專利名稱：耐蝕易切削變形鋅鋁合金的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種耐蝕易切削變形鋅鋁合金，屬于金屬材料制造技術領域。
背景技術：
我國是一個貧銅富鋅的國家，近年來，隨著我國銅加工的快速發(fā)展，國內的銅資源已經(jīng)不能滿足生產(chǎn)的需要，大部分銅礦都需依賴進口，嚴重影響到我國有色金屬工業(yè)和國民經(jīng)濟的持續(xù)健康發(fā)展。鋅合金是以鋅為基體加入其它元素的合金材料，由于其物理性能和力學性能等與黃銅接近，并且具有原材料價格低，生產(chǎn)工藝簡單，節(jié)省能源，綠色環(huán)保等特點，在較低的工作溫度下，是銅合金的理想替代品。變形鋅合金材料已普遍在電子通訊、家電、建筑、文具、水暖、汽車等領域應用。目前，應用最為廣泛的變形鋅合金，是德國研制出的兩種合金GiescheZ13(Zn-4Al-0.5Cu_0.03Mg)和 GieshzllO (Zn-10Al_2Cu-0.03Mg)，作為切削加工黃銅的代用品，后一種合金容易擠壓成型，具有良好的熱加工性能及適當?shù)膹姸?，在國外被廣泛采用，國內也有企業(yè)在生產(chǎn)該合金，產(chǎn)銷量不斷上升。由鋅鋁相圖可以看出，后一種合金屬于過共晶型合金，鋁含量靠近共晶點，因此切削性能較差，這就限制了鋅鋁系列合金在高速切削加工領域的應用。為了提高鋅合金的切削加工性能，國內外不少專家和學者做出了很多努力和嘗試，并開發(fā)出一些易切削變形鋅合金，但大多集中在鋅銅(包括鋅銅鈦)系列合金，如:德國開發(fā)的一種鋅合金 Zn- (3.7 4) %Cu- (0.2 0.3) %Mg- (0.05 0.2) %A1-(0.25 0.4) Bi，難以實現(xiàn)擠壓；中南大學林高用等人開發(fā)的專利號為200710035063.0稀土鋅銅合金，孫文聲等開發(fā)的專利號為201110076236.X易切削鋅等。以上發(fā)明專利都是在鋅銅系列合金(包含少量的鋁)中加入游離的鉛或鉍，通過鉛或鉍在鋅合金基體內的彌散分布，改善切削加工性能。也有鋅鋁易切削鋅合金的報道，如:戴國水等開發(fā)的公開號為CN101851713B和譚棣朋等開發(fā)的公開號為CN102011027A，在鋅鋁系列合金中加入鉍，利用游離的鉍在鋅鋁合金中彌散分布，提高合金的切削性能。在鋅鋁系列合金中的基體中，加入游離態(tài)的鉛、鎘、鉍、錫或鉈等，會對鋅鋁合金產(chǎn)生強烈地晶間腐蝕作用，大大加快合金的老化，因此以上合金的抗晶間腐蝕能力，容易老化。因此開發(fā)一種切削性能優(yōu)良，同時具有良好的擠壓性能和抗晶間腐蝕性能的易切削鋅合金，顯得尤為重要。

發(fā)明內容
一、要解決的技術問題本發(fā)明的 目的是針對現(xiàn)有技術所存在的上述問題，特提供一種易切削鋅合金，該合金具有優(yōu)良的力學性能、切削加工性能、耐蝕性能和良好的成形性能的耐蝕易切削變形
鋅鋁合金。
