[发明专利]一种无铅高强易切削钛增强石墨黄铜及其制备方法

说明书

本发明公开了一种无铅高强易切削钛增强石墨黄铜，按照质量百分比由以下组分组成：石墨0.5‑3.0wt.％，钛0.3‑3.0wt.％，其余为Cu40Zn黄铜，以上组分的质量百分比总和为100％。本发明还公开了该无铅高强易切削钛增强石墨黄铜的制备方法，采用该方法制备的无铅高强易切削钛增强石墨黄铜具有较高的强度和硬度，通过调控石墨与钛粉的配比以及在黄铜中的含量，使得黄铜的切削性能与力学性能同时得到提升并达到平衡。

技术领域

本发明属于高强易切削合金技术领域，涉及一种无铅高强易切削钛增强石墨黄铜，还涉及该无铅高强易切削钛增强石墨黄铜的制备方法。

背景技术

Cu40Zn合金具有良好的力学性能，优良的导电导热性以及耐蚀性而在航空航天、船舶运输、汽车机械、电力电子及输水管道等各个领域具有重要的应用价值和广阔的应用前景。Cu40Zn合金中通常需要添加0.5～3.2％的铅(Pb)，以提高切削性能从而降低其加工成本。然而，Pb会造成严重的环境污染，危害人体健康。世界卫生组织在1992年提出，在饮用水中铅的含量不能高于1.1×10^-5。美国、欧盟近年来相继推出了RoHS、WEEE等一系列法规严厉限制和禁止铅的适用。我国于2001年在《生活用水卫生规范》中规定了铅所允许的析出量。另一方面，随着产业技术革命和我国装备制造业转型升级、重大工程项目和战略新兴产业的发展，高比强度和加工性能优良的黄铜合金的需求在迅速增加，这些因素极大地促进了高性能无铅易切削黄铜的研究开发。

石墨(Graphite,Gr)是一种优良的固体润滑剂，其在铜中的溶解度很小，弥散分布于铜基体中的石墨颗粒在切削过程中能够起到类似于铅颗粒的断屑作用和润滑作用，减小刀具磨损从而延长刀具使用寿命。另外由于石墨价格低廉，资源丰富，石墨黄铜已经成为易切削黄铜研究的热点之一。石墨黄铜的制备方法主要分为铸造法和粉末冶金法。对于铸造法而言，石墨与黄铜基体的润湿性差并且比重差大，石墨在铸造过程中易上浮，难以均匀地分布在黄铜基体中，弱化材料的性能。对于粉末冶金法而言，由于石墨与黄铜之间不发生反应，只是单纯的机械咬合，界面结合强度较差，受力时石墨/黄铜界面会成为裂纹源优先发生断裂，劣化石墨黄铜的力学性能。石墨黄铜的切削性能与力学性能此消彼长的矛盾成为制约其发展的主要瓶颈。

为开发性能优异的无铅黄铜，国内外研究人员开展了大量的研究工作。但是界面问题是影响石墨黄铜材料性能的主要因素，界面的结构与性质决定着材料的最终性能，而成分之间润湿性的好坏则是影响材料界面结构与性能的关键因素。铜与石墨既不润湿也不发生反应，虽然采用粉末冶金法可以改善石墨在黄铜基体中的分散问题，但是两种粉末也只是机械互锁结合，界面结合不牢固；另一方面，铜与石墨较大的的热膨胀系数差(α_石墨＝(4～6)×10^-6/K，α_铜＝(16～18)×10^-6/K)容易产生大的热应力，这些都是严重影响石墨/黄铜材料性能的主要因素。石墨黄铜存在切削性能与力学性能此消彼长的矛盾，主要是由于石墨与黄铜界面既不润湿也不发生反应。

发明内容

本发明的一个目的是提供一种无铅高强易切削钛增强石墨黄铜，解决了现有无铅石墨黄铜的切削性能与抗拉强度不能兼顾的问题。

本发明的另一个目的是提供一种无铅高强易切削钛增强石墨黄铜的制备方法。

本发明所采用的第一技术方案是，一种无铅高强易切削钛增强石墨黄铜，按照质量百分比由以下组分组成：石墨0.5-3.0wt.％，钛0.3-3.0wt.％，其余为黄铜，以上组分的质量百分比总和为100％。

本发明的技术特征还在于，

其中，黄铜为Cu40Zn黄铜。

钛增强石墨黄铜中钛与石墨的质量比为0.3～5:1。

本发明所采用的第二技术方案是，一种无铅高强易切削钛增强石墨黄铜的制备方法，包括以下步骤：