一種無鉛易切削硅黃銅合金及其制備方法技術(shù)

本發(fā)明專利技術(shù)公開了一種無鉛易切削硅黃銅合金及其制備方法，其組分和含量包括：鋅28～34wt%，硅2.2～3.5wt%，硫化鋅0.5～1.8wt%，余量為銅。其有益效果是，黃銅合金中銅含量小于70%，通過調(diào)整黃銅中加入的鋅、硅以及硫化鋅的含量來改善黃銅合金的易切削性能，所得易切削的黃銅合金成本較低，采用原位合成工藝在硅黃銅中引進(jìn)硫化鋅，硫化鋅呈脆性，從而達(dá)到改善黃銅切削性能的效果。

【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】

本專利技術(shù)涉及易切削硅黃銅合金領(lǐng)域，特別涉及一種無鉛易切削硅黃銅及其制備方法。
技術(shù)介紹
由于黃銅合金的應(yīng)用 領(lǐng)域十分廣泛，所以其切削性能直接影響到材料機(jī)加工產(chǎn)品的成品率，生產(chǎn)成本及生產(chǎn)效率。現(xiàn)有的易切削黃銅主要包括鉛黃銅，由于含鉛的鑄造黃銅合金具有優(yōu)異的切削性能和鑄造性能且生產(chǎn)成本較低，所以被廣泛地應(yīng)用到眾多領(lǐng)域。然而，隨著工業(yè)化社會(huì)的發(fā)展，鉛對(duì)生態(tài)環(huán)境的危害日益顯現(xiàn)，所以發(fā)達(dá)國家一直致力于易切削無鉛黃銅的研究，易切削無鉛黃銅就是通過改良黃銅中的成分設(shè)計(jì)，適當(dāng)?shù)丶尤肫渌倭繜o毒害的元素替代鉛，在合金中形成有利于改善黃銅切削性能的新相，達(dá)到易切削的目的。這些替代鉛的元素主要是鉍、硅、銻、碲、石墨及鎂等。從實(shí)用化的角度，目前國內(nèi)外已經(jīng)投入應(yīng)用的主要是鉍黃銅和硅黃銅。在已開發(fā)的硅黃銅中，能形成產(chǎn)品并投入應(yīng)用的主要是由日本三寶公司開發(fā)的無鉛硅黃銅系列產(chǎn)品。三寶系列產(chǎn)品的主要特征是銅含量很高，一般都高于70%，所以這類硅黃銅成本高于一般的黃銅產(chǎn)品，難以被用戶接受，從而限制了它的推廣應(yīng)用。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
本專利技術(shù)的目的是提供一種鑄造性能、鍛造性能優(yōu)異，切削性能、力學(xué)性能優(yōu)良、所需金屬原料成本相對(duì)較低的易切削硅黃銅合金。根據(jù)本專利技術(shù)的一個(gè)方面，提供了無鉛易切削硅黃銅合金，其組分和含量包括: 鋅28 34 wt% 硅2.2 3.5 wt%硫化鋅0.5 1.8 wt% 銅余量。在一些實(shí)施方式中，合金中不可避免的雜質(zhì)含量彡0.8wt%。在一些實(shí)施方式中，鋅的含量為30 31wt%，硅的含量為2.5 3wt%，硫化鋅的含量為I 1.5wt%,余量為銅。在一些實(shí)施方式中，鋅的含量為31wt%，硅的含量為3wt%，硫化鋅的含量為lwt%，余量為銅。本專利技術(shù)的另一個(gè)方面還涉及了一種無鉛易切削硅黃銅合金的制備方法，包括以下步驟:步驟1、合金成分配比設(shè)計(jì):鋅28 34wt%，硅2.2 3.5wt%，硫化鋅0.5 1.8wt%,余量為銅；步驟2、制備預(yù)制塊:將銅粉、硫化銅粉、鋅粉以4:3:3的比例充分混合后壓制形成預(yù)制塊；步驟3、熔煉:首先將電解銅加入熔煉爐隨爐熔化，將爐溫控制在1040 1100°C，然后加入預(yù)制塊和硅，預(yù)制塊加入后會(huì)借助銅液的高溫發(fā)生原位反應(yīng)，待反應(yīng)充分進(jìn)行后，隨爐冷卻至450 500°C，加入純鋅并攪拌，然后保溫5 15分鐘；步驟4、將銅合金液澆鑄于鐵模得到硅黃銅合金鑄錠。