[发明专利]一种耐应力腐蚀性能优异的铋黄铜及其制备方法

说明书

本发明公开了一种耐应力腐蚀性能优异的铋黄铜，其特征在于：该铋黄铜的质量百分比组成为，Cu：58～60wt％、Sn：0.5～1.5wt％，Bi：0.5～1.0wt％，Si：0.1～0.5wt％，Ni：0.2～0.8wt％，P：0.02～0.15wt％，Pb≤0.01wt％，余量为Zn和不可避免的杂质。本发明铋黄铜添加较低含量的Bi，结合Sn、Si、Ni、P的添加，改善了因较低含量的Bi所带来的切削性不利的影响，降低了后期开裂的风险，提升了铋黄铜的耐应力腐蚀性能，可用作加工制冷设备上使用的截止阀。

技术领域

本发明属于铜合金技术领域，具体涉及一种耐应力腐蚀性能优异的铋黄铜及其制备方法。

背景技术

传统的铅黄铜具有较好的机械性能和物理性能，以及良好的冷、热加工性能和切削性能，且价格低廉，因而广泛地应用于仪器仪表、电子、电器、日用五金、饮用水系统等领域，尤以HPb59-1用量最大。但是，饮水系统管件及其他废弃电子、电器中所含的铅，极易进入水体或土壤中，人体摄入后会危害健康。所以，美国、日本、欧盟等都对这些产品的铅含量提出了相应的限制。欧盟RoHS2.0《关于限制在电子电器设备中使用某些有害成分的指令》要求所有销往欧盟的电气电子产品设备中铅含量不能超过0.1％，目前欧盟RoHS2.0含铅实行豁免，豁免期于2021年7月21日到期。随着人们对健康的日益关注，无铅化是易切削铜合金材料发展的必然趋势。

截止阀是制冷设备里的气体交换控制的阀门，截止阀通常是由铜棒经过热锻成型、数控车床经加工而成，对材料的切削性能要求高，截止阀如果密封不好会造成制冷剂泄露影响空调的冷热交换功能，因此要求截止阀在长期服役期间不能出现开裂，开裂会造成氟利昂泄露。然而，截止阀装配到制冷设备管道上使用就进入了服役期，服役期内，截止阀受到多种应力的作用，如截止阀在加工过程产生的残余应力、装配后产生的安装应力、环境温度变化产生的应力等，截止阀服役期间是暴露在大气中的，在大气中存在的微量氨、氯离子等腐蚀性介质的作用下，截止阀慢慢会出现开裂现象。

Bi系易切削黄铜使用Bi元素代替铅黄铜中的Pb元素，实现无铅黄铜易切削的特性，市场上现有的铋黄铜主要是日本牌号C6803，国标牌号HBi59-1等，主要存在的问题是：现有的Bi系无铅黄铜中，Bi含量高(Bi含量在1.0％以上)，材料虽然切削性能优良，但是由于Bi含量高，Bi不是以颗粒状形式分布在晶内和晶界上，而呈薄膜状分布，这种组织特征加剧了应力腐蚀敏感性，使得高Bi含量黄铜制品在服役过程中容易出现自然开裂现象，然而单纯降低Bi含量，又会降低材料的切削性能。

发明内容

本发明所要解决的第一个技术问题是提供一种具有易切削和耐应力腐蚀开裂的耐应力腐蚀性能优异的铋黄铜。

本发明解决第一个技术问题所采用的技术方案为：一种耐应力腐蚀性能优异的铋黄铜，其特征在于：该铋黄铜的质量百分比组成为，Cu：58～60wt％、Sn：0.5～1.5wt％，Bi：0.5～1.0wt％，Si：0.1～0.5wt％，Ni：0.2～0.8wt％，P：0.02～0.15wt％，Pb≤0.01wt％，余量为Zn和不可避免的杂质。

黄铜中的铜含量影响微观组织形貌，随着铜含量的降低，黄铜微观组织由α相单相黄铜变成α+β双相黄铜，α相属于质软的塑性相，β相属于质硬脆性相，β相的出现能提高黄铜的切削性能。当铜含量高于60％，黄铜组织中α相数量偏多，材料塑性好，不利于切削加工；当铜含量低于58％，再加上本发明中添加的Sn、Si元素的作用，黄铜组织中β相数量增多，甚至容易出现更为硬脆的γ相，切削加工时虽然容易断屑，但是γ相的出现，恶化了材料的冷加工性能和耐应力腐蚀性能，铜棒在拉拔工序生产时容易出现裂纹，铜棒加工成的截止阀在服役期间，也因为内部残余应力大而容易出现应力腐蚀开裂。

Sn能扩大Cu-Zn二元相图的β相区，与此同时，随着Sn的增加，CuZnSn脆性化合物的量也增加，所以加入Sn能提高合金的切削性能，但添加量过高不利于冷加工性能和耐应力腐蚀性能，因此Sn的添加量0.5～1.5wt％。