專利名稱：一種環(huán)保易切削青銅合金配方及加工工藝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于有色金屬技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及到一種環(huán)保易切削青銅合金配方 及加工工藝。
背景技術(shù)：
錫鋅鉛青銅合金由于具有好的鑄造性能、耐磨性、耐腐蝕和易切削加工性 能，主要用于機(jī)械軸承、汽車器件等領(lǐng)域，加工耐磨耐腐蝕零件，如軸瓦、軸 套、缸套、活塞離合器、摩擦片等。
近年來隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的持續(xù)高速增長(zhǎng)，特別是機(jī)械制造行業(yè)的快速發(fā)展使 得錫鋅鉛青銅材料需求量逐年穩(wěn)步增長(zhǎng)。但是，銅合金中的鉛在起著改善材料 切削性能的同時(shí)，卻有著因?yàn)槲廴经h(huán)境、對(duì)人體有害原因而要被逐步取代的問
題。自從1992年世界衛(wèi)生組織(WT0)在飲用水指標(biāo)中規(guī)定"飲用水中的鉛含 量最好在0.01mg/L以下"以來，無鉛易切削銅合金的需求和研究已從建筑、供 水器具業(yè)向機(jī)械制造等多種行業(yè)蔓延開來。近年來，世界各國(guó)不斷有易切削銅 合金或環(huán)保銅合金問世。其中，采用鉍替代鉛開發(fā)的易切削銅合金成為一個(gè)重 要的研究方向。但鉍資源有限且價(jià)格昂貴，而且含鉍的銅合金存在的鑄造性能、 易切削性能、機(jī)械性能不能同時(shí)兼顧問題。
發(fā)明內(nèi)容
為解決上述問題，本發(fā)明提供了一種環(huán)保易切削青銅合金配方及加工工藝， 該合金配方是在Cu-Sn-Zn元素中添加Bi構(gòu)成Cu-Sn-Zn-Bi的青銅合金或再添 加鎳元素構(gòu)成Cu-Sn-Zn-Bi-Ni的青銅合金；由于Pb是作為不可避免的雜質(zhì)元
素，所以在合金中含量極低，與其它不可避免的Sb、 Fe、 P、 S、 Si、 Al共同構(gòu)
成雜質(zhì)元素含量；該加工工藝流程短，生產(chǎn)成本低。
為了實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明采用/如下技術(shù)方案 所述的環(huán)保易切削青銅合金配方按重量百分比構(gòu)成如下
Sn:2. 0 10. 0; Zn: 3.0 12. 0; Bi: 2. 0 8. 0或Bi: 2. 0 8. 0+Ni: 0. 1 0. 5; (Pb、 Sb、 Fe、 P、 S、 Si、 Al)不可避免雜質(zhì)之和《0. 5%; Cu:余量。
所述的環(huán)保易切削青銅合金加丄工藝包含配料、熔煉、精煉、分析、鑄造、 矯直、鋸切、檢査、包裝入庫(kù)，其中配料、熔煉、精煉、分析、鑄造加工工藝
分述如下 I 、配料
按重量百分比取Sn2.0 10. 0、 Zn3. 0 12. 0、 Bi2. 0 8. 0或Bi2. 0 8. 0+Ni0. 1 0. 5、 (Pb、 Sb、 Fe、 P、 S、 Si、 Al)不可避免雜質(zhì)之和《0. 5%、 Cu 余量進(jìn)行配料；
II、 熔煉
