CN103184367B - 一种新型无铅铜基合金棒及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种新型无铅铜基合金棒及其制备方法，该合金棒由以下组份组成：占合金棒总重量50-54%的铜，占合金棒总重量0.5-1.5%的铋，占合金棒总重量2-3%的铝，占合金棒总重量1-2%的锡，占合金棒总重量0.05-0.8%的磷，余量为锌。本发明采用铋﹑铝﹑锡﹑磷等多种元素添加到铜与锌中，利用在熔炼过程中的金属元素之间的相互作用使新的合金能够取代含铅的黄铜棒。在不提高成本的基础上，既满足了无铅环保性能的要求的同时，又能保证了材料在应用中对切削性能及机械物理性能的要求。

Description

一种新型无铅铜基合金棒及其制备方法

技术领域

本发明涉及合金棒材领域，具体涉及一种新型无铅铜基合金棒及其制备方法。

背景技术

铅黄铜具有优良的冷加工性能和切削性，加之良好的机械物理性能，价格又低廉，而被广泛地应用于仪器仪表、电子、电器、日用五金、供应水系统等行业。

然而铅及其化合物是严重危害人类寿命与自然环境的化学物质之一，合金中的铅在使用过程中极易从基体中侵出或脱出，工业废品中的铅则渗入地下水系统，以及各种形式的铅通过各种途径进入动物或人的食物链，危害人类健康，影响环境。

美国、日本、欧盟及各国都提出了相应的限制和禁止规定，自2006年7月1日起，出口这些国家和地区的电子电器产品和水暖、五金器材均应达到所要求铅含量。故开发无铅并易切削黄铜成为了当今金属材料行业所面临的重大课题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种新型无铅铜基合金棒及其制备方法，利用本发明在不提高成本的基础上既满足了无铅环保性能的要求的同时，又能保证了材料在应用中对切削性能及机械物理性能的要求。

为了实现上述发明目的，本发明采用的技术方案如下：

一种新型无铅铜基合金棒，由以下组份组成：占合金棒总重量50-54%的铜，占合金棒总重量0.5-1.5%的铋，占合金棒总重量2-3%的铝，占合金棒总重量1-2%的锡，占合金棒总重量0.05-0.8%的磷，余量为锌。

优选地，由以下组份组成：占合金棒总重量50%的铜，占合金棒总重量0.5%的铋，占合金棒总重量2%的铝，占合金棒总重量1%的锡，占合金棒总重量0.05%的磷，余量为锌。

优选地，由以下组份组成：占合金棒总重量54%的铜，占合金棒总重量1.5%的铋，占合金棒总重量3%的铝，占合金棒总重量2%的锡，占合金棒总重量0.8%的磷，余量为锌。

优选地，由以下组份组成：占合金棒总重量52%的铜，占合金棒总重量1%的铋，占合金棒总重量2.5%的铝，占合金棒总重量1.5%的锡，占合金棒总重量0.375%的磷，余量为锌。

优选地，铜可以是电解铜。

本发明提供的一种新型无铅铜基合金棒制备方法，包括如下步骤：

1）按照配比将铜、铋、锡、铝、磷和锌置于工频电炉内，加热至1200-1250℃，待完全熔化后保温至1150℃；

2）用石墨棒将完全熔化的合金液体充分搅拌后，在其上面覆盖高纯度鳞片状石墨粉以防止其氧化，厚度为12-15cm，并进行保温；

3）保温1-1.5小时后，用光谱仪对从炉内取出的样品进行成分检验，确定其合金成分在规定的范围之内；

4）重新升温至1200℃，开启工频电炉的振动装置，并采用水平连铸方法铸造成直径为200mm，长度为500mm的实心毛坯合金棒；

5）用铜锭铣床对毛坯合金棒进行表面加工，加工为直径为195mm，长度为500mm的合金棒；

6）退火，用箱式退火炉对合金棒进行退火处理，且退火温度为100-150℃，退火时间为1-1.5小时；

7）挤压，采用双动挤压机挤压，且合金锭的加热温度为200-250℃，挤压温度为100-150℃，挤压速度为3mm/s，挤压后合金棒直径为160mm，长度为780mm；

