[发明专利]改进的黄铜合金及其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及黄铜合金领域，并且具体地涉及一种黄铜合金及其制造方法，其包含提供了黄铜合金的铜和锌以及至少一种其它的合金元素，该黄铜合金在由该黄铜合金制造的物品的制造工艺方面提供了有益的性能，由该合金制造的物品也可以满足环境条件方面不同的要求，能够满足该合金特殊用途的不同的规范要求，以及污染标准方面的官方限制等。 

背景技术

在现有技术中，标准黄铜是一种至少包含铜和锌的合金。然而，添加不同的合金元素可能会提供一种被有利地用于制造特殊用途物品的合金。例如，七种最常用的可商购得到的黄铜合金如下所示： 

-CuZn15红黄铜 

-CuZn30弹壳黄铜 

-CuZn30Sn1海军黄铜 

-CuZn40孟兹合金 

金属 

-CuZn40Sn1海军黄铜 

-CuZn40Pb1Sn1Fe1Mn0.3锰青铜 

-CuZn22Al2As0.05铝黄铜 

很容易理解，这些黄铜合金具有不同的材料属性，这在当生产例如弹药，将该合金用于海洋环境等时，是有利的。 

通常，黄铜合金的耐加工能力是一项重要参数，其反映了黄铜合金提供的在加工过程中使用的工具的磨损和撕裂情况。工具的磨损在生产设备中是一项重要的经济参数。在包含使用铜合金的生产过程中，一些感兴趣的参数为： 

-被加工部分的表面状态 

-切割速度 

-切屑的破碎 

-工具的寿命 

并且，铸造铜合金的能力很重要，例如，铸造的温度水平，提供合金重构的冷却时间等。进一步地，例如铜螺栓可能被挤压的容易程度也是很重要的。例如当被挤压时的抗断裂性，当挤压时需要应用的力，被用于实现最终结果的必须时间等。随着在制造黄铜合金时添加不同的合金元素，所有这些参数可以控制、改变或提高等。例如，如所属领域技术人员已知的，添加铅可改善黄铜合金的加工能力。在合金中锌的含量主要是一种生产更便宜的合金的经济的方法(降低铜的含量)。存在锌的一个问题是当黄铜合金接触水时的脱锌工艺。例如黄铜成分被用于供水系统中的情况。在现有技术中已知，例如，添加小份量的砷作为合金元素，阻止或显著降低由黄铜合金制造的物品在水中的脱锌。 

铜-锌系统的相图(参考图1)显示，在黄铜合金中0-40％Zn的范围内，黄铜可由两种不同的相(α和β)构成，这依赖于温度和合金的组成。35％锌以下，合金仅为α相。但是35％-40％锌，结构可以为纯α相或α和β相的混合，其被称为双相结构。所述β相在室温下被保持，但是在454℃经受长期有序化生成β′。即使通过剧烈的淬火也不能避免该有序化反应。图2显示了一些所述结构。在室温，当合金中具有64％Cu含量时，α相具有最小值，而当合金中具有54％Cu含量时，β′相具有最大值。如所属领域技术人员已知的，合金的结构决定了合金非常重要的性能。两个最重要的参数为抗腐蚀性和冷或热变形的能力。 

黄铜的成形能力依赖于温度和合金的结构。在现有技术中已知，α相提供了一种具有非常好的冷加工能力的黄铜，同时该黄铜耐热加工。 

相反地，β相具有非常低的抗热加工性。已知双相黄铜是最易加工的铜合金，因为它结合了α和β相的优势。因此它分别具有热和冷加工能力。 

根据图1的相图，α相比β相包含更多铜。因此α相比β相更惰性。这意味着，当两相存在时(双相黄铜)，电连接形成并且β相(其为更少惰性的一个)将首先被腐蚀。 

因此，由于其两相混合物的性质，在任何情况下双相黄铜都不能免于腐蚀。 

如果将一种抑制剂少量熔合，纯α结构可免于腐蚀。 

砷、磷和锑是已知的提供抵抗脱锌保护的例子。然而，具有晶间腐蚀的风险。因此，所述合金元素的含量通常非常小。 

然而，一段时间以来，已经知道，例如来自于黄铜合金的铅污染(用于增 强加工能力)对人体有害。[W.Heller，Copper based alloys in Materials Science and Technology，Eds.R.W.Cahn，P.Haasen和E.J.Kramer，第8卷，第6章(1996)].