先將Cu或Cu + Ni投入熔煉爐進(jìn)行熔煉，待Cu或Cu+Ni溶化后再添加Sn、 B丄、Zn，液面覆蓋采用煅燒木炭等材料作覆蓋劑；
III、 精煉
待原料全部熔化后升溫進(jìn)行精煉，精煉溫度110Q 125(TC，精煉時(shí)間10 30分鐘； iV、分析
攪拌取樣做化學(xué)成份分析看是否符合配料比重； V、鑄造
取樣分析合格后進(jìn)行水平連續(xù)鑄造，結(jié)晶器采用水冷結(jié)晶器內(nèi)襯高純石墨 套，鑄造溫度1140 122(TC，鑄造速度15 30米/小時(shí)(即拉1 5秒，停l 5秒)，冷卻水壓0.01 0.05MPa。
由于采用了如上所述技術(shù)方案，本發(fā)明具有如下優(yōu)越性-
1、 本發(fā)明的合金配方具有較好的鑄造性能，不易采用熱加工(熱軋、擠壓、 鍛造易開裂)，故后續(xù)工藝可采用水平連鑄一矯直一定尺鋸切一檢查一包裝入庫(kù)等。
2、 本發(fā)明加工制作的錫鋅鉍青銅合金或錫鋅鉍鎳青銅合金材料，屬于環(huán)保
型銅合金，工藝簡(jiǎn)單，質(zhì)量好，合金力學(xué)性能抗拉強(qiáng)度Rm:》240MPa、規(guī)定 非比例延伸強(qiáng)度Rp0.2》120MPa、伸長(zhǎng)率A》15%、硬度HB>50、切削性能: 等于或略低于錫鋅鉛青銅的切削性能，是良好的錫鋅鉛青銅合金替代品。
3、 本發(fā)明的加工工藝流程短，生產(chǎn)成木低。若表面要求嚴(yán)格的話，還可以 在矯直與定尺鋸切工序之間增加扒皮拉伸或磨光工序。
具體實(shí)施例方式
實(shí)施例1:制作0> 16. 8 X 2000ran青銅合金棒材
配料按重量百分比進(jìn)行配料，其中錫4%、鋅3%、鉍3%、 (Pb、 Sb、 Fe、 P、 S、 Si、 Al)不可避免的雜質(zhì)之和為0. 5%、銅余量。
熔煉先將Cu投入熔煉爐進(jìn)行熔煉，待Cu溶化后再添加Sn、 Bi、 Zn ，液 面由煅燒木炭作覆蓋劑。
精煉待原料全部熔化后升溫進(jìn)行精煉，精煉溫度110(TC，精煉時(shí)間10分鐘。
分析攪拌取樣做化學(xué)成份分析。
鑄造；取樣分析合格后進(jìn)行水平連續(xù)鑄造，結(jié)晶器采用水冷結(jié)晶器內(nèi)襯高純 石墨套，鑄造溫度U4(TC，鑄造速度15米/小時(shí)(拉1秒，停1秒)，冷卻水 Di 0. 01MPa。
實(shí)施例2:制作①16. 8 X 2000mm青銅合金棒材
配料按重量百分比進(jìn)行配料，其中錫6%、鋅5%、鉍6%、 (Pb、 Sb、 Fe、 P、 S、 Si、 Al)不可避免的雜質(zhì)之和為0. 3%、銅余量。
熔煉先將Cu投入熔煉爐進(jìn)行熔煉，待Cu溶化后再添加Sn、 Bi、 Zn，液
面由煅燒木炭作覆蓋劑。
精煉待原料全部熔化后升溫進(jìn)行精煉，精煉溫度180(TC，精煉時(shí)間15分鐘。
分析攪拌取樣做化學(xué)成份分析。
鑄造；取樣分析合格后進(jìn)行水平連續(xù)鑄造，結(jié)晶器采用水冷結(jié)晶器內(nèi)襯高純 石墨套，鑄造溫度1180。C，鑄造速度23米/小時(shí)(拉3秒，停3秒)，冷卻水 壓0. 03MPa。
實(shí)施例3:制作O16.8X2000mm青銅合金棒材
配料按重量百分比進(jìn)行配料，其中錫IO.O %、鋅12.0 %、鉍8 %、 (Pb、 Sb、 Fe、 P、 S、 Si、 Al)不可避免的雜質(zhì)之和為0.2%、銅余量。
