[发明专利]一种无铅易切削变形锡铋锌铝合金

说明书

技术领域

本发明涉及一种易切削变形锌铝合金，特别是涉及一种无铅易切削变形锡铋锌铝合金，属于金属材料制造技术领域。

背景技术

随着我国有色金属工业的快速发展，我国铜资源短缺与铜消费量增长的矛盾日益加剧，加速开发铜及铜合金替代材料，以满足现代工业的需求，成为材料工作者的共识。我国锌资源不但储量多，居世界前列，品味也高。以锌为基体加入其他元素生产的锌合金具有熔点低，铸造性能好，机械性能优异，生产工艺流程短，能耗小等优点，是部分铜合金的理想替代材料。

经过几十年的发展，锌合金已形成铸造锌合金和变形锌合金两大系列。我国目前锌合金生产技术主要以铸造和压铸为主，对于变形锌合金生产技术研究才刚起步，而国外许多国家，如欧盟、美国、日本等国在变形锌合金技术方面研究已经有相当成熟的技术，其变形锌合金材料已普遍在电子通讯、家电、建筑、文具、水暖、汽车等领域应用。

变形锌合金的典型代表为Zn-Al和Zn-Cu-Ti合金。Zn-Cu-Ti合金是目前使用较多的变形锌合金，可用来制作拉链、千层锁、日用五金等，但由于其综合性能较低，应用范围有很大局限；而Zn-Al合金具有许多优异的性能，如熔点低、熔炼耗能少，生产效率高，力学性能良好等，目前已相继发展了几个成分的Zn-Al合金(ZnAl15、ZnAl10-1、ZnAl10-5、ZnAl0.2-4、ZnAl14-1)作为黄铜的代用品。

但变形Zn-Al合金，由于导热性能较差，易粘结刀具，在切削加工时通常会遇到较大困难，这成为限制变形Zn-Al合金应用的重要原因之一。因此，研究开发出一种既具有优良切削性能，又具有良好力学性能的变形锌铝合金，实现对已有易切削铅黄铜的替换具有重要意义。

据资料报道(孙连超，田荣璋.锌及锌合金物理冶金学[M].长沙：中南工业大学出版社，1994)，德国在易切削变形锌合金的研究领域取得了一定成果，他们曾经研制出两种合金Giesche ZL3(Zn-4Al-0.5Cu-0.03Mg)和GieshZL10(Zn-10Al-2Cu-0.03Mg)，作为切削加工黄铜的替代品。Giesh ZL10合金容易挤压成形，且具有良好的热加工性能及适当的强度，在国外被广泛采用。德国还开发了另一种锌基合金，其成分为Zn-(3.7-4.0)％Cu-(0.2-0.3)％Mg-(0.05-0.2)％Al-(0.25-0.4)％Bi，它应用于对高速切削质量要求极为严格的加工过程，并且在该合金中加入Pb(0.6-0.8)％和Ti(0.02-0.5)％，同时将Bi含量降低一半，可进一步改善它的高速切削性能，但该合金存在力学性能及尺寸稳定性差、不易实现挤压成形等缺点，应用受到限制。而目前国内对于易切削锌合金的研究成果还很少，除本发明人已有的一个授权专利(专利号：ZL200710035063.0)和一项申请专利(申请号：201010147727.4)外，还未见到其他关于易切削锌合金研究成果的公开报道。

发明内容

本发明的目的是提供一种切削性能优异且具有良好的力学性能，易实现挤压成形，绿色环保的可替代铅黄铜的无铅易切削变形锡铋锌铝合金。

本发明的目的是通过以下方式实现的：

一种无铅易切削变形锡铋锌铝合金，由下述组分按质量百分比组成：

铝8～12％；

铜0.8～1.5％；

铋0.05～0.2％；

锡0.05～0.15％；

其余为锌和不可避免的杂质；杂质含量≤0.05％。

作为优选，各组分的质量百分数为：

铝8～12％；

铜0.9～1.2％；

铋0.08～0.15％；

锡0.05～0.1％；

其余为锌和不可避免的杂质；杂质含量≤0.05％。

作为进一步的优选，各组分的质量百分数为：

铝9～11％；

铜0.9～1.2％；

铋0.08～0.1％；

锡0.05～0.1％；

其余为锌和不可避免的杂质；杂质含量≤0.05％。

本发明一种无铅易切削变形锡铋锌铝合金是通过在Zn-Al合金中添加Bi和Sn，形成弥散分布的低熔点Bi相和SnBi相，起到切削断屑作用，从而提高合金的切削性能。但过量的Bi和Sn对合金的加工成形性能有不利影响，因此本发明合金中Bi的加入量以0.05～0.2％为宜，Sn的加入量以0.05～0.15％为宜。