专利名称：一种低成本黄铜合金及其制造方法
技术领域：
本发明涉及一种黄铜合金及其制造方法，特别是涉及一种含铜量低、抗应力腐蚀性能优异，适合于铸造、锻造和挤压的低成本黄铜合金及其制造方法。
背景技术：
铅黄铜由于具有优良的切削性能、良好的耐腐蚀性能以及较低的成本，已被广泛应用于各种领域，如电子电器接插件、仪表零件、饮用水系统的水管、水龙头、阀门、管接头以及汽车、消防上使用的零部件。目前市场上常用的有铅铜为ZCU&140P132和C36000，用此类铅黄铜砂铸成型的阀门本体，装配成阀门后，因不便退火消除装配应力，在14%浓度氨水中氨熏8小时进行抗应力腐蚀性能测试时会出现不同程度的开裂。目前ZCU&140P132和C36000合金的铜含量均在59wt %左右，成本相对仍较高，因此，进一步降低原材料成本，开发出含铜量更低，抗应力腐蚀性能更优异、切削性能更好的黄铜合金为市场所需。现有资料表明黄铜中铜含量太低，合金的延伸率急剧下降，且由于合金中锌含量相对提高，合金的抗脱锌腐蚀和抗应力腐蚀性能将变差。
发明内容
为了克服以上缺陷，本发明提供一种成本低廉、耐腐蚀性能优异的黄铜合金及其制造方法。本发明的一个目的在于，提供一种低成本、抗应力腐蚀性能优异、切削性能优异、 成本较低、铸造性能、冷热成型性能优良的黄铜合金，特别是提供一种适合于铸造、锻造和挤压的耐蚀性能优异的黄铜合金。本发明的另一个目的在于，提供上述黄铜合金的制备方法。根据本发明的一方面，本发明提供一种低成本黄铜合金，该黄铜合金含有 45-59wt % Cu,35-50wt % Zn,0-1. 3wt % Fe,0. 2-0. 9wt % Al,1. 0-4. Owt % Mn, 1. 0-3. 5wt% Pb。黄铜合金中还可含有 0. 001-0. Iwt % 的 P、0_1. Owt % 的 Ni、0_l. Owt % 的Sri、0-0. Iwt %的Si中的一种或一种以上合金元素，或/和以下元素中的一种或一种以上0. 0001-0. Olwt % 的 B，0. 0001-0. 5wt % 的 Ti,0. 0001-0. 5wt % 的稀土元素(RE)，
0.0001-0. Olwt%的 Zr,0. 0001-0. 25wt%^ Ag。优选地，所述黄铜合金中!^e的含量为0. 6 1. 3wt%。优选地，所述黄铜合金中Al的含量为0. 2 0. 7wt%。优选地，所述黄铜合金中Mn的含量为1. 0 3. Owt %，更优选含量为
1.0-2. 5wt%。优选地，所述黄铜合金中Pb的含量为1. 5 3. Owt %。根据本发明的另一方面，本发明提供一种制造上述低成本黄铜合金的方法，该方法包括配料、熔炼、浇注合金锭、重熔和砂型铸造，其中所述浇注合金锭的温度为990 1060°C，所述砂型铸造的温度为1000 1060°C。根据本发明的又一方面，本发明提供一种制造上述低成本黄铜合金的方法，该方法包括配料、熔炼、水平连铸棒、扒皮和加热锻造，其中所述水平连铸的温度为990 1060°C，所述加热锻造的温度为650 760°C。根据本发明的再一方面，本发明提供一种制造上述低成本黄铜合金的方法，该方法包括配料、熔炼、水平连铸圆锭、挤压和加热锻造，其中所述水平连铸的温度为990 1060°C，所述挤压的温度为650 760°C，所述加热锻造的温度为650 760°C。为了更加清楚地说明和阐述本发明的技术方案，以下将对本发明作进一步的描述为解决目前有铅黄铜抗应力腐蚀性能不足(产品在90 137Nm大扭矩装配后不便消除装配应力的前提下，无法通过14%浓度氨水氨熏8小时的应力腐蚀性能检测)，并进一步降低原材料价格等问题。本发明提供一种成本较低，抗应力腐蚀性能优异的黄铜合金，该黄铜合金含有 45-59wt% Cu,35-50wt% Zn, 0-1. 3wt% Fe，0. 2-0. 9wt% Al, 1. 0-4. Owt% Mn, 1. 0-3. 5wt% Pb。