熔煉先將Cu投入熔煉爐進(jìn)行熔煉，待Cu溶化后再添加Sn、 Bi、 Zn，液 面由煅燒木炭作覆蓋劑。
精煉待原料全部熔化后升溫進(jìn)行精煉，精煉溫度125(TC，精煉時(shí)間30分鐘。
分析攪拌取樣做化學(xué)成份分析。
鑄造；取樣分析合格后進(jìn)行水平連續(xù)鑄造，結(jié)晶器釆用水冷結(jié)晶器內(nèi)襯高純 石墨套，鑄造溫度122(TC，鑄造速度303米/小時(shí)(拉5秒，停5秒)，冷卻水 壓0. 05MPa。
實(shí)施例4:制作016. 8X 2000mm青銅合金棒材
配料按重量百分比進(jìn)行配料，其中錫4%、鋅3%、鉍2.0%+鎳0. 1%、 (Pb、 Sb、 Fe、 P、 S、 Si、 Al)不可避免的雜質(zhì)之和為0. 5%、銅佘量。
熔煉:先將Cu或Ni投入熔煉爐進(jìn)行熔煉，待Cu或Ni溶化后再添加Sn、 Bi 、 Zn，液面由煅燒木炭作覆蓋劑。
其它工藝同實(shí)施例l。 實(shí)施例5:制作016. 8X2000mm青銅合金棒材
配料按重量百分比進(jìn)行配料，其中錫5%、鋅4%、鉍6.0%+鎳0.3%、 (Pb、
Sb、 Fe、 P、 S、 Si、 A])不可避免的雜質(zhì)之和為0. 3%、銅余量。
熔煉:先將Cu或Ni投入熔煉爐進(jìn)行熔煉，待Cu或Ni溶化后再添加Sn、 Bi、 Zn，液面由煅燒木炭作覆蓋劑。
其它工藝同實(shí)施例2。 實(shí)施例6:制作0>16. 8X2000ram青銅合金棒材
配料按重量百分比進(jìn)行配料，其屮錫6 %、鋅5 %、鉍8. 0%+鎳0. 5%、 (Pb、 Sb、 Fe、 P、 S、 Si、 Al)不可避免的雜質(zhì)之為0. 2%、銅余量。
熔煉先將Cu或Ni投入熔煉爐進(jìn)行熔煉，待Cu或Ni溶化后再添加Sn、 Bi、 Zn，液面EtJ煅燒木炭作覆蓋劑。
其它工藝同實(shí)施例3。
上述實(shí)施例中后續(xù)工藝采用
矯直采用七輥矯直機(jī)對(duì)棒材進(jìn)行直度矯直；
鋸切采用園盤鋸對(duì)成品棒材按合同要求進(jìn)行鋸切；
檢査對(duì)鋸切的棒材進(jìn)行化學(xué)成份、力學(xué)性能、切削性能檢查；
包裝入庫(kù)對(duì)檢査合格后的棒材進(jìn)行包裝入庫(kù)。
本發(fā)明中各合金元素作用分述如下
銅具有極高的導(dǎo)電、導(dǎo)熱性能及良好的耐蝕性，在錫鋅鉍青銅中重量比 最高。
錫含錫的銅合金具有較強(qiáng)的抗蝕性和耐磨性，其力學(xué)性能高與工藝性能 相當(dāng)好且無磁性，沖擊時(shí)不產(chǎn)生火花，但易吸氣和產(chǎn)生偏析，為了保證強(qiáng)度和 塑性，其含量不宜太高，宜控制在2.0 10.0%范圍內(nèi)。
鋅鋅是銅合金中重要添加元素之一，能提高含錫銅合金的流動(dòng)性，縮小 結(jié)晶溫度區(qū)間，減輕偏析和排氣，但又不宜添加過多，否則會(huì)使合金性能達(dá)不
到理想要求，其含量應(yīng)控制在3. 0 12. 0%范圍內(nèi)。
鉍熔點(diǎn)較低，在銅合金基體中的固溶度極小，具有促進(jìn)合金最后凝固部 分的枝晶之間金屬液補(bǔ)給的作用，有效減少銅合金的鑄造缺陷，改善合金的切
