一种无铅易切削含锰石墨黄铜及其制备方法

摘要

一种无铅易切削含锰石墨黄铜，其特征是其化学成分（质量分数）为：铜58~63%，锰0.8%~7%，石墨0.1%~1.0%，铁0.1%~1.3%，镍0.5%，杂质总量≤0.1%，余量为锌。按电解铜58~63wt%，高碳锰铁1~10wt%，镍0.5wt%，余量为锌的配比配料，其余杂质总和≤1%，在大气环境下采用中频或工频感应熔炼，先将电解铜、高碳锰铁和镍在石墨坩埚内全部熔化，然后降温加锌，保温一定时间后浇铸成棒材，进行退火处理，退火条件为氢气气氛中700~1000℃下保温3~7h；所述的高碳锰铁的成分含量为：锰76%~85%，碳7%~10%，铁7%~16%。本发明的无铅含锰石墨黄铜的力学性能、耐腐蚀性能及切削加工性能优良；对环境友好，对人体无害；成本低廉，工艺简单，适合工业化生产；可应用于电子器件、水暖卫浴阀件、结构或装饰材料等领域。

权利要求

1.一种无铅易切削含锰石墨黄铜的制备方法，其特征是以高碳锰铁为原料，按电解铜

58~63wt%，高碳锰铁1~10wt%，镍0.5wt%，余量为锌的配比配料，其余杂质总和≤1%，在大气环境下采用中频或工频感应熔炼，先将电解铜、高碳锰铁和镍在石墨坩埚内全部熔化，然后降温加锌，保温一定时间后浇铸成棒材，进行退火处理，退火条件为氢气气氛中700~1000℃下保温3~7h；制得含锰石墨黄铜的化学成分（质量分数）为：铜58~63%，锰0.8~7%，石墨0.1~

1%，铁0.1~1.3%，镍0.5%，杂质总量≤0.1%，余量为锌；

所述的高碳锰铁的成分含量为：锰76%~85%，碳7%~10%，铁7%~16%。

说明书

一种无铅易切削含锰石墨黄铜及其制备方法

技术领域

[0001] 本发明属于合金材料技术领域。

背景技术

[0002] 铅黄铜中铅的水溶性浸出会对人身健康和自然环境造成危害，特别是当这种材料用于水暖阀门件时。因此许多国家已经立法禁止在饮用水管道配件、玩具和家用电器等产品中使用含铅铜合金。但是，铅黄铜因优秀的切削性能和低廉的成本，目前依然占有易切削黄铜市场很大的份额。这是因为目前还未找到一种或几种能够真正意义上替代铅的元素来制造易切削黄铜，目前开发的几种含有类铅元素（铋、锑、碲、硅、磷等）的黄铜材料并不能提供与铅黄铜相同的技术优势，因此无法取代铅黄铜的市场。

[0003] 石墨是一种无害价低的材料，其断屑能力和润滑效果使材料在切削过程中能够形成短小而不连续的切屑，减少刀具磨损，改善切削性能。添加石墨的传统方法主要是铸造和粉末冶金，但得到的石墨颗粒尺寸粗大且分布不均，材料的致密性差。中国专利（CN103773994A）以铸铁替代纯石墨的添加方式，采用熔铸+石墨化退火的方法得到了组织均匀细小的石墨黄铜材料且切削性良好能。但是，铸铁中铁的比重很大，当添加量过大时材料会带有磁性，耐腐蚀性也会降低，这将限制材料的使用。

发明内容

[0004] 本发明的目的在于针对现有黄铜材料设计的不足，提供一种无铅易切削含锰石墨黄铜，以能够替代铅来生产易切削黄铜，避免铅对健康和环境的危害。

[0005] 本发明采用的技术方案如下。

[0006] 一种无铅易切削含锰石墨黄铜，其化学成分（质量分数）为：铜(Cu)58~63%，锰(Mn)0.8%~7%，石墨(C)0.1%~1.0%，铁(Fe)0.1%~1.3%，镍(Ni)0.5%，杂质总量≤0.1%，余量为锌(Zn)。

[0007] 本发明所述无铅易切削含锰石墨黄铜的制备方法。

[0008] 使用中频或工频感应炉，在大气环境中熔铸。按电解铜58~63wt%，高碳锰铁1~10wt%，镍0.5wt%，余量为锌的配比配料，首先将电解铜、高碳锰铁和镍加入石墨坩埚，待全部熔化后降温加入锌锭，整个熔炼过程用木炭做覆盖剂。保温一定时间使熔液混合均匀，出炉浇铸得黄铜合金棒材，对黄铜棒进行退火处理，使黄铜中的碳化锰和渗碳体分解得到石墨颗粒，退火条件为氢气气氛中700~1000℃下保温3~7h。