根据本发明的一个实施方案，本发明的黄铜合金含有45-59wt% Cu, 35-50% Zn, 0-1. 3wt% Fe，0· 2-0. 9wt% Al, 1. 0-4. Owt% Mn, 1. 0-3. 5wt% Pb，0· 001-0. Iwt%^ P,—禾中或一种以上下列合金元素0. 0001-0. Olwt % ^ Β，0· 0001-0. 5wt % ^ Ti，0· 0001-0. 5wt% 的 RE，0. 0001-0. Olwt%的 Zr，0. 0001-0.Ag。根据本发明的另一个实施方案，本发明的黄铜合金含有50-59Wt% Cu,35-50wt% Zn,0-1. 3wt % Fe，0· 2-0. 9wt % Al, 1. 0-4. Owt % Mn, 1. 0-3. 5wt % Pb，0. 001-0. Iwt % P, 0-1. Owt% Sn，0. 0001-0. 01wt% B。根据本发明的又一个实施方案，本发明的黄铜合金含有45-55wt% Cu,35-50wt% Zn,0-1. 3wt % Fe，0· 2-0. 9wt % Al, 1. 0-4. Owt % Mn, 1. 0-3. 5wt % Pb，0. 001-0. 05wt % P,0-1. Owt % Sn,0-1. Owt % Ni, 一种或一种以上下列合金元素:0. 0001-0. Olwt % 的 B, 0. 0001-0.Ti，0. 0001-0.RE，0. 0001-0. Olwt %的 Zr，0. 0001-0.Ag。根据本发明的再一个实施方案，本发明的黄铜合金含有45-55wt% Cu,35-50wt% Zn，0· 6-1. 3wt % Fe，0· 2-0. 9wt % Al, 1. 0-2. 5wt % Mn, 1. 0-3. 5wt % Pb，0. 001-0. 05wt % P,0-1. Owt % Sn,0-1. Owt % Ni, 一种或一种以上下列合金元素:0. 0001-0. Olwt % 的 B, 0. 0001-0.Ti，0. 0001-0. 5wt % 的 RE，0. 0001-0. Olwt %的 Zr，0. 0001-0.Ag。本发明通过添加较高含量的廉价锰和铁元素使合金具有良好的力学性能、优异的抗应力腐蚀性能及抗脱锌腐蚀性能，从而相应减少铜、锡、镍等元素的含量，从而达到降低合金原材料成本的目的。本发明中的主添加元素锰，其作用主要是利用锰在铜中具有极高固溶度的特性， 可显著提高合金的力学性能和抗应力腐蚀性能；另外，由于锰的锌当量系数是0.5，可以扩大β相区，但这种作用不明显，相反，在铜和其他元素不变的情况下，添加锰元素可以减少锌的含量，从而降低合金的脱锌腐蚀倾向。因此，添加适量的元素锰，可以提高合金的耐蚀性，尤其是提高合金的抗应力腐蚀性能。因此锰是本发明合金中极其重要的合金元素，其添加量为1. 0 4. Owt% ο与锰含量为1. 0-2. 5wt%时的合金相比，锰含量为2. 5-4. Owt%^ 合金的力学性能和切削性能差异不大，但合金的铸造成型性能较前者稍差，当锰含量超过 4. 时，易氧化造渣，降低合金的流动性能和塑性，对合金的切削性能也不利。添加铁可用于细化晶粒，且当铁与铝和/或锡和/或锰元素同时加入时，将在合金内形成大量的均勻分布的铝锰铁等化合物，有助于提高合金的力学性能和耐腐蚀性能，尤其是抗应力腐蚀性能，铁含量控制在0-1. 3wt%范围内为宜。铁含量低于0.2wt%时，铁的添加仅有细化晶粒的作用，对提高合金的强度和抗应力腐蚀性能作用不明显，随着铁含量的增加，合金的强度和抗应力腐蚀性能随之提高，当铁含量为0. 6wt%以内时，其性能可满足本发明合金的要求，但其效果不如铁含量为0. 6-1. 3wt%。当铁含量大于1. 3wt%，尤其是大于1.5wt%时，将在合金中形成大量富铁相，甚至产生富铁偏析，降低合金的耐蚀性和塑性。