本發(fā)明涉及合金領(lǐng)域，尤其是涉及低銅高鐵的銅合金及其生產(chǎn)方法。

背景技術(shù)：

1、銅及銅合金具有良好的化學(xué)穩(wěn)定性和低溫抗氧化性，其在服役期間的質(zhì)量和成分變化極小，通過技術(shù)處理可變成再生資源循環(huán)使用，從而降低對原生礦的依賴。再生銅原料的主要來源包含報(bào)廢的含銅廢件，生產(chǎn)銅、銅合金及其機(jī)械加工過程的廢料、銅渣和熔煉過程收集的煙塵等。廢雜銅經(jīng)過回收拆解之后，對銅廢料進(jìn)行嚴(yán)格的分類，再進(jìn)行針對性地回收利用。其中高品位純銅料可以直接利用，返回重新加工，其余純度較低的廢料可用于生產(chǎn)再生精銅或直接熔煉成銅合金。

2、銅合金強(qiáng)度中等，易于加工，較耐疲勞，色澤美觀，并具有良好的電導(dǎo)性、熱導(dǎo)性和耐蝕性，得到廣泛的應(yīng)用。再生黃銅是常見的再生銅之一。當(dāng)原材料大部分或者全部為廢雜黃銅時，再生黃銅合金中雜質(zhì)含量高、夾雜多、夾渣普遍，而且所制備的黃銅合金含鐵量高，難以調(diào)低其含量，黃銅合金中高的鐵含量易于形成樹枝狀晶鐵基固溶體，鐵基樹枝晶與基體的界面為薄弱環(huán)節(jié)，在黃銅拉伸過程中黃銅基體易于從該界面剝離，這是導(dǎo)致再生黃銅機(jī)械性能較低的主要原因之一。因此還需要做額外處理來提高再生黃銅的機(jī)械性能。例如專利cn102168193a公開了廢雜黃銅再生連鑄優(yōu)質(zhì)黃銅合金方法，在現(xiàn)有技術(shù)-熔煉、精煉、調(diào)整合金成分之后，加入合金熔液重量的0.05-3.00％廢稀土鈷永磁材料，然后去除熔液表面的熔渣，再進(jìn)行鑄造，所得黃銅合金的拉伸強(qiáng)度、延伸率相對現(xiàn)有技術(shù)制備的黃銅合金的性能提高20％以上。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明為了克服低銅高鐵合金機(jī)械性能不佳的問題，提供低銅高鐵的銅合金及其生產(chǎn)方法，通過調(diào)節(jié)各組分及含量，得到加工塑性好、車削加工性能優(yōu)良、具備金黃色的表明光澤、機(jī)械性能好的低銅高鐵的銅合金。

2、為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：

3、低銅高鐵的銅合金，組成為：cu?52-56wt％，pb?2.0-4.0wt％，ni?0.3-0.6wt％，fe0.8-1.5wt％，sn?0.5-0.8wt％，mn≤1.0wt％，al≤0.1wt％，不可避免的雜質(zhì)元素≤0.6wt％，余量為zn；各元素重量百分比之和為100wt％，不可避免的雜質(zhì)元素包括sb、p、as、si、s、mg、te中的一種或多種。

4、所述銅合金具有β相基體、α相和富鉛相共存的微觀組織，且其中部分α相沿富鉛相周邊析出。本發(fā)明將合金組織控制在α+β相，將銅含量盡量降低，并通過合金和工藝設(shè)計(jì)優(yōu)化性能。各元素的作用如下：

5、(1)鐵作為“人工晶核”能細(xì)化晶粒，且與錫、鎳配合能提高合金的強(qiáng)度和耐蝕性，鐵的增加也能有效的降低生產(chǎn)成本，但需要通過合金成分調(diào)整和工藝設(shè)計(jì)避免鐵和鉛的富集。

6、(2)錫能有效抑制脫鋅，且與鐵配合能提高合金的強(qiáng)度和耐蝕性。本合金是一種高鋅合金，為達(dá)到抗脫鋅和耐蝕的目的，錫含量應(yīng)控制在0.5-0.7wt％。若錫含量低于0.5wt％，則抗脫鋅和耐蝕效果不明顯；錫含量高于0.7wt％時，會極大的促進(jìn)鐵的富集，導(dǎo)致合金性能變差。此外，再生銅合金原料中錫是最常見的合金元素，且黃銅中的錫是一種難以低成本去除的元素，本發(fā)明中高效利用了廢雜銅中來源廣，難去除的sn元素。