削性，作為鉛的替代元素對(duì)人體無害。由于鉍以單質(zhì)—狀態(tài)存在于晶界，含量過 高會(huì)造成塑性偏低及其他組織缺陷，嚴(yán)重影響合金性能；含量過低則達(dá)不到所 要求合金性能條件，所以其含量應(yīng)嚴(yán)格控制在2 8%之間。
鎳提高合金的抗蝕性與韌性，其含量嚴(yán)格控制在O. 1 0.5%之間。 由于不添加鉛，作為雜質(zhì)含量中的鉛極低，并且不可避免的雜質(zhì)元素如Pb、 Sb、 Fe、 P、 S、 Si、 Al等嚴(yán)格控制為《0. 5%。
權(quán)利要求
1、一種環(huán)保易切削青銅合金配方，其特征在于該配方按重量百分比構(gòu)成如下Sn2. 0～10.0；Zn3.0～12.0；Bi2.0～8.0或Bi2.0～8.0+Ni0.1～0.5；(Pb、Sb、Fe、P、S、Si、Al)不可避免雜質(zhì)之和≤0.5％；Cu余量。
2、 一種環(huán)保易切削青銅合金加工工藝包含配料、熔煉、精煉、分析、鑄造、矯直、鋸切、檢査、包裝入庫(kù)，其特征在于其中配料、熔煉、精煉、分析、 鑄造加工工藝分述如下 I 、配料按重量百分比取Sn2. 0 10.0、 Zn3. 0 12. 0、 Bi2.0 8. 0或Bi2. 0 8. 0+Ni0. 1 0. 5、 (Pb、 Sb、 Fe、 P、 S、 Si、 Al)不可避免雜質(zhì)之和《0. 5%、 Cu 余量進(jìn)行配料；II、 熔煉先將Cu或Cu + Ni投入熔煉爐進(jìn)行熔煉，待Cu或Cu+Ni溶化后再添加Sn、 Bi、 Zn，液面覆蓋采用煅燒木炭等材料作覆蓋劑；III、 精煉待原料全部熔化后升溫進(jìn)行精煉，精煉溫度1100 125(TC，精煉時(shí)間10 30分鐘；IV、 分析攪拌取樣做化學(xué)成份分析看是否符合配料比重；V、 鑄造取樣分析合格后進(jìn)行水平連續(xù)鑄造，結(jié)晶器采用水冷結(jié)晶器內(nèi)襯高純石墨 套，鑄造溫度1140 122(TC，鑄造速度15 30米/小時(shí)(即拉1 5秒，停l 5秒)，冷卻水壓0. 01 0. 05MPa。
全文摘要
一種環(huán)保易切削青銅合金加工工藝包含配料、熔煉、精煉、分析、鑄造、矯直、鋸切、檢查、包裝入庫(kù)，按重量百分比取Sn2.0～10.0、Zn3.0～12.0、Bi2.0～8.0或Bi2.0～8.0+Ni0.1～0.5、(Pb、Sb、Fe、P、S、Si、Al)不可避免雜質(zhì)≤0.5％、Cu余量。將Cu或Cu+Ni投入熔煉爐進(jìn)行熔煉，溶化后添加Sn、Bi、Zn，液面覆蓋煅燒木炭，全部熔化后升溫精煉，溫度1100～1250℃，時(shí)間10～30分鐘，攪拌取樣后再進(jìn)行水平連續(xù)鑄造，結(jié)晶器為水冷結(jié)晶器內(nèi)襯高純石墨套，鑄造溫度1140～1220℃、速度15～30米/小時(shí)，冷卻水壓0.01～0.05MPa。
文檔編號(hào)C22B15/00GK101381825SQ20081023073
公開日2009年3月11日 申請(qǐng)日期2008年10月27日 優(yōu)先權(quán)日2008年10月27日
發(fā)明者任玉波, 婁花芬, 孫飛濤, 梁成斌, 符學(xué)智, 趙萬花, 郭麗娜 申請(qǐng)人:中鋁洛陽銅業(yè)有限公司