沉淀而形成弥散而微细的铅颗粒，铅黄铜中这种弥散分布的铅微小颗粒在晶界和晶内都有。铅有较脆而软的特点，当铅黄铜被切削加工时，切屑被刀头从工件上切削剥离，这些弥散的铅颗粒成为应力集中源，产生所谓的“切口效应”，从而导致切屑易于在此断裂；而且这些弥散的铅颗粒较软，可以使刀头磨损减少到最低。由于铅微粒在晶内和晶界都有，当铅黄铜在切削加工时，切屑很快就遇到铅微粒而断裂，所以切屑细而短。另外，铅颗粒的熔点较低(铅的熔点仅为327.5℃)，切削加工时刀头对切削工件做功，变形能、摩擦能转变成热能，使刀头与切屑接触的局部瞬间快速升温，很容易接近甚至超过铅的熔化温度。软化甚至熔化的铅可以起到润滑刀具的作用，能降低切削阻力并提高切削效率。因此，铅在黄铜材料的切削加工过程中起着碎裂切屑、减少粘结和焊合以及提高切削速度的作用，可大大增加刀具的使用寿命。

由于铅固有的禀性，其在铅黄铜中的大小、形貌、数量、特性、分布状况、分布位置不但使铅黄铜具有优异的切削性能，而且使铅黄铜具有优良的铸造性能、冷加工性能、热加工性能以及自润滑等优点，能满足各种形状零部件的机加工要求。含铅黄铜一度被世界公认为重要的基础材料，广泛应用到民用供水系统的铸件及其配件、电子、汽车及机械制造等许多领域。

铅黄铜零配件报废之后，很多小件被作为垃圾遗弃，只有少量被回收利用。铅黄铜由于铅在其中的存在形式的原因，其所含的铅在雨水及大气的长期作用下，进入土壤，从而污染土壤及水源。废弃铅黄铜被当作垃圾焚烧时，铅蒸气散发于大气之中，对人体产生极大危害，因而其应用日益受到严格的限制。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以离子的形式缓慢析出，现有的含铅铜合金很难满足环保法令的要求。

开发新型环保易切削黄铜是一个国际性的课题，目前虽然已取得了很大的成果，但还有大量的工作需要去完成以提高性能、增加品种、拓宽应用范围。美日欧已经发明大量的无铅易切削铋黄铜专利，我国也发明了多个无铅易切削铋黄铜专利，如：无铅易切削黄铜合金材料和它的制造方法，02121991.5；无铅易切削黄铜合金，200310109162.0；生态环保新型无铅易切削低锑铋黄铜合金及其制造方法，200510050425.4；无铅铜合金，200610005689.2；一种无铅的易切削镁铋黄铜合金，200710098481.4。上述无铅易切削黄铜在切削性能、冷热加工性能、力学性能、抗应力开裂性能、抗腐蚀性能等方面有一种或几种优异的性能，个别性能甚至接近铅黄铜的性能。但是，与铅黄铜相比，在铸造性能上还有较大的差距。事实上，要想开发一种新型的所有性能均完全与铅黄铜相媲美的无铅易切削黄铜，目前来看还不可能。美国NSF(饮用水中由45μg/L降至1.5μg/L)、日本JIS、德国DIN50930及欧盟的相关标准及法令规定：从2006年开始，水道的铅溶出标准必须从过去的0.05mg/L降低到0.01mg/L。在不超过铅的溶出极限浓度的前提下，黄铜中可以含有一定量的铅，只要其质量分数不超过0.2％即可。由于铅对提高易切削黄铜中的铸造性能、切削加工性能具有非常积极的作用，在易切削黄铜中加入少量的铅，将对提高其切削性能和铸造性能非常有益。当然，仅加入不超过0.2％的铅，无论黄铜的铸造性能还是切削加工性能与铅黄铜相对均有较大差距。这就要求设计一种新型低铅易切削黄铜，使其铸造性能与切削加工性能接近于铅黄铜。

发明内容

本发明的目的是开发一种铸造用低铅易切削黄铜，使铅的质量分数不超过0.2％，同时发挥铅与合金元素对铸造性能和切削性能积极作用。所发明的黄铜生产的铸件无需进行冷加工或热加工，只需将铸件直接机械切削加工后即完成所有加工工序。本发明能有效解决铅黄铜中铅含量过高而污染环境的问题，可以为电子器件、水暖卫浴、结构件等领域提供一种铸造性能优良的低铅易切削黄铜。从一系列的成分中筛选出具有良好切削性能和铸造性能的黄铜成分。

低铅易切削黄铜的成分质量分数：铜(Cu)56.0％-68.0％，锰(Mn)2.0％-2.3％，锑(Sb)2.1％-2.4％，铅(Pb)0.18％-0.20％，硅(Si)0-0.1％，铝(Al)0.2％-0.3％，钙(Ca)或钡(Ba)0.3％-0.5％，余量为锌(Zn)，锰和锑的总和不超过4.5％、杂质总量不超过0.05％。

本发明工艺流程如下：