[发明专利]易切削的黄铜合金

说明书

技术领域

本发明涉及一种黄铜合金，尤其涉及一种低铅含量且具易切削性的黄铜合金。

背景技术

黄铜的主要成份为铜与锌，两者的比例通常为约7∶3或6∶4，此外通常包含少量杂质。为了改善黄铜性质，公知黄铜含铅(多为1-3重量％)以达到产业所需的机械特性，并因此成为工业上重要材料，广泛应用于管线、水龙头、供水/排水系统的金属装置或金属阀等制品。

然而，随着环保意识抬头，重金属对于人体健康的影响和对环境污染的问题逐渐受到重视。因此，限制含铅合金的使用为目前的趋势。日本、美国等国陆续修订相关法规，极力推动降低环境中的含铅率。涵盖用于家电、汽车、水外围产品的含铅合金材料，均被特别要求不可从该产品溶出铅至饮用水，且在加工制程中也必须避免铅污染。因此，业界极欲开发无铅黄铜材料，寻找可替代含铅黄铜，但仍须兼顾铸造性能、切削性、耐腐蚀性与机械性质的合金配方。

目前已有许多无铅铜合金配方被报导以硅(Si)为主要成分而取代铅添加于黄铜合金中，例如，第421674号、第7354489号、第20070062615号、第20060078458号台湾专利等所揭露的无铅铜合金配方，但这些公知技术的缺点是切削性不佳，不适于大批量生产。另外，无铅铜合金配方，例如第10144045号中国专利所揭示以铝、硅及磷为主要合金元素，虽然可用于铸造，但切削性较差，加工效率远低于铅黄铜，不适于大批量产；第101285138号及第101285137号中国专利揭示以磷为主要合金元素，但其用于铸造则容易产生裂纹和夹渣等缺陷。

第101403056号中国专利揭露以铋和锰代替铅的无铅黄铜合金。然而，高铋含量易产生裂纹及夹渣等缺陷，而铋低锰高则硬度高，则不易断屑，且切削性差。

因此，业界仍然持续开发黄铜材料，寻找可替代含铅易切削黄铜，但仍可兼顾铸造和机械加工性能的合金配方。

发明内容

为达上述及其它目的，本发明提供一种易切削的黄铜合金，除了包括93.5重量％以上的铜(Cu)和锌(Zn)之外，还包含：0.5至1.5重量％的硅(Si)；0.7至2.0重量％的锡(Sn)；0.4至0.8重量％的铝(Al)；0.05至0.6重量％的镍(Ni)；0.05至0.2重量％的铅(Pb)；以及选自锰、铬及铁中的一种或多种元素，且所述元素的总含量为0.01至0.5重量％；其中，该合金的铜含量为58至65重量％，此范围含量的铜可提供良好的韧性和良好的加工性，以利于合金材料的后续加工。

本发明的易切削黄铜中，由于硅、铝元素加入黄铜合金，使合金具有固溶强化的效果。与选自锰、铬及铁的元素搭配，则添加硅元素可使介金属化合物析出，具备阻断切屑的作用，以改善合金的切削性；切削性及合金熔汤的流动性随硅含量增加而提高，合金流动性增加有助减少铸件的疏松缺陷。具体而言，锰元素搭配硅元素可形成极小的析出颗粒，此颗粒组织，有助于提升材料切削性；硅元素与铁元素的共同添加，可维持材料韧性，改善合金脆化现象；微量铬元素与硅元素的共同添加则产生加乘效果而进一步提高被切削性，当硅添加量大于1.5重量％，机械强度及延伸率大幅降低，使得合金加工成型性不佳；在本发明优选实施例中，硅含量为0.5至1.2重量％，具良好切削断屑性。

在本发明的易切削黄铜中，铝元素的添加产生固溶强化的效能，可提高合金强度、硬度及降低合金比重的功能。又因本发明搭配硅元素的加入，铝含量超过0.8重量％时，将降低合金延展性，且金属熔汤易氧化产生炉渣，降低合金流动性，使得铸件出现流痕、夹渣及组织致密性较差等铸造不良现象；在优选实施例中，铝含量为0.5至0.8重量％。

在本发明的易切削黄铜中，添加锡元素溶入铜基固溶体中，起固溶强化作用，并提高抗海水腐蚀的能力。但是随着含锡量的增加至超过2.0重量％，合金中会出现脆性r相不利于合金的塑性变形，且无法得到与添加量相等的抗腐蚀效果改善，且为顾及铸造、机械加工及抛光总合格率，在优选实施例中，锡含量0.7至1.0重量％，具有较高的塑性，能得到良好的成型效果。

在本发明的易切削黄铜中，添加镍元素，使铜液结晶时晶粒细小，同时镍元素净化了铜的基体和晶界，可提高黄铜合金铸件的力学性能；在黄铜合金中的镍为高熔点元素，需严格控制其含量，避免与其它金属元素形成硬脆的高熔点金属间化合物，影响合金的热加工性能，而得不到有效金属补缩而产生缩孔、裂纹等缺陷。在优选实施例中，镍含量0.05至0.4重量％，适量的镍能细化材料晶粒，增加材料韧性。