8）车削，将挤压后的合金棒用车床进行表面车削处理，使其直径为155mm，长度为750mm；

9）包装入库。

进一步地，所述步骤3）中的光谱仪为斯派克直读光谱仪。

进一步地，所述步骤3）中的成分检验次数为三次。

本发明的有益效果是：本发明采用铋﹑铝﹑锡﹑磷等多种元素添加到铜与锌中，利用在熔炼过程中的金属元素之间的相互作用使新的合金能够取代含铅的黄铜棒。在不提高成本的基础上，既满足了无铅环保性能的要求的同时，又能保证了材料在应用中对切削性能及机械物理性能的要求。

具体实施方式

以下结合实施例对本发明作进一步说明，但并非限制本发明的应用范围。

实施例1

一种新型无铅铜基合金棒，由以下组份组成：占合金棒总重量50%的铜，占合金棒总重量0.5%的铋，占合金棒总重量2%的铝，占合金棒总重量1%的锡，占合金棒总重量0.05%的磷，余量为锌。

按照上述配比将电解铜、铋、锡、铝、磷、锌置于工频电炉内，加热至1200度-1250度完全熔化后保温至1150度；然后用石墨棒将完全熔化的合金液体充分搅拌后，并在其上面覆盖高纯度鳞片状石墨粉以防止其氧化，且该高纯度鳞片状石墨粉的厚度约为12-15cm，并进行保温；保温1-1.5小时后，用德国进口斯派克直读光谱仪对从炉内取出的样品进行三次成分检验，以确定其合金成分在规定范围之内；检测后，将合金液体重新升温至1200度，并开启工频电炉的振动装置，采用水平连铸方法铸造成外径为200mm±1mm，长度为500mm±1mm的实心毛坯合金棒材；用铜锭铣床对毛坯合金棒进行表面加工，加工为表面光洁直径为195mm±1mm、长度为500mm±1mm的合金棒；进行退火处理，用箱式退火炉对表面加工后的铜棒进行退火处理，且退火温度为100-150度，退火时间为1-1.5小时；之后采用2000吨双动挤压机挤压，且合金锭的加热温度为200-250度，挤压温度为300度，挤压速度V=3mm/s，挤压后铜棒的直径为160mm±1mm，长度为780mm±1mm；最后车削，即将挤压而成的合金棒材用高精度车床进行表面车削处理，使其成为直径是155mm±1mm，长度是750mm±1mm的成品并包装入库。

与现有的含铅合金棒相比，切削性能好，可加工性好，耐磨性好，且制备工艺简单，成本低，不会对环境造成污染。

实施例2

一种新型无铅铜基合金棒，由以下组份组成：占合金棒总重量54%的铜，占合金棒总重量1.5%的铋，占合金棒总重量3%的铝，占合金棒总重量2%的锡，占合金棒总重量0.8%的磷，余量为锌。

按照上述配比将电解铜、铋、锡、铝、磷、锌置于工频电炉内，加热至1200度-1250度完全熔化后保温至1150度；然后用石墨棒将完全熔化的合金液体充分搅拌后，并在其上面覆盖高纯度鳞片状石墨粉以防止其氧化，且该高纯度鳞片状石墨粉的厚度约为12-15cm，并进行保温；保温1-1.5小时后，用德国进口斯派克直读光谱仪对从炉内取出的样品进行三次成分检验，以确定其合金成分在规定范围之内；检测后，将合金液体重新升温至1200度，并开启工频电炉的振动装置，采用水平连铸方法铸造成外径为200mm，长度为500mm的实心毛坯合金棒材；用铜锭铣床对毛坯合金棒进行表面加工，加工为表面光洁直径为195mm、长度为500mm的合金棒；进行退火处理，用箱式退火炉对表面加工后的铜棒进行退火处理，且退火温度为100-150度，退火时间为1-1.5小时；之后采用2000吨双动挤压机挤压，且合金锭的加热温度为200-250度，挤压温度为300度，挤压速度V=3mm/s，挤压后铜棒的直径为160mm，长度为780mm；最后车削，即将挤压而成的合金棒材用高精度车床进行表面车削处理，使其成为直径是155mm，长度是750mm的成品并包装入库。

与现有的含铅合金棒相比，切削性能好，可加工性好，耐磨性好，且制备工艺简单，成本低，不会对环境造成污染。

实施例3

一种新型无铅铜基合金棒，由以下组份组成：占合金棒总重量52%的铜，占合金棒总重量1%的铋，占合金棒总重量2.5%的铝，占合金棒总重量1.5%的锡，占合金棒总重量0.375%的磷，余量为锌。