二、技術方案為解決上述技術問題，本發(fā)明耐蝕易切削變形鋅鋁合金，其中，其主要成分包含有(按重量百分比):鋁(Al):6.5 11.5%銅(Cu):0.4 4%鎂(Mg):0.01 0.6%鉍(Bi):0.I 3.5%硼(B):0.0005 0.1%鈦(Ti):0.01 0.5%其余為鋅(Zn)和不可避免的雜質，雜質總含量不超過0.05% ；所述鎂和鉍的重量百·分比滿足下列關系:[Mg]=0.175[Bi]+ex%，其中[Me]表示元素的重量百分比，其中余量ex的范圍為0.02 0.06。作為優(yōu)化，鋁(Al):8.5 11.5%銅(Cu):0.7 3.5%鎂(Mg):0.03 0.15%秘(Bi):0.3 1.5%硼(B):0.001 0.01%鈦(Ti):0.01 0.1%作為優(yōu)化，所述雜質包含鉛(Pb)( 0.01%，鎘(Cd) ( 0.002%，錫(Sn) ( 0.005%,鐵(Fe) ( 0.02%，錳(Mn) ( 0.02%，硅(Si) ( 0.02%，雜質總含量不超過 0.05%。三、本發(fā)明的有益效果(I)力學性能、導電、導熱等性能與黃銅性能接近；(2)原料綜合成本低；(3)切屑短小，切削性能良好，與C36000 (鉛黃銅)接近；(4)耐腐蝕性能良好，晶間腐蝕傾向??；(5)冷熱加工性能好，可實現(xiàn)工藝化生產(chǎn)；( 6 )綠色環(huán)保不含鉛。因此本發(fā)明可替代普通鉛黃銅廣泛應用于電子電器接插件、儀表零件、水暖衛(wèi)浴件等。本發(fā)明為一種含鉍的易切削變形鋅鋁合金，是在鋅鋁合金里按比例加入的Bi和Mg，在熔鑄過程中，鉍與鎂化合形成中間化合物相Mg3Bi2,化合物相粒子在基體的晶界中彌散分布，經(jīng)過后續(xù)的擠壓和拉拔等加工變形，化合物粒子進一步破碎成細小顆粒，在切削加工時，細小顆粒既在刀具和材料間起到潤滑作用，又能作為應力集中源形成“空隙效應”，使切屑易碎，從而提高切削性；由于鉍在鋅鋁合金基體中，全部以化合物的形式出現(xiàn)，幾乎不影響合金的耐腐蝕性能；生成的中間化合物相Mg3Bi2對合金的強度影響小，合金容易實現(xiàn)擠壓成型。
具體實施例方式實施方式一至七:鋁:加入6.5 11.5%，鋅中加入鋁，能提高鋅液的流動性，從而改善合金的鑄造性能，此外，還能提高合金的強度、塑性和成型性能，并且由于鋁的密度低，加入鋁后，能降低鋅合金產(chǎn)品的重量。低于6.5%時，強化效果不明顯，韌性和成型性能差，高于11.5%，沖擊性能迅速降低，同時鋁含量增加，凝固區(qū)間增大，容易造成表面縮孔、縮松等缺陷，給熔鑄帶來極大困難。銅:加入0.4 4%，鋅中加入銅，與鋅化合形成中間化合物相，強化基體。與鋁一起加入，能提高鋅鋁合金的抗腐蝕能力。加入量少于0.4%，強化效果不明顯，超過4%，鋅銅中間化合物相粗化，降低韌性,惡化鑄造性能，同時增加了合金的成本。鉍:加入0.1 3.5%，鋅合金中加入鉍，當其彌散分布與鋅基體時，可以起到切削斷屑和刀具潤滑的作用，從而改善鋅合金的切削性能。當鉍含量小于0.1%時，切削性能改善不明顯,高于3.5%，合金的塑性和脆性變差，并使材料成本增加。鎂:加入0.01 0.6%，在鋅合金中，加入少量鎂，能提高合金的抗氧化和晶間腐蝕能力，消除鉛、錫、鉍、銻等元素的影響。鎂加入量少于0.01%，抗氧化和晶間腐蝕效果不明顯；當鎂與鉍的原子比為3:2，即質量比為0.175:1時，鎂和鉍剛好化合形成中間化合物相Mg3Bi2,為使全部的鉍都形成中間化合物相，加入鎂的質量分數(shù)比鉍的質量分數(shù)的0.175倍多約0.02 0.06%，可以用關系式[Mg]=0.175[Bi]+ex%，其中[Me]表示元素的重量百分t匕，其中余量ex的范圍為0.02 0.06，在本關系式中，[Me]表示鎂和鉍元素的重量百分t匕。生成的中間化合物相Mg3Bi2在基體中彌散分布，提高了鋅合金的切削性能；同時過量的Mg固溶于鋅合金基體，能強化鋅合金，并能提高合金抗氧化和晶間腐蝕的能力。