[发明专利]无铅铋易切削锑黄铜合金

说明书

【技术领域】

本发明涉及一种含锑的黄铜合金，特别是一种环保、切削性能、热加工性能优异的无铅铋易切削锑黄铜合金。

【背景技术】

黄铜具有较好的力学性能，其相对低廉的成本及良好的耐腐蚀性能，使它在制造业中得到广泛应用。由于黄铜具有良好的塑性，切削加工时会产生很长的切屑，长切屑易环绕成圈，不易断裂，妨碍了切削加工。为改善黄铜的切削性能，传统的方法是在黄铜中添加1～3％铅。但铅在熔炼、铸造过程中会产生有害的蒸气，并且零件中的铅会在水中浸出，严重污染环境，危害人类健康。因此各国相继公布法令，对铜合金中铅的含量和在水中铅的浸出量作出严格限制。为此必须寻找取代铅的解决方案。

目前国内外取代铅的易切削黄铜主要有如下方案：

以铋为主的铋黄铜。这类黄铜以铋为主，辅助添加锑、碲、硒、镁等。中国专利申请200910154951.3公开了“低成本耐蚀无铅易切削黄铜及其制造方法”、中国专利申请200810143071.1公开了“一种无铅易切削黄铜合金”、中国专利申请200710067480.3公开了“易切削的无铅耐蚀低硼铋黄铜合金及其制备方法”。铋的熔点低，故主要以薄膜状分布在最后凝固的晶界上，降低了合金的塑性。在锻造、焊接等热加工过程中，铋的熔化造成晶界开裂。此外，铋的价格昂贵，增加合金的成本。

以硅为主的硅黄铜。中国专利申请200410089150.0公开了“含硅无铅易切削黄铜合金”、中国专利申请200410004293.7公开了“无铅铜合金和其应用”、中国专利申请200810143070.7公开了“一种低铅或无铅易切削黄铜合金”、美国专利US7,056,396B2公开了“COPPER/ZINC ALLOYS HAVING LOW LEVELOF LEAD AND GOOD MACHINABILITY”。硅在黄铜中形成脆性的γ相、κ相、μ相，对黄铜的基体起割裂作用，使切屑易于折断，从而改善切削性能。但硅的锌当量系数很大，使得黄铜中的锌加入量减少而铜的加入量增加，从而大大增加了合金的成本。

以锑为主的锑黄铜。中国专利申请200910044315.5公开了“一种铸造无铅易切削黄铜”、中国专利申请200710070290.7公开了“无铅易切削黄铜合金型材及其制造方法”。合金中加入大量的锑，在晶界上形成网状分布，使合金变脆。而且大颗粒的锑硬度高，对切削刀具造成严重磨损。也有用锑与镁反应形成硬质点，改善切削性能，但必须同时添加稀土元素作变质处理。由于稀土元素在黄铜熔炼温度下很容易烧损，因此在铜液需长时间保温的场合如金属型铸造，以及炉料重熔的场合，这种方案并不合适。

【发明内容】

本发明的目的在于：克服现有技术的不足，提供一种无铅铋易切削锑黄铜合金，它符合健康和环保的要求，可进行铸造、锻造、焊接等热加工，成分简单，成本低廉。

本发明的目的是这样实现的：

无铅铋易切削锑黄铜合金包含有铜、锑、镁、硼、磷、铁、锌和不可避免的杂质元素，合金的重量组成为铜58～62％，锑0.1～0.3％，镁0.02～0.06％，硼0.0005～0.005％，磷0.01～0.03％，铁0.1～0.5％，其余为锌和杂质元素。锑与镁反应形成熔点高达1245℃的二元化合物，这种二元化合物溶进铜后形成锑镁铜三元化合物，锑镁铜三元化合物在黄铜中呈长条状，对基体起割裂作用，降低合金的力学性能。硼加入铜液，作为外来核心，对锑镁铜三元化合物起变质作用，使锑镁铜三元化合物由长条状变成粒状，大大减轻对基体的割裂作用。这些化合物在高于铜液凝固温度形核、长大，因此其尺寸较大，可达80μm，均匀分布于基体中。锑镁铜三元化合物在切削过程中使切屑折断，改善了合金的切削性能。铁与硼共同起细化晶粒的作用。添加锑后，铜液表面形成一层薄膜，在浇注金属型铸件时，铸件表面形成皱皮。而添加磷可提高铜液的流动性，改善铸件的表面质量。

为进一步提高切削性能，在上述无铅铋易切削锑黄铜合金中，还添加有铝，合金的重量组成为铜58～62％，锑0.1～0.3％，镁0.02～0.06％，铝0.2～0.7％，硼0.0005～0.005％，磷0.01～0.03％，铁0.1～0.5％，其余为锌及不可避免的杂质元素。铝与锑反应形成熔点高达1058℃的粒状化合物AlSb，大小约15μm。AlSb分布于枝晶的凝固前沿，阻碍枝晶的生长，细化枝晶组织。随着枝晶的生长，AlSb被枝晶包裹。所以AlSb主要分布在枝晶组织内，改善枝晶的切削性能。