一种辊轧成型的无铅环保黄铜的制作方法
【专利摘要】本发明研发了一种新型的辊轧成型的无铅环保黄铜，并开发出了与之相匹配的辊轧成型工艺，从而获得性能优异的辊轧成型黄铜合金型材，本发明中的无铅环保黄铜型材，无论是成型性能还是成型后的耐腐蚀性能，都达到了使用的要求。
【专利说明】一种辊轧成型的无铅环保黄铜
【技术领域】
[0001]本发明涉及铜合金的【技术领域】，特别是一种辊轧成型的无铅黄铜合金。
【背景技术】
[0002]现有非环保含铅黄铜合金的主要成份为铜与锌，且铜与锌的比例通常为约7:3(即七三黄铜)或6:4(即六四黄铜)，此外通常含有较大含量的合金元素。为了达到使用所必备的机械加工性能，现有的黄铜合金中往往添加较多的铅合金元素，得到的铅黄铜具有优异的冷热加工性能，极好的切削性能和自润滑等特点，能满足各种形状零部件的机加工。然而众所周知，铅元素是一种对环境和人体极为有害的元素，它会对人体血液和神经系统特别是儿童的肾和脑神经等造成不可逆的损伤。随着人们环保意识的逐渐增强，铅对于人体健康的影响以及对环境的污染日益得到重视，限制含铅合金的使用也成为大势所趋。目前美国、日本、欧盟等发达国家相继制定或修订相关法规，极力推动降低环境中的含铅率，例如美国加州2010年I月以来实施的AB1953法案，要将家居用水管材料的含铅量降低到0.25%以下，欧盟甚至规定自2011年8月始，金属部件的含铅量上限为0.009%。
[0003]在这种背景下，世界各国的研究人员都开发出了各种不含铅的黄铜合金，例如在铜合金中加入较多含量的铋以替代铅，然而相对于铅黄铜，铋黄铜不仅成本昂贵，而且铋的作用还是难于完全等同于铅，会导致铜合金的塑性急剧下降；此外还有大量研究表明可以采用硅来取代铅以获得加工性能优异的黄铜，然而过多的硅添加量有缩小α相区的倾向，容易产生较多的脆性Y相，此外过多的硅添加量还会恶化熔体的流动性，从而对黄铜的铸造等性能广生不良影响。
[0004]除了开发不含铅的环保黄铜，对于黄铜的成型工艺也是研究的主要方向。辊轧成型型材作为一种经济断面型材，被广泛应用于国民经济中农机制造、交通运输、汽车制造等各个部门，特别是汽车工业中的诸如车身骨架、底盘、踏板、外部装饰、散热器管、排气管等等各零部件都可用辊轧型材组合而成。辊轧成型技术相比于普通的冷轧、切削等机加工成型手段，具有加工时间短、加工工具使用寿命长、废屑产生量少节省坯料使用量、加工精度高等众多优点，可以说是一种节材、节能、高效的金属成型工艺技术，特别适用于大批量的生产加工。因此，辊轧成型在塑性较好的铜合金机加工中也获得了广泛的使用。
【发明内容】
[0005]本发明的目的即在于提供一种具有优异力学性能、耐腐蚀性能和机加工性能的无铅黄铜，并开发出与之相匹配的辊轧成型工艺。
[0006]本发明的技术方案具体是通过如下内容实现的:
[0007]一、配料:按合金目标重量百分比为 28-32Zn、0.8-1.2Ge、0.1-0.3Α1、0.2-0.5Sn、
0.2-0.5Si，余量为Cu和不可避免的杂质称取原料，其中Al+Sn+Si的总含量小于1，所述原料为纯度为99.99%的无氧铜和纯度为99.9%的各合金元素的粉末；
[0008]二、熔炼:将配好的原料在Ar气气氛下于高频炉中进行熔炼，加热熔化过程中确保熔体液面被木炭完全覆盖，将温度升至1200-125(TC后添加锗粉和硅粉，保温2-3分钟后，降温至1050-1100°C后添加铝粉和锡粉，充分搅拌后，静置保温10-20分钟，经检验并微调熔体成分合格后完成熔炼，浇注成锭；
[0009]三、热挤出:将铸锭在750_780°C的条件下以8_10的挤压比进行热挤出得到合金棒材；
[0010]四、辊轧成型前退火:在320-350°C实施退火处理，退火时间为2.5_3h ；
[0011]五、辊轧成型:采用辊轧模具进行辊轧成型，成型速度为15-20m/min，总变形率为30-40% ；
[0012]六、成品退火:将辊轧成型得到的型材在250-300 °C实施退火处理，退火时间Ih-L 5。
[0013]作为优选的，所述辊轧成型前退火处理的温度为340°C，退火时间2.8h。
[0014]作为优选的，成型速度为17m/min。
[0015]作为优选的，总变形率为33%。
[0016]作为优选的，热挤出温度为770°C，挤压比为8。
[0017]作为优选的，合金目标重量百分比为30Zn、1.0Ge、0.1A1、0.3Sn、0.4Si，余量为Cu .