7、(3)鉛是再生鉛黃銅中最常見的元素，單獨(dú)回收成本偏高，而循環(huán)再利用顯然是更優(yōu)解。通過多年發(fā)展，其再利用已然很成熟，尤其是對于再生原料切削性能保證和均勻化組織更優(yōu)于原生料。

8、(4)鎳能促進(jìn)α相的析出，提高合金的強(qiáng)度、韌性和耐蝕性，同時鎳能夠抑制鐵的析出，降低單質(zhì)鐵的團(tuán)聚和富集的風(fēng)險(xiǎn)。鐵含量高時，鎳含量高于0.3％時，有良好的塑性，鎳含量達(dá)0.6％時，黃銅塑性增加明顯。另外，當(dāng)鎳超過一定量時，合金的色澤變白，考慮到成分復(fù)雜的含鎳再生銅合金原料數(shù)量偏少，配比后的鎳含量在0.6％以下成本最合適。

9、(5)錳能顯著提高黃銅在海水、氯化物和過熱蒸汽中的耐蝕性，提高合金的強(qiáng)度，同時提高鐵在熔體中的溶解度，降低富鐵相析出的總量。

10、(6)鋁能彌散析出相的分布，降低析出相的尺寸，從而改善鐵的富集，但本發(fā)明使用的鋁源為再生鋁、鋁青銅再生料，含有雜質(zhì)鋅，鋅的用量提升會大幅度增加β相比例，需嚴(yán)格控制添加量和使用場景，本發(fā)明嚴(yán)格控制合金中鋁含量不超過0.1wt％，使用場景以棒材為宜。

11、作為優(yōu)選，不可避免的雜質(zhì)元素si在該合金中的含量不超過0.02wt％。硅會與鐵反應(yīng)結(jié)合成高硬度質(zhì)點(diǎn)，使合金的冷加工性能變差，因此本發(fā)明合金嚴(yán)格控制合金中硅含量不超過0.02wt％。

12、作為優(yōu)選，低銅高鐵的銅合金，組成為：cu?54-56wt％，pb?2.0-4.0wt％，ni?0.3-0.6wt％，fe?0.8-1.5wt％，sn?0.5-0.7wt％，mn≤0.1wt％，al≤0.1wt％，不可避免的雜質(zhì)元素≤0.2wt％，余量為zn。

13、本發(fā)明還提供所述低銅高鐵的銅合金的生產(chǎn)方法，包括以下步驟：

14、(1)配料：以再生黃銅和黃銅加工屑料為主原料，加入cu源、pb源、ni源、fe源、sn源、al源和zn源；

15、(2)將原料熔化后生產(chǎn)鑄錠。

16、作為優(yōu)選，再生黃銅占原料總量的10-30wt％，黃銅加工屑料不少于原料總重量的50wt％。

17、作為優(yōu)選，cu源為再生紫銅，pb源為再生鉛，ni源為白銅再生料、鍍鎳再生黃銅料中的一種或兩種，fe源為銅鐵合金、鐵粉中的一種或兩種，sn源為錫青銅再生料、鍍錫再生黃銅料中的一種或兩種，al源為再生鋁、鋁青銅再生料中的一種或兩種，zn源為再生鋅。

18、作為優(yōu)選，熔化步驟具體為：將原料加入熔煉爐中高壓熔化至噴火，噴火后低壓加清渣劑，攪拌后取樣進(jìn)行爐前成分分析，若成分不合格，調(diào)整成分至合格，撈渣、放流至鑄造爐。

