[发明专利]一种无铅易切削黄铜合金及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及金属合金制造领域，具体地说，是一种无铅易切削的黄铜合金及其制 备方法。

背景技术

黄铜被广泛应用于电子、建筑、机械等技术领域，黄铜性能包括可铸性，可加工 性，抗腐蚀性，导电性和热传导性。主要的一个缺点是其可切削性，通过加入铅的黄铜合 金在高温下具有较好的塑性，可进行锻造及铸造，同时还可以获得良好的机械性能。铅黄 铜已被广泛应用于各个领域，例如：五金件、汽车零件、电器接插件、阀门、管接头等。 但这类材料中的铅容易溶解于水中，若用于管道行业，则根据科学测定，铅含量能达到 50ppm以上。铅对人体的血液和神经系统都会造成不可逆转的损失，所以世界各国均很 重视铅造成的污染和引起的危害，已限制和禁止铅黄铜的使用，环保易切削无铅的黄铜的 研究已成为热点。

现阶段无铅黄铜研究主要是以铋、硅、镁、锑以及石墨替代铅。铋本身性脆，其 熔点比铅低，表面张力亦比铅小，铋以薄膜状在晶界偏聚，严重影响了铋黄铜的力学性能， 需要通过添加多种微量元素去改变铋的偏析行为，但由于铋资源有限，使得其价格昂贵， 故铋黄铜难以被推广应用。硅可改善铜合金的热加工性能，尤其是低温下的热加工性能。 但硅黄铜的切削性能只有铅黄铜性能的70％-80％，并且铜含量较高，其价格也比一般黄 铜高出很多。用镁代替铅黄铜的棒材，其切削性能可以达到铅黄铜性能的78.5％，并与铜 形成低熔点二元共晶相Cu-Mg和Zn-Mg，弥散分布于基体中，提高合金切削性能。 但镁黄铜在熔炼过程中容易发生氧化、吸气等，使得其镁铅黄铜的熔炼工艺极为复杂。石 墨具有很好的润滑效果，且石墨质软，容易断裂，切屑尺寸小，还可减少与刀头的磨损。 在黄铜中加入石墨并与其他可以提高强度的合金元素配合使用，会使黄铜合金在具有良好 切削性能的同时，也具有比较优良的力学性能。但由于石墨的强度低、密度小、容易上浮， 很难采用普通熔铸方法使其熔入黄铜基体中，需要采用离心、搅拌等先进的铸造技术，这 使得生产工艺复杂，导致生产成本大幅增加。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种无铅易切削黄铜合金及其制备方法，以解决现有 技术铸造无铅黄铜合金的不足，通过碲钪黄铜合金材料以达到降低铅含量的使用量，符合 环保的要求，同时其具备优良的铸造性能和切削性能。

为达到以上目的，本发明采用的技术方案为：一种无铅易切削黄铜合金的组分按 质量分数计为：55.4％～69.4％的铜、0.6％～3.2％的碲、0.5％～1.8％的钪、0.2％～0.5％的磷、 0.08％～0.4％的镁、0.05％～0.3％的稀土铈、0.08％～0.16％的硒、0.04％～0.32％的锡、 0.2％～0.35％的钴、0.22％～0.38％的碳、0％～3％的锰、0.2％～0.4％的铁，余量为锌和不可避 免的杂质。

根据本发明的一实施例，锰含量为0.5％～1.2％。

根据本发明的一实施例，铁含量为0.2％～0.4％。

根据本发明的一实施例，碳元素含量在0.24％～0.30％之间。

根据本发明的一实施例，一种无铅易切削黄铜合金的制备方法，包括步骤：

S100熔炼制备合金混合液，熔化铜，熔炼温度1000℃～1200℃，依次分批加入相 应质量份的锌、硒、钴、碲、镁、磷、钪、锰以及铁，搅拌；

S200调整温度至980～1080℃后添加精炼剂并进行搅拌，炉前取样分析，确认化 学成分；

S300添加相应质量份的稀土铈、碳、锡，充分搅拌后取样分析，成分调整；以及

S400静置，捞渣，保温1000～1100℃，电压220V，静置30～60min，升温至 1200～1250℃，出炉浇注成合金棒材或合金锭。

根据本发明的一实施例，所述步骤S100包括步骤：

S110预热工频感应炉，选用电解铜，向工频感应炉中加料，逐步加热工频感应炉， 升温进行熔炼，熔化铜，熔炼温度1000℃～1200℃；

S120将锌加入所述工频感应炉，充分搅拌使得合金熔炼混合均匀，将硒、钴、碲 投入炉内，搅拌30～40min；以及

S130将镁和磷投入炉内，投料后搅拌20～30min，接着将钪、锰和铁投入炉内， 投料后搅拌20～30min。