在一些實(shí)施方式中，將所述的硅黃銅合金鑄錠加熱到700 750°C進(jìn)行熱擠壓成品。影響黃銅材料切削性能的因素主要與合金組織與力學(xué)性能相關(guān)。黃銅組織若為單一的α相，該相質(zhì)軟，且其塑性好，加工時(shí)易得連續(xù)長(zhǎng)屑，交纏在刀具與工件，對(duì)切削不利。如果在α相基體上有其他強(qiáng)度、硬度、塑性與α相相差較大的其他相存在，尤其是存在β相、Y相時(shí)，由于Y相質(zhì)硬且呈脆性，那么在拉應(yīng)力作用下這些脆性相易破碎，這些脆性相組織就破壞了塑性較好的α相基體的連續(xù)性，具有斷屑的作用，從而有利于改善黃銅合金的切削性能。鋅是黃銅中的主要合金元素，其含量的變化對(duì)黃銅合金的影響比較大。本專利技術(shù)中，鋅的含量為28 34wt%，鋅含量小于28wt%時(shí)，Y相體積分?jǐn)?shù)較小，對(duì)黃銅合金的切削性能的作用不大，隨著鋅含量升高，黃銅合金中的α相體積分?jǐn)?shù)減少，而β相、Y相的體積分?jǐn)?shù)增加，黃銅合金的切削性能有所提高。硅含量的變化對(duì)黃銅合金的性能影響也比較大。本專利技術(shù)中，硅的含量為2.2 3.5wt%,硅含量小于2wt%時(shí)，切削性能達(dá)不到滿意的效果，當(dāng)硅含量高于3.5wt%時(shí)，黃銅合金的切削性能雖然得以改善，但是黃銅合金的抗拉強(qiáng)度較低，對(duì)黃銅合金的應(yīng)用產(chǎn)生影響。硫化鋅在黃銅合金中主要作為斷屑相來改善黃銅的切削性能。硫化鋅的存在可視為合金基體中出現(xiàn)一些微小的孔洞，其中填充了脆性的硫化鋅顆粒，這些孔洞破壞了基體的連續(xù)性，成為應(yīng)力集中源，構(gòu)成許多弱化微區(qū)，在這些區(qū)域容易產(chǎn)生應(yīng)力集中以及位錯(cuò)的繁殖和運(yùn)動(dòng)，產(chǎn)生切口效應(yīng)，在剪應(yīng)力的作用下實(shí)現(xiàn)斷屑。本專利技術(shù)中硫化鋅的含量為0.5 1.8wt%,當(dāng)硫化鋅的含量小于0.5wt%時(shí),對(duì)黃銅合金的切削性能影響不明顯，隨著硫化鋅的含量的增多，黃銅合金的切削性能得到較好改善，但是考慮到成本及黃銅合金的綜合性能的因素，所以控制硫化鋅的含量不大于1.8wt%。本專利技術(shù)與現(xiàn)有技術(shù)相比，其有益效果在于，黃銅合金中銅含量小于70%，通過調(diào)整黃銅中加入的鋅、硅以及硫化鋅的含量來改善黃銅合金的易切削性能，所得易切削的黃銅合金成本較低。由于黃銅合金金屬熔體的粘度很高，所添加的硫化鋅的顆粒直徑很小，密度也低于銅液的密度，硫化鋅加入到熔融的金屬后，受到表面張力的作用，浮在金屬熔體表面，要使這些顆粒克服金屬溶液的表面張力均勻地分布于熔體的可行性很小，所以本專利技術(shù)涉及的方法是采用硫化銅為原材料，采用原位合成工藝在硅黃銅中引入硫化鋅，硫化鋅呈脆性，從而達(dá)到改善黃銅切削性能的效果。附圖說明圖1為本專利技術(shù)實(shí)施例1的無鉛易切削硅黃銅的切削性能切屑形貌；圖2為本專利技術(shù)實(shí)施例2的無鉛易切削硅黃銅的切削性能切屑形貌；圖3為本專利技術(shù)實(shí)施例3的無鉛易切削硅黃銅的切削性能切屑形貌；圖4為本專利技術(shù)實(shí)施例4的無鉛易切削硅黃銅的切削性能切屑形貌；圖5為本專利技術(shù)實(shí)施例1的無鉛易切削硅黃銅的SEM組織形貌圖。