按照上述配比将电解铜、铋、锡、铝、磷、锌置于工频电炉内，加热至1200度-1250度完全熔化后保温至1150度；然后用石墨棒将完全熔化的合金液体充分搅拌后，并在其上面覆盖高纯度鳞片状石墨粉以防止其氧化，且该高纯度鳞片状石墨粉的厚度约为12-15cm，并进行保温；保温1-1.5小时后，用德国进口斯派克直读光谱仪对从炉内取出的样品进行三次成分检验，以确定其合金成分在规定范围之内；检测后，将合金液体重新升温至1200度，并开启工频电炉的振动装置，采用水平连铸方法铸造成外径为200mm，长度为500mm的实心毛坯合金棒材；用铜锭铣床对毛坯合金棒进行表面加工，加工为表面光洁直径为195mm、长度为500mm的合金棒；进行退火处理，用箱式退火炉对表面加工后的铜棒进行退火处理，且退火温度为100-150度，退火时间为1-1.5小时；之后采用2000吨双动挤压机挤压，且合金锭的加热温度为200-250度，挤压温度为300度，挤压速度V=3mm/s，挤压后铜棒的直径为160mm，长度为780mm；最后车削，即将挤压而成的合金棒材用高精度车床进行表面车削处理，使其成为直径是155mm，长度是750mm的成品并包装入库。

与现有的含铅合金棒相比，切削性能好，可加工性好，耐磨性好，且制备工艺简单，成本低，不会对环境造成污染。

本发明提供的一种新型无铅铜基合金棒以及现有的含铅合金棒的机械性能如表1所示。

表1新型无铅铜基合金棒性能

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并非用来限定本发明的实施范围；如果不脱离本发明的精神和范围，对本发明进行修改或者等同替换，均应涵盖在本发明权利要求的保护范围当中。

Claims (6)

1.一种新型无铅铜基合金棒，其特征在于，由以下组份组成：占合金棒总重量50％的铜，占合金棒总重量0.5％的铋，占合金棒总重量2％的铝，占合金棒总重量1％的锡，占合金棒总重量0.05％的磷，余量为锌。

2.一种新型无铅铜基合金棒，其特征在于，由以下组份组成：占合金棒总重量54％的铜，占合金棒总重量1.5％的铋，占合金棒总重量3％的铝，占合金棒总重量2％的锡，占合金棒总重量0.8％的磷，余量为锌。

3.一种新型无铅铜基合金棒，其特征在于，由以下组份组成：占合金棒总重量52％的铜，占合金棒总重量1％的铋，占合金棒总重量2.5％的铝，占合金棒总重量1.5％的锡，占合金棒总重量0.375％的磷，余量为锌。

4.一种如权利要求1-3中任一权利要求所述的新型无铅铜基合金棒的制备方法，其特征在于包括以下步骤：

1)按照配比将铜、铋、锡、铝、磷和锌置于工频电炉内，加热至1200-1250℃，待完全熔化后保温至1150℃；

2)用石墨棒将完全熔化的合金液体充分搅拌后，在其上面覆盖高纯度鳞片状石墨粉以防止其氧化，厚度为12-15cm，并进行保温；

3)保温1-1.5小时后，用光谱仪对从炉内取出的样品进行成分检验，确定其合金成分在规定的范围之内；

4)重新升温至1200℃，开启工频电炉的振动装置，并采用水平连铸方法铸造成直径为200mm，长度为500mm的实心毛坯合金棒；

5)用铜锭铣床对毛坯合金棒进行表面加工，加工为直径为195mm，长度为500mm的合金棒；

6)退火，用箱式退火炉对合金棒进行退火处理，且退火温度为100-150℃，退火时间为1-1.5小时；

7)挤压，采用双动挤压机挤压，且合金锭的加热温度为200-250℃，挤压温度为100-150℃，挤压速度为3mm/s，挤压后合金棒直径为160mm，长度为780mm；

8)车削，将挤压后的合金棒用车床进行表面车削处理，使其直径为155mm，长度为750mm；

9)包装入库。

5.根据权利要求4所述的新型无铅铜基合金棒的制备方法，其特征在于：所述步骤3)中的成分检验次数为三次。

6.根据权利要求4所述的新型无铅铜基合金棒的制备方法，其特征在于：所述步骤3)中的光谱仪为斯派克直读光谱仪。