[0009] 本发明以高碳锰铁代替石墨，以熔铸的方式加入到黄铜合金中。本发明使用的高碳锰铁的成分含量为：锰(Mn)76%~85%，碳(C)7%~10%，铁(Fe)7%~16%，其余杂质总和≤1%。使用高碳锰铁作为原料，与中国专利（CN103773994A）中以铸铁粉做原料相比，增加了石墨的含量，使黄铜的切削性能提高；增加了锰的含量，提高了黄铜的耐腐蚀性能；降低了铁的含量，黄铜的耐腐蚀性不会受到影响，所得黄铜材料无磁性，不会限制材料的应用。

[0010] 本发明的无铅含锰石墨黄铜的力学性能、耐腐蚀性能及切削加工性能优良；对环境友好，对人体无害；成本低廉，工艺简单，适合工业化生产；可应用于电子器件、水暖卫浴阀件、结构或装饰材料等领域。

具体实施方式

[0011] 本发明将通过以下实施例作进一步说明，但本发明的保护范围不限于此。

[0012] 以下实施例所用的高碳锰铁的成分含量为：锰(Mn)76%~85%，碳(C)7%~10%，铁(Fe)7%~16%，其余杂质总和≤1%。

[0013] 实施例1。

[0014] 无铅易切削含锰石墨黄铜的化学成分，铜(Cu)58.5%，锰(Mn) 0.8%，石墨(C)0.1%，铁(Fe)0.15%，镍(Ni)0.5%，杂质总量≤0.1%，余量为锌(Zn)。按成分配比配料，其中高碳锰铁添加量为1%，熔铸成黄铜棒材，在700℃下退火3h，得到无铅易切削含锰石墨黄铜。此黄铜材料的维氏硬度为74HV，抗拉强度为350MPa，切削性能相当于75%，腐蚀深度为210μm。

[0015] 实施例2。

[0016] 无铅易切削含锰石墨黄铜的化学成分，铜(Cu)59%，锰(Mn)2.4%，石墨(C)0.3%，铁(Fe)0.4%，镍(Ni)0.5%，杂质总量≤0.1%，余量为锌(Zn)。按成分配比配料，其中高碳锰铁添加量为3%，熔铸成黄铜棒材，在800℃下退火4h，得到无铅易切削含锰石墨黄铜。此黄铜材料的维氏硬度为83HV，抗拉强度为370MPa，切削性能相当于85%，腐蚀深度为195μm。

[0017] 实施例3。

[0018] 无铅易切削含锰石墨黄铜的化学成分，铜(Cu)60%，锰(Mn)4.0%，石墨(C)0.5%，铁(Fe)0.7%，镍(Ni)0.5%，杂质总量≤0.1%，余量为锌(Zn)。按成分配比配料，其中高碳锰铁添加量为5%，熔铸成黄铜棒材，在850℃下退火4h，得到无铅易切削含锰石墨黄铜。此黄铜材料的维氏硬度为95HV，抗拉强度为410MPa，切削性能相当于95%，腐蚀深度为185μm。

[0019] 实施例4。

[0020] 无铅易切削含锰石墨黄铜的化学成分，铜(Cu)61%，锰(Mn)5.4%，石墨(C)0.7%，铁(Fe)1.0%，镍(Ni)0.5%，杂质总量≤0.1%，余量为锌(Zn)。按成分配比配料，其中高碳锰铁添加量为7%，熔铸成黄铜棒材，在900℃下退火5h，得到无铅易切削含锰石墨黄铜。此黄铜材料的维氏硬度为110HV，抗拉强度为450MPa，切削性能相当于90%，腐蚀深度为180μm。

[0021] 实施例3。

[0022] 无铅易切削含锰石墨黄铜的化学成分，铜(Cu)62.5%，锰(Mn)7.0%，石墨(C)0.9%，铁(Fe)1.3%，镍(Ni)0.5%，杂质总量≤0.1%，余量为锌(Zn)。按成分配比配料，其中高碳锰铁添加量为9%，熔铸成黄铜棒材，在1000℃下退火7h，得到无铅易切削含锰石墨黄铜。此黄铜材料的维氏硬度为125HV，抗拉强度为470MPa，切削性能相当于80%，腐蚀深度为180μm。