具體實(shí)施例方式下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本專利技術(shù)作進(jìn)一步詳細(xì)的說明。—、無鉛易切削硅黃銅的制備方法，其具體工藝為:步驟1、設(shè)計(jì)合金成分配比，即合金中的組分和含量包括:銅62 68wt%,鋅28 34wt%，硅2.2 3.5wt%，硫化鋅0.5 1.8wt%，余量為銅；步驟2、制備預(yù)制塊:將銅粉、硫化銅粉、鋅粉以4:3:3的比例充分混合后壓制形成預(yù)制塊，將按比例配好的銅粉、硫化銅粉、鋅粉在混粉機(jī)上均勻混合，將混合后的粉末在油壓機(jī)上壓制成塊。步驟3、熔煉:首先將電解銅加入熔煉爐隨爐熔化，將爐溫控制在1040 1100°C，然后加入預(yù)制塊和硅，預(yù)制塊加入后會(huì)借助銅液的高溫發(fā)生原位反應(yīng)，待反應(yīng)充分進(jìn)行后，隨爐冷卻至450 500°C，加入純鋅，充分?jǐn)嚢枋蛊涑煞志鶆颍? 15分鐘；其中原位反應(yīng)為:CuS+Zn — ZnS+Cu，從而實(shí)現(xiàn)在黃銅合金溶液中引進(jìn)硫化鋅的目的；其中，黃銅合金的熔煉是在真空中頻感應(yīng)熔煉爐進(jìn)行。在經(jīng)典的熱力學(xué)的理論中，通常根據(jù)吉布斯函數(shù)判據(jù)來判斷一個(gè)反應(yīng)能否自發(fā)進(jìn)行。系統(tǒng)吉布斯函數(shù)減少的過程能夠自發(fā)進(jìn)行，吉布斯函數(shù)不變時(shí)處于平衡狀態(tài)，即要保持系統(tǒng)穩(wěn)定必須 兩足Δ G^O0根據(jù)熱力學(xué)第二定律，在等溫等壓條件下，有:本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
一種無鉛易切削硅黃銅合金，其特征在于，其組分和含量包括：FDA00002876568600011.jpg

【技術(shù)特征摘要】
1.一種無鉛易切削硅黃銅合金，其特征在于，其組分和含量包括:鋅28 34 wt%硅2.2 3.5 wt%硫化辭0.5- 1.8 wt% 銅余量-2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種無鉛易切削硅黃銅合金，其特征在于，合金中不可避免的雜質(zhì)含里!< 0.8wt%。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種無鉛易切削硅黃銅合金，其特征在于，鋅的含量為30 31wt%，硅的含量為2.5 3wt%，硫化鋅的含量為I 1.5wt%，余量為銅。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種無鉛易切削硅黃銅合金，其特征在于，鋅的含量為31wt%，硅的含量為3wt%，硫化鋅的含量為lwt%，余量為銅。5.一種制備如權(quán)利要求1-4中任一項(xiàng)所述的無鉛易切削硅黃銅合金的制備方法，其特征在于，采用以硫化銅為原材料的原位合成法向黃銅...

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：萬曉峰，岑志劍，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：南通大學(xué)，
類型：發(fā)明
國別省市：江蘇;32