【技術(shù)實現(xiàn)步驟摘要】
本專利技術(shù)涉及冶金鑄造，具體涉及一種無鉛耐蝕銅合金材料及其制備方法和應(yīng)用。
技術(shù)介紹
1、黃銅屬于以銅、鋅為主元素的合金產(chǎn)品，由于其具備較好的加工裝飾作用，被廣泛應(yīng)用于閥門、五金衛(wèi)浴方面。
2、隨著無鉛環(huán)保需求的持續(xù)推進(jìn)，無鉛銅被特別看重，在不斷的往前推進(jìn)，后續(xù)有望逐步替代有鉛黃銅。但是無鉛化會出現(xiàn)黃銅產(chǎn)品的加工性能惡化，需要提前做好技術(shù)研究，同時由于現(xiàn)有黃銅產(chǎn)品經(jīng)常用于潮濕易腐蝕的環(huán)境中，導(dǎo)致工件會出現(xiàn)一定脫鋅腐蝕問題，出現(xiàn)各種安全隱患，因而也需要開發(fā)對應(yīng)的耐脫鋅腐蝕的材料。
3、目前市場上提到的無鉛黃銅主要是通過簡單的添加易切削元素p、ca、si、sb等來改善合金的機(jī)加工性能，通過簡單添加sn改善脫鋅性能。通過添加這些合金元素可以在一定程度上改善黃銅的切削性能和脫鋅性能，但是改善程度有限，不能以現(xiàn)有的加工設(shè)備前提下，批量化替代鉛黃銅。
4、鑒于以上需求分析，目前閥門以及衛(wèi)浴產(chǎn)品的制造，需要從根本上進(jìn)行改善，就是要從材料的組織性能方面著手進(jìn)行設(shè)計，獲得媲美鉛黃銅的加工性能，以及更好耐腐蝕性能的產(chǎn)品。
5、有鑒于此，提出本專利技術(shù)。
技術(shù)實現(xiàn)思路
1、本專利技術(shù)的第一目的是針對當(dāng)前技術(shù)的不足之一，提供一種無鉛耐蝕銅合金材料，使得黃銅產(chǎn)品耐腐蝕，加工性能好。
2、本專利技術(shù)的第二目的是提供一種無鉛耐蝕銅合金材料的制備方法。
3、本專利技術(shù)的第三目的是提供一種無鉛耐蝕銅合金材料的應(yīng)用。
4、本專利技術(shù)的
5、進(jìn)一步的，所述α相的晶粒度為1-50μm。
6、通過上述技術(shù)方案，選擇添加有al、fe的黃銅cu-zn體系，獲得強(qiáng)度高的基體。再通過成分控制和微觀組織的控制，將相組成控制在以α相為主，β相為輔，去掉α相和β相的網(wǎng)狀分布，減少α相的晶粒度的同時增加β相的間距，這樣的成分構(gòu)成的銅合金材料組織細(xì)化，延長了腐蝕通道路徑，提高了材料的耐脫鋅腐蝕性能和切削性能。
7、進(jìn)一步的，所述銅合金按重量百分比還包括as：0.05~0.15%；b：0.005~0.02%；和/或，所述銅合金相組織還包括asb(0.9~1.1)復(fù)合體，所述asb(0.9~1.1)復(fù)合體尺寸<5μm，0.01mm2分布數(shù)>5000。添加一定比例的硼和砷，通過形成as-b化合物占據(jù)雙空位，避免空位腐蝕遷移，達(dá)到防止脫鋅的目的，其中as-b原子比在0.9~1.1。
8、進(jìn)一步的，所述銅合金按重量百分比還包括si：0.1~0.3%；bi：0.05~0.15%；和/或，所述銅合金相組織還包括彌散分布在晶內(nèi)和晶界處的cusi相，和彌散分布在晶界處的單質(zhì)bi相，所述cusi相和單質(zhì)bi相尺寸<500μm，所述cusi相0.01mm2的分布數(shù)>5000，所述單質(zhì)bi相0.01mm2的分布數(shù)>10000。添加鉍和硅用于改善切削性能，硅以cusi相的形式分布在晶界和晶內(nèi)，鉍會以類似鉛的形貌分布在晶界，用于改善切削性能。
9、進(jìn)一步的，所述銅合金的抗脫鋅值為＜150μm。
10、本專利技術(shù)的第二目的通過如下技術(shù)方案實現(xiàn)：一種無鉛耐蝕銅合金材料的制備方法，包括如下步驟：
