[发明专利]一种耐应力开裂铅黄铜棒材及其制备方法

说明书

本发明公开了一种耐应力开裂铅黄铜棒材，其特征在于包括以下质量百分组成，Cu：58.0～60.0wt％，Pb：0.8～1.9wt％，Fe：0.10～0.20wt％，Ni：0.5～2.0wt％，P：0.003～0.02wt％，余量为Zn和不可避免的杂质。本发明在传统铅黄铜的基础上添加Fe、Ni，提高了基体中α相的比例，使得α相和β相以等轴晶存在，材料内部的组织更加均匀，减少了应力集中，降低了焊接后开裂的风险。

技术领域

本发明涉及铜合金，尤其涉及一种耐应力开裂铅黄铜棒材及其制备方法。

背景技术

空调截止阀是控制空调里气体交换的阀门，而空调截止阀与空调的紫铜管焊接后如果密封不好会造成氟利昂泄露影响空调的冷热交换功能。而空调截止阀通常是由六角铅黄铜棒材加工而成，通过对失效的铅黄铜缺陷分析发现裂纹是材料的应力集中产生的，而应力集中点往往是材料组织内部存在某种缺陷，通过对开裂的阀体金相组织与未开裂的金相组织对比发现两者的相组成存在明显的不同。

铅黄铜HPb59-1化学成分范围：Cu：57.0～60.0％，Pb：0.8～1.9％，Fe≤0.5％，Zn为余量，采用的生产工艺为铸锭—挤压—扒皮—拉伸—低温去应力退火。HPb59-1金相组织是由α相和β相组成的双相黄铜，通常β相的体积比例在50％左右，β相基体硬而脆，高比例β相使得黄铜变脆而难以发生塑性变形，在后续加工过程中易开裂。通过对裂纹的样品进行分析，发现其内部组织中α相呈长条状分布，而且组织不均匀。出现这种金相组织的原因是传统铅黄铜合金成分的铸锭在挤压时高温组织全部为β相，挤压坯在自然冷却过程中，从β相基体中析出针状α相并长大成条状，其大小、形貌和方向各不相同，杂乱无章地分布在β相基体上，使得材料内部组织呈现不均匀性。当采用该牌号铜棒制作器件，与其他器件焊接时，由于铜棒在加工变形过程中，组织的不均匀性使得各个α相和β相的应力分布和大小不尽相同，容易出现应力集中开裂情况。如空调截止阀是控制空调里气体交换的阀门，通常是由六角铅黄铜棒材加工而成。空调截止阀与空调的紫铜管焊接时，由于截止阀受材料应力集中影响而发生开裂，导致密封不好，造成氟利昂泄露。

因此，针对现有铅黄铜HPb59-1空调截止阀存在的组织问题需要对合金成分重新设计，从而解决在焊接后开裂的问题。

发明内容

本发明所要解决的第一个技术问题是针对现有技术的现状提供一种α相比例升高且α相和β相为等轴晶、两者均匀分布的耐应力开裂铅黄铜棒材。

本发明解决第一个技术问题所采用的技术方案为：一种耐应力开裂铅黄铜棒材，其特征在于包括以下质量百分组成，Cu：58.0～60.0wt％，Pb：0.8～1.9wt％，Fe：0.10～0.20wt％，Ni：0.5～2.0wt％，P：0.003～0.02wt％，余量为Zn和不可避免的杂质。

本发明添加一定含量的Ni，Ni与Cu能形成连续固溶体，显著扩大α相区，提高α相比例，从而提高黄铜的强度和韧性，增强黄铜抗应力开裂的能力，Ni由于熔点达到1453℃，能提高黄铜的再结晶温度，促使黄铜退火时形成更细的晶粒。Ni含量太低，不能明显提高α相比例，作为有限，Ni含量太高，不仅增加成本，还会恶化铜水流动性，反而容易产生气孔、夹渣等缺陷；因此，将Ni控制在0.5～2.0wt％。

传统的铅黄铜中Fe一般作为杂质而控制，因Fe元素不固溶与铜基体析出后影响成品的塑形，本发明在铅黄铜的基础上有意添加一定含量的Fe，利用Fe作为质点，使其聚集在α相和β相相界上，阻碍α相、β相长大，实现细化结晶组织和形成等轴晶的作用。因此，Fe含量太低，细化组织的作用不明显，Fe含量太高，会形成富Fe相，恶化铜合金的加工性能；因此，结合本发明拟实现的技术效果，将Fe控制在0.10～0.20wt％。

P能与铜水中的O(以氧化物形式存在)反应产生P₂O₅气体，从铜水中逸出，起到改善铜水流动性，消除铸锭中气孔、氧化物夹杂等缺陷，净化铜水。