铝可在铜合金表面形成致密的保护膜，从而改善铜合金的耐腐蚀性能，铝还可以通过固溶强化以及与锰、铁相互作用提高合金的力学性能，并进一步改善合金的耐蚀性能。此外，铝具有脱氧作用，可提高合金流动性，有利于铸件的成型。添加铝含量最高为 0. 9wt%,过高的铝易氧化生渣，反而降低合金的流动性，不利于铸件或铸锭的成型，且影响铸件或铸锭质量。铅的添加主要是用于保证合金的切削加工性能，其含量控制在1. 5-3. 5wt%，铅含量大于3. 5wt%，不会进一步改善合金的切削性能，反而会使合金的力学性能下降。添加磷是为了脱氧，改善合金的铸造性能，其含量控制在0.001-0. 为宜，更高的含量将降低力学性能。添加镍是为了改善合金的韧性、抗脱锌腐蚀性能和抗应力腐蚀性能。其含量为 0-1. Owt %，更高的镍含量，会增加原材料成本。锡的添加是为了进一步改善合金的抗应力腐蚀和抗脱锌腐蚀性能；锡含量控制在 0 1.0wt%范围内为宜，更高的锡含量，会增加原材料成本，降低合金的锻造成型性能和力学性能。本发明合金中硅作为杂质，其含量控制在0. 以内，当硅含量超过此范围时， 硅易与铁、锰形成铁-锰硅化合物，这种金属间化合物的存在使合金具有很好的耐磨性，但降低了合金的塑性和切削性能。本发明提供了制造上述黄铜合金的方法，该方法包括配料、熔炼、浇注合金锭、 重熔和砂型铸造，其中所述浇注合金锭的温度为990 1060°C，所述砂型铸造的温度为 1000 1060 。本发明提供了另一种制造上述黄铜合金的方法，该方法包括配料、熔炼、水平连铸棒、扒皮和加热锻造，其中所述水平连铸的温度为990 1060°C，所述加热锻造的温度为 650 760O。本发明提供了又一种制造上述黄铜合金的方法，该方法包括配料、熔炼、水平连铸圆锭、挤压和加热锻造，其中所述水平连铸的温度为990 1060°C，所述挤压的温度为 650 760°C，所述加热锻造的温度为650 760°C。本发明制造上述黄铜合金的工艺流程图如图1所示。
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本发明的黄铜合金与现有技术相比，至少具有以下有益效果本发明的黄铜合金具有优异的耐蚀性能，特别是抗应力腐蚀性能，在不退火消除装配应力的情况下，在远高于国家标准的氨熏条件下浓度14%浓度氨水环境中，氨熏8小时无明显应力腐蚀开裂现象；本发明合金具有优良的使用性能(耐蚀性能、力学性能等)和工艺性能(铸造性能、冷热成型性能、切削性能、焊接性能等)，适用于需切削加工和磨削加工成型的零部件， 尤其适用于装配应力不便消除的锻件和铸件，如水龙头和阀门等。此外，本发明合金为有铅铜合金，与无铅铜合金的区别为本发明合金中添加了较高含量的铅，而无铅铜中不添加铅或铅含量低于0.2wt%。本发明合金中添加铅是为了达到易切削的效果，无铅铜合金中若不含铅但想达到易切削的效果，必须添加易切削元素，如 Bi、Te、Se等元素，且无铅铜合金中虽然添加了此类易切削元素，但其切削性能仍不如有铅铜，目前尚无无铅铜合金的切削性能可与有铅铜〔36000等同，且财、1^、％等均为价格非常昂贵的金属，因此，如果在本合金的基础上，添加普通的无铅易切削元素代替铅元素，这将不能达到本发明的低成本的原则。
图1是制造本发明的黄铜合金的工艺流程图。
具体实施例方式下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细的描述。实施例本发明的黄铜合金成分及用作对比研究的合金成分列于表1，其中，合金1、合金 2、合金5用于水平连铸锭挤压成棒材后热锻成型，制备工艺如图1所示，配料、熔炼、水平连铸圆锭、挤压和加热锻造，其中所述水平连铸的温度为990 1060°C，所述挤压的温度为 650 760°C，所述加热锻造的温度为650 760°C。合金3-4用于水平连铸棒热锻成型，制备工艺如图1所示，配料、熔炼、水平连铸棒、扒皮和加热锻造，其中所述水平连铸的温度为990 1060°C，所述加热锻造的温度为 650 760O。合金6-13用于浇注合金锭重熔砂型铸造，制备工艺如图1所示，配料、熔炼、浇注合金锭、重熔和砂型铸造，其中所述浇注合金锭的温度为990 1060°C，所述砂型铸造的温度为 1000 1060°C。合金ZCuZn40Pb2、C36000 为对比合金。表1本发明的合金及对比合金成分(wt % )