11、步驟一、原料熔化，先在爐中加入晶粒細(xì)化劑，按質(zhì)量配比稱取各原料進(jìn)行熔煉，所有原料熔化后置于990~1020℃保溫5~15min；
12、步驟二、撈渣，保溫后壓入鋁稀土，同時加入清渣劑和精煉劑，進(jìn)行充分?jǐn)嚢瑁缓笊郎刂?080~1120℃噴火10~60s后開始撈渣；
13、步驟三、精煉，爐渣打撈干凈后，降溫至990~1020℃再加入精煉劑，然后升溫至1080~1120℃保溫精煉1~5min；
14、步驟四、熱處理，精煉后出爐得到銅錠，需要對銅錠進(jìn)行470~530℃溫度下持續(xù)4-6h熱處理。
15、通過上述技術(shù)方案，通過爐前加入晶粒細(xì)化劑用于晶粒的細(xì)化核心，強(qiáng)化組織的細(xì)化，延長腐蝕通道路徑提高材料的耐脫鋅腐蝕性能，晶粒度小于30μm。通過提高冷卻強(qiáng)度和設(shè)計成分縮短凝固區(qū)間，增大過冷度，過冷度在5~30℃，獲得細(xì)晶組織，強(qiáng)化耐脫鋅腐蝕性能。增加熱處理，控制β相分解和α相的析出程度，獲得團(tuán)塊狀的α相組織，消除鑄錠β相網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，獲得分布均勻的兩相組織形貌，同時α相的大小在1到50μm之間，確保β相之間具有一定間隙；其中，β相占比20~50%，相鄰β相距離大于2μm，提高材料的耐蝕性能和切削性能。
16、進(jìn)一步的，步驟一中原料熔煉具體為：在熔煉爐中先加入細(xì)化劑，然后加入純銅熔化，純銅完全熔化后依次加入黃銅角料、單質(zhì)硅、單質(zhì)鉍、單質(zhì)砷、鋁硼合金、銅鐵合金、磷銅合金、銅鈣合金和鎂塊，進(jìn)一步熔化后壓入黃銅末料，熔化后加入鋅錠和鋁錠，再進(jìn)行熔化后保溫。
17、進(jìn)一步的，在步驟三后還包括化驗成分的步驟：精煉后降溫至990~1020℃取樣化驗成分，成分合格后，升溫至1080~1120℃評估銅錠拋光質(zhì)量和銅水流動性，若未達(dá)到要求則重新進(jìn)行步驟三，進(jìn)行精煉和配料，直至滿足銅水出爐要求。
18、?進(jìn)一步的，所述細(xì)化劑按重量百分比計，包括二氧化鈰10-30%、氟硼酸鉀?70-90%；
19、和/或，所述純銅為純度>99.9%的銅原料；
20、和/或，所述黃銅末料為拉絲末和機(jī)加工末混合；
21、和/或，所述鋁稀土為鑭系鋁稀土；
22、和/或，所述清渣劑按重量百分比計，包括碳酸鈣20-35%、氯化鈉1-10%、碳酸鈉10-30%、二氧化硅5-15%、碳酸鉀5-15%，木炭粉余量；
23、和/或，所述精煉劑按重量百分比計，包括白云石40-60%、冰晶石5-15%、氯化鈉5-15%、碳酸鈉20-40%。
24、進(jìn)一步的，采用甩杯評估銅錠拋光質(zhì)量，采用環(huán)形流道評估銅水的流動性。
25、本專利技術(shù)的第三目的為將一種無鉛耐蝕銅合金材料應(yīng)用在環(huán)保類五金衛(wèi)浴產(chǎn)品中。
26、本專利技術(shù)與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有如下有益效果：本專利技術(shù)根據(jù)目前閥門及衛(wèi)浴產(chǎn)品的制造需求，從根本上進(jìn)行改善，從材料的組織性能方面進(jìn)行設(shè)計，通過提高過冷卻強(qiáng)度和設(shè)計成分縮短凝固區(qū)間，增大過冷度，細(xì)化組織，獲得了媲美鉛黃銅的加工性能，更好的耐腐蝕性能的產(chǎn)品。通過熱處理，控制β相分解和α相的析出程度，獲得分布均勻的兩相組織形貌，且確保β相之間具有一定間隙，提高材料的耐蝕性能和切削性能。所得黃銅本文檔來自技高網(wǎng)...