硼:在Zn-Al-Cu-Mg系列合金中，加入0.0005 0.1%，優(yōu)選0.001 0.01%,能抑制枝晶長大，同時能起到凈化基體和除氣的作用。少于0.0005，作用不明顯，超過0.1，會起到相反的作用，使晶粒粗化。鈦:加入0.01 0.1%，起到脫氧和細化晶粒的作用，同硼一起加入，晶粒細化作用更明顯。晶粒的細化，使鎂鉍中間化合物更加彌散分布，進一步提高合金的切削加工性能。加入少于0.01%時， 晶粒細化作用有限，超過0.1%時，容易產(chǎn)生成分偏析。雜質:總含量小于0.05%，鐵、錳、硅等的含量均小于0.02，Pb ( 0.01，Cd彡0.002，Sn ( 0.005。其中:鉛和鎘含量是為了符合歐盟“R0HS”要求；錫容易引起鋅合金的晶間腐蝕；鐵錳硅等是熔煉過程中經(jīng)常出現(xiàn)的雜質元素，硅容易和錳、鎂等形成堅硬粒子，鐵容易與鋅等形成堅硬的中間化合物相，影響后續(xù)的拉伸、拋光等工藝和產(chǎn)品的表面質量等，因此必須加以控制。實施例一至七的成分設計可參看表一:表一實施例成分設計
權利要求
1.一種耐蝕易切削變形鋅鋁合金，其特征在于:其主要成分包含有(按重量百分比): 鋁(Al):6.5 11.5% 銅(Cu):0.4 4%鎂(Mg):0.0l 0.6%鉍(Bi):0.1 3.5%硼(B):0.0005 0.1%鈦(Ti):0.01 0.5% 其余為鋅(Zn)和不可避免的雜質，雜質總含量不超過0.05% ； 所述鎂和鉍的重量百分比滿足下列關系:[Mg]=0.175[Bi]+ex%，其中[Me]表示元素的重量百分比，其中余量ex的范圍為0.02 0.06。
2.根據(jù)權利要求1所述的耐蝕易切削變形鋅鋁合金，其特征在于:鋁(Al):8.5 11.5%銅(Cu):0.7 3.5%鎂(Mg):0.03 0.15%鉍 (Bi):0.3 1.5%硼(B):0.001 0.01%鈦(Ti):0.01 0.1%。
3.根據(jù)權利要求2所述的耐蝕易切削變形鋅鋁合金，其特征在于:所述雜質包含鉛(Pb) ^ 0.01%，鎘(Cd) ( 0.002%，錫(Sn) ( 0.005%，鐵(Fe) ( 0.02%，錳(Mn) ( 0.02%，硅(Si)^ 0.02%，雜質總含量不超過0.05%。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種耐蝕易切削變形鋅鋁合金，其中，其主要成分包含有(按重量百分比)鋁(Al)6.5～11.5%，銅(Cu)0.4～4%，鎂(Mg)0.01～0.6%，鉍(Bi)0.1～3.5%，硼(B)0.0005～0.1%，鈦(Ti)0.01～0.5%，其余為鋅(Zn)和不可避免的雜質，雜質總含量不超過0.05%；鎂和鉍的重量百分比滿足下列關系鎂重量(m(Mg)%)和鉍重量m(Bi)%)滿足關系式[Mg]=0.175[Bi]+ex%，其中[Me]表示元素的重量百分比，其中余量ex的范圍為0.02～0.06。(1)力學性能、導電、導熱等性能與黃銅性能接近；(2)原料綜合成本低；(3)切屑短小，切削性能良好，與C36000(鉛黃銅)接近；(4)耐腐蝕性能良好，晶間腐蝕傾向小；(5)冷熱加工性能好，可實現(xiàn)工藝化生產(chǎn)；(6)綠色環(huán)保不含鉛。
文檔編號C22C18/04GK103233142SQ201310147090
公開日2013年8月7日 申請日期2013年4月24日 優(yōu)先權日2013年4月24日
發(fā)明者曾德珠, 秦鵬高 申請人:寧波盛發(fā)銅業(yè)有限公司