权利要求
1.一种低成本黄铜合金，该黄铜合金含有45-59wt% Cu,35-50wt% Zn, 0-1. 3wt% Fe， 0. 2-0. 9wt% Al, 1. 0-4. Owt% Mn, 1. 0-3. 5wt% Pb，余量为不可避免的杂质。
2.根据权利要求1所述的低成本黄铜合金，其特征在于，所述黄铜合金中含有 0. 001-0. Iwt^ P。
3.根据权利要求1或2所述的低成本黄铜合金，其特征在于，所述黄铜合金中含有 0-1. Owt %的Ni ；优选地，所述黄铜合金中含有0-1. Owt %的Sn ；更优选地，所述黄铜合金中含有 0-0. Iwt%的 Si。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的低成本黄铜合金，其特征在于，所述黄铜合金中含有一种或一种以上下列合金元素0. 0001-0. Olwt %的B，0. 0001-0. 5wt %的Ti， 0. 0001-0. 5wt% 的稀土元素，0. 0001-0. Olwt%的 Zr,0. 0001-0. 25wt%^ Ago
5.根据权利要求1至4中任一项所述的低成本黄铜合金，其特征在于，所述黄铜合金中 Fe的含量为0. 6 1. 3wt%。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的低成本黄铜合金，其特征在于，所述黄铜合金中 Al的含量为0. 2 0. 7wt%。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的低成本黄铜合金，其特征在于，所述黄铜合金中 Mn的含量优选为1. 0 3. Owt %，更优选含量为1. 0-2. 5wt%0
8.根据权利要求1至7中任一项所述的低成本黄铜合金，其特征在于，所述黄铜合金中 Pb的含量为1. 5 3. Owt %。
9.一种制造权利要求1至8中任一项所述的低成本黄铜合金的方法，该方法包括配料、熔炼、浇注合金锭、重熔和砂型铸造，其中所述合金锭的浇注温度为990 1060°C，所述砂型铸造的温度为1000 1060°C。
10.一种制造权利要求1至8中任一项所述的低成本黄铜合金的方法，该方法包括配料、熔炼、水平连铸棒、扒皮和加热锻造，其中所述水平连铸的温度为990 1060°C，所述加热锻造的温度为650 760°C。
11.一种制造权利要求1至8中任一项所述的低成本黄铜合金的方法，该方法包括配料、熔炼、水平连铸圆锭、挤压和加热锻造，其中所述水平连铸的温度为990 1060°C，所述挤压的温度为650 760°C，所述加热锻造的温度为650 760°C。
全文摘要
本发明涉及一种低成本黄铜合金及其制造方法，本发明的黄铜合金含有45-59wt％Cu，35-50wt％Zn，0-1.3wt％Fe，0.2-0.9wt％Al，1.0-4.0wt％Mn，1.0-3.5wt％Pb，余量为不可避免的杂质。本发明的黄铜合金具有优异的切削性能、铸造性能、抗应力腐蚀性能，良好的锻造性能和抗脱锌腐蚀性能，适用于需切削加工和磨削加工成型的零部件，尤其适用于装配应力不便消除的锻件和铸件，如水龙头和阀门等。该合金具有比普通铅黄铜C36000更好的抗应力腐蚀性能和更低的原料成本。
文档编号C22C9/04GK102443716SQ20111030361
公开日2012年5月9日 申请日期2011年9月30日 优先权日2010年9月30日
发明者章四琪, 胡振青, 许传凯, 龙佳 申请人:路达(厦门)工业有限公司