【技術(shù)保護(hù)點】
1.一種無鉛耐蝕銅合金材料，其特征在于，所述銅合金組分按重量百分比包括：Cu：61.0~64.0%；Al：0.4~0.8%；Fe：0.04~0.09%；Pb＜0.1%；Ni＜0.1%；Mn＜0.1%；Sn＜0.01%；0.02%＜M＜0.1%，其中，M為P，Ca，Mg中的一種或者幾種；余量為Zn和其他不可避免的雜質(zhì)；所述銅合金相組織構(gòu)成包括α相和β相，相組織平均晶粒度小于30μm，其中β相占比20%~50%，且β相為非網(wǎng)狀分布，相鄰β相間距大于2μm。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種無鉛耐蝕銅合金材料，其特征在于，所述銅合金按重量百分比還包括As：0.05~0.15%；B：0.005~0.02%；和/或，所述銅合金相組織還包括AsB(0.9~1.1)復(fù)合體，所述AsB(0.9~1.1)復(fù)合體尺寸<5μm，0.01mm2分布數(shù)>5000。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種無鉛耐蝕銅合金材料，其特征在于，所述銅合金按重量百分比還包括Si：0.1~0.3%；Bi：0.05~0.15%；和/或，所述銅合金相組織還包括彌散分布在晶內(nèi)和晶界處的CuSi相，和彌散
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種無鉛耐蝕銅合金材料，其特征在于，所述銅合金的抗脫鋅值為＜150μm。
5.根據(jù)權(quán)利要求1-4中任一項所述的一種無鉛耐蝕銅合金材料的制備方法，其特征在于，包括如下步驟：
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種無鉛耐蝕銅合金材料的制備方法，其特征在于，步驟一中原料熔煉具體為：在熔煉爐中先加入細(xì)化劑，然后加入純銅熔化，純銅完全熔化后依次加入黃銅角料、單質(zhì)硅、單質(zhì)鉍、單質(zhì)砷、鋁硼合金、銅鐵合金、磷銅合金、銅鈣合金和鎂塊，進(jìn)一步熔化后壓入黃銅末料，熔化后加入鋅錠和鋁錠，再進(jìn)行熔化后保溫。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種無鉛耐蝕銅合金材料的制備方法，其特征在于，在步驟三后還包括化驗成分的步驟：精煉后降溫至990~1020℃取樣化驗成分，成分合格后，升溫至1080~1120℃評估銅錠拋光質(zhì)量和銅水流動性，若未達(dá)到要求則重新進(jìn)行步驟三，進(jìn)行精煉和配料，直至滿足銅水出爐要求。
8.根據(jù)權(quán)利要求5或6或7所述的一種無鉛耐蝕銅合金材料的制備方法，其特征在于，所述細(xì)化劑按重量百分比計，包括二氧化鈰10-30%、氟硼酸鉀?70-90%；
9.根據(jù)權(quán)利要求5或6或7所述的一種無鉛耐蝕銅合金材料的制備方法，其特征在于，采用甩杯評估銅錠拋光質(zhì)量，采用環(huán)形流道評估銅水的流動性。
10.權(quán)利要求1-4任一項所述的一種無鉛耐蝕銅合金材料在環(huán)保類五金衛(wèi)浴產(chǎn)品中的應(yīng)用。
...【技術(shù)特征摘要】
1.一種無鉛耐蝕銅合金材料，其特征在于，所述銅合金組分按重量百分比包括：cu：61.0~64.0%；al：0.4~0.8%；fe：0.04~0.09%；pb＜0.1%；ni＜0.1%；mn＜0.1%；sn＜0.01%；0.02%＜m＜0.1%，其中，m為p，ca，mg中的一種或者幾種；余量為zn和其他不可避免的雜質(zhì)；所述銅合金相組織構(gòu)成包括α相和β相，相組織平均晶粒度小于30μm，其中β相占比20%~50%，且β相為非網(wǎng)狀分布，相鄰β相間距大于2μm。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種無鉛耐蝕銅合金材料，其特征在于，所述銅合金按重量百分比還包括as：0.05~0.15%；b：0.005~0.02%；和/或，所述銅合金相組織還包括asb(0.9~1.1)復(fù)合體，所述asb(0.9~1.1)復(fù)合體尺寸<5μm，0.01mm2分布數(shù)>5000。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種無鉛耐蝕銅合金材料，其特征在于，所述銅合金按重量百分比還包括si：0.1~0.3%；bi：0.05~0.15%；和/或，所述銅合金相組織還包括彌散分布在晶內(nèi)和晶界處的cusi相，和彌散分布在晶界處的單質(zhì)bi相，所述cusi相和單質(zhì)bi相尺寸<500μm，所述cusi相0.01mm2的分布數(shù)>5000，所述單質(zhì)bi相0.01mm2的分布數(shù)>10000。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所...
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：歐陽好，王瑞，肖金鋒，彭鑫，王東，高登橋，徐天祿，
申請(專利權(quán))人：寧波金田銅業(yè)集團(tuán)股份有限公司，
類型：發(fā)明
國別省市：
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