19、作為優(yōu)選，采用水平連鑄生產(chǎn)鑄錠。

20、作為優(yōu)選，將鑄錠切割成擠壓錠坯，600-680℃下擠壓得到直徑6-15mm的棒材。

21、因此，本發(fā)明的有益效果為：(1)在銅含量降低的條件下，其微觀組織中的α相含量比理論值高，確保其具備良好的低溫加工性能；

22、(2)銅合金在保證車削性能的前提下，抗脫鋅、抗應(yīng)力腐蝕、抗氧化、穩(wěn)定性均有所提升，保證了其較長的使用壽命；

23、(3)銅合金具有金黃色的外觀和抗氧化性，使其具有更優(yōu)的色澤和壽命，可作為工藝品展示或使用；

24、(4)銅合金熱加工性能優(yōu)異，對于特殊型材可利用這特性，通過擠壓、熱鍛、熱沖輔以機(jī)加工獲得，且成本較低；

25、(5)銅合金的生產(chǎn)成本很低，其生產(chǎn)以再生銅合金為主要原料，利用元素的交互影響，使再生原料中的合金元素的作用得到充分的發(fā)揮，顯著提升了原料的價值，該合金可應(yīng)用于非直飲、食用場景，不和人體接觸或少接觸的場合，具有觀賞性的工藝品，以及兼具功能性和裝飾性的建筑結(jié)構(gòu)件等。

技術(shù)特征：

1.低銅高鐵的銅合金，其特征在于，組成為：cu?52-56wt%，pb?2.0-4.0wt%，ni?0.3-0.6wt%，fe?0.8-1.5wt%，sn?0.5-0.8wt%，mn?≤?1.0wt%，al?≤?0.1wt%，不可避免的雜質(zhì)元素?≤?0.6wt%，余量為zn；各元素重量百分比之和為100wt%。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的低銅高鐵的銅合金，其特征在于，組成為：cu?54-56wt%，pb2.0-4.0wt%，ni?0.3-0.6wt%，fe?0.8-1.5wt%，sn?0.5-0.7wt%，mn?≤?0.1wt%，al?≤0.1wt%，不可避免的雜質(zhì)元素?≤?0.2wt%，余量為zn。

3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的低銅高鐵的銅合金，其特征在于，不可避免的雜質(zhì)元素si在該合金中的含量不超過0.02wt％。

4.權(quán)利要求1-3任一所述低銅高鐵的銅合金的生產(chǎn)方法，其特征在于，包括以下步驟：

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的低銅高鐵的銅合金的生產(chǎn)方法，其特征在于，再生黃銅占原料總量的10-30wt％，黃銅加工屑料不少于原料總重量的50wt％。

6.根據(jù)權(quán)利要求4或5所述的低銅高鐵的銅合金的生產(chǎn)方法，其特征在于，cu源為再生紫銅，pb源為再生鉛，ni源為白銅再生料、鍍鎳再生黃銅料中的一種或兩種，fe源為銅鐵合金、鐵粉中的一種或兩種，sn源為錫青銅再生料、鍍錫再生黃銅料中的一種或兩種，al源為再生鋁、鋁青銅再生料中的一種或兩種，zn源為再生鋅。

7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的低銅高鐵的銅合金的生產(chǎn)方法，其特征在于，熔化步驟具體為：將原料加入熔煉爐中高壓熔化至噴火，噴火后低壓加清渣劑，攪拌后取樣進(jìn)行爐前成分分析，若成分不合格，調(diào)整成分至合格，撈渣、放流至鑄造爐。

8.根據(jù)權(quán)利要求4或7所述的低銅高鐵的銅合金的生產(chǎn)方法，其特征在于，采用水平連鑄生產(chǎn)鑄錠。

9.根據(jù)權(quán)利要求4所述的低銅高鐵的銅合金的生產(chǎn)方法，其特征在于，將鑄錠切割成擠壓錠坯，600-680?℃下擠壓得到直徑6-15?mm的棒材。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明涉及合金領(lǐng)域，針對低銅高鐵合金機(jī)械性能不佳的問題，提供低銅高鐵的銅合金及其生產(chǎn)方法，銅合金的組成為：Cu?52?56wt%，Pb?2.0?4.0wt%，Ni?0.3?0.6wt%，F(xiàn)e?0.8?1.5wt%，Sn?0.5?0.8wt%，Mn≤1.0wt%，Al≤0.1wt%，不可避免的雜質(zhì)元素≤0.6wt%，余量為Zn；各元素重量百分比之和為100wt%。以再生黃銅和黃銅加工屑料為主原料進(jìn)行熔化、鑄錠生產(chǎn)，得到加工塑性好、車削加工性能優(yōu)良、具備金黃色的表明光澤、機(jī)械性能好的低銅高鐵的銅合金。

技術(shù)研發(fā)人員：郎濱,宋卡迪,沈守穩(wěn),李志國,江溢川,黃騰,朱莎霜
受保護(hù)的技術(shù)使用者：寧波長振銅業(yè)有限公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/2