一种无铅易切削镁锑黄铜合金.pdf

本发明公开了一种无铅易切削镁锑黄铜合金，它的组成为：铜：58～63wt％、镁：1.8～2.6wt％、锑：0.5～1.5wt％，其它元素：0.1～0.5wt％，其余为锌和不可避免的杂质，杂质成分总含量不大于0.1wt％，其它元素选自铈、铁、镍、硅、磷、锡、硼中的一种。本发明在现有普通铅黄铜的基础上，针对该材料的主要使用性能和环境保护的要求，采用镁和锑元素代替对环境污染和人体危害较重的铅元素。该合金具备优良的切削性能、热加工性能、耐腐蚀性能和力学性能，可以代替现有的铅黄铜合金，并且制造成本低，可应用于水暖卫浴和其它各种生产领域。

1.  一种无铅易切削镁锑黄铜合金，其特征在于：它由铜、锌、镁、锑合金元素，不可避免的杂质成分，以及其它元素组成，所述合金的组成为：铜：58～63wt％、镁：1.8～2.6wt％、锑：0.5～1.5wt％，其它元素：0.1～0.5wt％，其余为锌和不可避免的杂质，杂质成分总含量不大于0.1wt％，其它元素选自铈、铁、镍、硅、磷、锡、硼中的一种。