[0018]本发明的优点在于:研发了一种新型的无铅环保黄铜，并开发出了与之相匹配的辊轧成型工艺，从而获得性能优异的辊轧成型黄铜合金型材。
【具体实施方式】
[0019]实施例1-9:
[0020]一、配料:以表1所示的合金目标重量百分比称取原料，所述原料为纯度为99.99%的无氧铜和纯度为99.9%的各合金元素的粉末；
[0021]二、熔炼:将配好的原料在Ar气气氛下于高频炉中进行熔炼，加热熔化过程中确保熔体液面被木炭完全覆盖，将温度升至1250°C后添加锗粉和硅粉，保温3分钟后，降温至1050°C后添加铝粉和锡粉，充分搅拌后，静置保温20分钟，经检验并微调熔体成分合格后完成熔炼，浇注成锭；
[0022]三、热挤出:将铸锭在750°C的条件下以8的挤压比进行热挤出得到合金棒材；
[0023]四、辊轧成型前退火:在320°C实施退火处理，退火时间为2.5h ；
[0024]五、辊轧成型:采用辊轧模具进行辊轧成型，成型速度为15/min，总变形率为30% ；
[0025]六、成品退火:将辊轧成型得到的型材在280°C实施退火处理，退火时间lh。
[0026]成型后测量型材表面的加工硬度(HV);观察辊轧成型后型材表面的外观有无裂纹，如果基本没有裂纹标记为〇，有微小裂纹标记为Λ，有明显裂纹标记为X ;采用氨熏实验测试型材的抗应力腐蚀性能，具体是14%的氨水氨熏24h后，去除腐蚀产物后用20倍显微镜观察表面，如果基本没有裂纹标记为〇，有微小裂纹标记为Λ，有明显裂纹标记为X。上述测试结果均列于表1中。
[0027]通过表1的结果可推知以下结论:
[0028]Ge的含量对于辊轧成型的型材性能具有重要影响，Ge的含量过高或过低导致辊轧成型后型材表面出现裂纹，这可能是由于Ge的含量对于黄铜合金中α相的稳定存在具有决定影响。同时Ge对于辊轧成型后耐脱锌和应力腐蚀都有一定的提高作用。
[0029]Al是黄铜合金中要中的强化元素，并且具有显著的提高耐腐蚀性作用，其添加量少于0.1将难以发挥上述作用，但Al的含量也不易过高，过高的Al含量会导致黄铜的塑性降低，从而严重恶化合金的冷热成型性。
[0030]Sn与Al类似，也是黄铜合金中重要的强化元素，并且具有显著的提高耐腐蚀性作用，特别是提高耐脱锌性能，同时一定程度上它也能像Ge —样在低温退火后扩大并稳定α相区，从而有助于提高冷热成型性，但过量的Sn会导致产生过多的β相从而降低辊轧成型性能以及辊轧成型后的耐腐蚀性能。
[0031]Si是重要的强化元素，过少的添加将导致辊轧成型的型材强度不够，但过多的Si的添加将生成大量的硬脆相从而使得辊轧成型困难，并且降低成型型材的耐腐蚀性能。
[0032]表1
[0033]
【权利要求】
1.一种辊轧成型的无铅环保黄铜，其特征在于由以下步骤制备得到: 一、配料:按合金目标重量百分比为28-32Zn、0.8-1.2Ge、0.1-0.3Α1、0.2-0.5Sn、.0.2-0.5Si，余量为Cu和不可避免的杂质称取原料，其中Al+Sn+Si的总含量小于1，所述原料为纯度为99.99%的无氧铜和纯度为99.9%的各合金元素的粉末； 二、熔炼:将配好的原料在Ar气气氛下于高频炉中进行熔炼，加热熔化过程中确保熔体液面被木炭完全覆盖，将温度升至1200-1250°C后添加锗粉和硅粉，保温2-3分钟后，降温至1050-1100°C后添加铝粉和锡粉，充分搅拌后，静置保温10-20分钟，经检验并微调熔体成分合格后完成熔炼，浇注成锭； 三、热挤出:将铸锭在750-780°C的条件下以8-10的挤压比进行热挤出得到合金棒材； 四、辊轧成型前退火:在320-350°C实施退火处理，退火时间为2.5-3h ； 五、辊轧成型:采用辊轧模具进行辊轧成型，成型速度为15-20m/min，总变形率为30-40% ； 六、成品退火:将辊轧成型得到的型材在250-300°C实施退火处理，退火时间Ih-L5。
2.根据权利要求1所述的黄铜，其特征在于:所述辊轧成型前退火处理的温度为340°C，退火时间2.8h。
3.根据权利要求1所述的黄铜，其特征在于:成型速度为17m/min、总变形率为33%。
4.根据权利要求1所述的黄铜，其特征在于:热挤出温度为770°C，挤压比为8。
5.根据权利要求1所述的黄铜，其特征在于:合金目标重量百分比为30Zn、l.0Ge,.0.1Α1、0.3Sn、0.4Si，余量为 Cu。
【文档编号】C22C1/02GK103667778SQ201310615781
【公开日】2014年3月26日 申请日期:2013年11月27日 优先权日:2013年11月27日
【发明者】毛秧群 申请人:余姚市士森铜材厂