2、  根据权利要求1所述的无铅易切削镁锑黄铜合金，其特征在于，镁含量为：2.0～2.4wt％。

3、  根据权利要求1所述的无铅易切削镁锑黄铜合金，其特征在于，锑含量为：0.7～1.4wt％。

4、  根据权利要求1或2或3所述的无铅易切削镁锑黄铜合金，其特征在于，其它元素含量为：0.1～0.3wt％。

一种无铅易切削镁锑黄铜合金
技术领域
本发明属金属合金材料的制造技术领域。尤其涉及到一种具有优异的切削性能、机械性能和耐腐蚀性能的绿色环保无铅易切削镁锑黄铜合金。
背景技术
铅黄铜具有优良的易切削、力学、物理等性能，是广泛应用的一种铜合金，发达国家仅黄铜水管的使用率就高达90％以上，然而铅是一种对环境和人体危害作用巨大的元素，在铅黄铜中铅以游离态单质方式存在，并随着铅黄铜的腐蚀而进入水中，因此在工业生产中必须严格控制各种产品的铅含量。目前无铅黄铜的替代研究主要有铋黄铜和锑黄铜，但国内对铋、锑黄铜的研究尚未形成自主知识产权。通过对铅黄铜易切削机理的研究，根据铋黄铜和锑黄铜的研究思路，结合我国国情选用资源丰富价格低廉的镁，同时加以锑元素以改善合金的切削性能，并对镁黄铜的可切削性等性能和微观组织进行了研究，获得了具有市场推广价值的又一新型无铅易切削镁锑黄铜，将获得巨大的社会效益和经济效益。
发明内容
本发明的目的是提供一系列不含铅的具有优异的切削性能、热加工性能和机械性能，同时又具有优异的耐腐蚀性能，可以替代铅铜合金并且不会造成环境污染、有利于降低成本的绿色环保无铅易切削镁锑黄铜合金。
本发明无铅易切削镁锑黄铜合金的相组成为：以α相为主，β相较少，少量细小均匀分布于晶界的含镁和含锑的金属间化合物等硬脆相。
一种无铅易切削镁锑黄铜合金由铜、锌、镁、锑合金元素，不可避免的杂质成分，以及其它元素组成，所述合金的组成为：铜：58～63wt％、镁：1.8～2.6wt％、锑：0.5～1.5wt％，其它元素：0.1～0.5wt％，其余为锌和不可避免的杂质，杂质成分总含量不大于0.1wt％，其它元素选自铈、铁、镍、硅、磷、锡、硼中的一种。
镁含量优选为：2.0～2.4wt％。
锑含量优选为：0.7～1.4wt％。
其它元素优选为：0.1～0.3wt％。
无铅易切削镁锑黄铜合金是利用镁和锑代替铅，镁和锑在黄铜中均有一定的固溶度，当镁元素含量较少时，可以起到脱氧和细化晶粒的效果，少量的锑可以改善合金的抗脱锌性能。当镁元素和锑元素含量较高时(Mg＞0.5wt％，Sb＞0.3wt％)，此时镁和锑能与铜在合金晶内和晶界附近形成金属间化合物Cu₂Mg和Cu₂Sb，金属间化合物的聚集形成易切削的短断屑点，使得含镁和含锑的金属间化合物脆性相均匀分布在晶内和晶界上，进一步提高了该合金的切削性能。当镁含量低于0.5wt％、锑低于0.3wt％时，其作用对合金体系尤其是切削性能不明显，因此，合金中镁元素的优选含量为：2.0～2.4wt％，锑元素的优选含量为：0.7～1.4wt％。其它元素中少量的铝可以提高黄铜的强度与抗腐蚀能力，但含量较高时会严重影响合金的塑性，稀土元素铈的添加可以细化晶粒且可以使得脆性金属间化合物弥散分布于合金内部，提高合金的综合性能，少量钛元素和硼元素在细化晶粒方面也有较好效果，添加镍可以扩大α相区，可获得高强度合金，少量硅和锡元素均具有脱氧、固溶强化的作用，但硅含量过多就会降低合金浇铸时的流动性，从而影响铸锭质量，铁在黄铜中固溶度极小，少量铁有细化晶粒的作用，少量的磷能够提高黄铜的力学性能兼有细化晶粒的效果。因此，本发明优选其它元素含量控制范围为0.1～0.3wt％。
本发明在现有的普通铅黄铜合金的基础上，针对铅黄铜的主要使用性能和要求，并结合环境保护的要求，本着降低成本的原则，采用镁、锑元素代替环境污染和对人体危害较严重的铅元素，从而达到无铅和价格低廉的目的。与铅黄铜和目前的无铅黄铜相比，具有以下突出优点和积极效果：
1)是一种无铅的黄铜材料，可以消除铅在生产和使用过程中对环境和人体造成的危害。
2)镁锑黄铜合金切削性能均为80％以上，优于镁黄铜；镁锑黄铜合金耐腐蚀性能较好：镁黄铜平均腐蚀深度为：416.5μm，而镁锑黄铜平均腐蚀深度为：340.1μm。
3)具有优良的切削性能、冷热成型性、优良的机械性能，同时又具有优异的耐腐蚀性能，可以代替现有的铅黄铜合金，应用于水暖洁具和其他各种生产领域。
4)我国镁和锑的资源丰富，价格低廉，可以很大程度的降低成本。
5)生产工艺简单，可控。
本发明的合金特别适用于水暖洁具和其他各种生产领域。它是有利于人体健康和环境保护的新型金属材料，也是目前广泛应用的会引起对人体和环境有恶劣影响的铅黄铜的又一新型理想替代品。
具体实施方式
以下结合实施例进一步说明本发明，而非限制本发明。
实施例对本发明绿色环保无铅易切削镁黄铜合金按下表1中的合金成分铸成铸锭、挤压成圆棒。
实施例1
其生产工艺流程方法如下：
原材料准备及配料-熔炼-浇铸-铸锭均匀化处理-热挤压-消除应力退火-成品。
具体可描述如下：熔炼采用中频感应电炉，先加入铜锭和覆盖剂，在铜熔体中，按成分配比配料，按照顺序加入锌、锑、铜镁中间合金。使镁和锑在黄铜熔液中迅速固溶为金属间化合物，并且均匀分布，在1000～1100℃下铸造成黄铜铸锭，600～750℃状态下均匀化处理2～3小时，在600～750℃温度下进行挤压，在300～400℃下进行消除应力退火。
实施例2的生产工艺流程同实施例1。
实施例3
其生产工艺流程方法如下：
原材料准备及配料-熔炼-浇铸-铸锭均匀化处理-热挤压-消除应力退火-成品。
具体可描述如下：熔炼采用中频感应电炉，先加入铜锭和覆盖剂，在铜熔体中，按成分配比配料，按照顺序加入锌、锑、铜镁中间合金及其它元素。使镁和锑在黄铜熔液中迅速固溶为金属间化合物，并且均匀分布，在1000～1100℃下铸造成黄铜铸锭，600～750℃状态下均匀化处理2～3小时，在600～750℃温度下进行挤压，在300～400℃下进行消除应力退火。
实施例4-9的生产工艺流程同实施例3。
表1本发明绿色环保无铅易切削镁锑黄铜的成分组成实例：(wt％)

本发明所述的无铅易切削黄铜镁锑合金挤压退火后的力学性能如下表2：
表2本发明绿色环保无铅易切削镁锑黄铜的力学性能

其他性能指标如下：
1、热加工性能：和C3604相当
2、切削性能：实施例1：切削指数大于80％
实施例2：切削指数大于82％
实施例3：切削指数大于88％
实施例4：切削指数大于95％
实施例5：切削指数大于93％
实施例6：切削指数大于89％
实施例7：切削指数大于91％
实施例8：切削指数大于88％
实施例9：切削指数大于90％
C3604切削指数为100％
3、耐腐蚀性能：无铅镁黄铜合金实施例挤压退火后按照GB10119-88脱锌实验方法进行脱锌实验，所测得的脱锌层厚度如下：
实施例1测得的平均脱锌层厚度为294μm
实施例2测得的平均脱锌层厚度为334μm
实施例3测得的平均脱锌层厚度为368μm
实施例4测得的平均脱锌层厚度为291μm
实施例5测得的平均脱锌层厚度为315μm
实施例6测得的平均脱锌层厚度为221μm
实施例7测得的平均脱锌层厚度为237μm
实施例8测得的平均脱锌层厚度为288μm
实施例9测得的平均脱锌层厚度为373μm
4、应力实验：实施例1到实施例9退火后样品的应力实验均达到国家标准。