一种黄铜合金及其生产方法技术

本发明专利技术公开了一种黄铜合金及其生产方法，该合金的重量百分比组成包括：Cu 51.1‑55.9wt%，Pb 1.0‑4.5wt%，Ni 0.35‑2.5wt%，Sn 0.51‑1.5wt%，Zr 0.001‑0.1wt%，Cr≤0.1wt%，Al≤0.2wt%，余量为Zn及不可避免的杂质元素，其中，不可避免的杂质元素Fe、Sb、P、As、Si、S、Mg、Te的总含量不超过该合金重量百分比组成的1 wt%；该合金具有β相基体、α相和富铅相共存的微观组织，且其中部分α相沿富铅相周边析出。本发明专利技术合金在铜含量降低的条件下，其微观组织中的α相含量比理论值增加明显，确保该合金具有理想的α+β+富铅相组织，保证合金良好的性能；本发明专利技术合金的生产成本低，其生产以铜合金废料为主要原料，变废为宝，使废料中的合金元素得到高值化利用。

A brass alloy and its production method

【技术实现步骤摘要】
一种黄铜合金及其生产方法
本专利技术涉及一种铜合金，属于金属材料领域，具体涉及一种兼具装饰作用的黄铜合金及其生产方法。
技术介绍
由于铜及铜合金的稳定性和耐腐蚀性，由氧化、腐蚀产生的损失很小，经过几十年的服役失效后，成为再生资源，是一种可以不断循环再生的金属，可以减少对原生资源的开采，节约大量能源，促进生态文明的发展。人类利用铜金属的历史已经有数千年，铜的生产和消费持续快速增长，伴随应用量的增加，新合金的专利技术及应用方式也在不断刷新，失效后的再生铜数量也会原来越多，合金也会越来越复杂。再生黄铜现状调研结果显示，其中黄杂铜占回收黄铜原料的70％，这和铜加工材的产品结构相对应。2018年全球废铜量达到460万吨，中国约230万吨，可以预测，未来回收黄杂铜仍将占有很大的比例。人类对世界的认知是一个不断前进的过程。以前为了改善合金的切削性能，使加工精度更高，在黄铜合金中加入1-4％的铅，近年来开始重视健康和环境友好要求，建立了新的法律法规，如欧盟的RoHS标准，进入了替代铅的艰难过程。回收黄杂铜是几十年以前的产品，主要是由服役失效的铸件、轧件、铜制品(包括阀门、水暖洁具、接头、装饰品、元器件、连接件等)等混合组成，含铅黄铜是主要的合金品种，锌含量35-40％，若通过火法冶炼的方法回收铜，将产生极大的锌元素浪费和环境压力，采用精炼的方法除去合金中的铅，工艺成本高，同时产生含铅固废，直接分牌号利用存在诸多困难，几乎是不可能的。利用回收铜、回收黄杂铜等铜合金废料做为原料，直接制造合适的产品是最经济的方法。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是，针对现有技术的不足，提供一种低成本的黄铜合金及其生产方法，该合金具有理想的α+β+富铅相组织，其性能与现有黄铜合金相比不降低，具有金黄色的外观，可应用于不和饮水、食品接触的场合，很少或不和人体接触的场合，以及兼顾功能性和装饰性的建筑结构件、具有艺术观赏性的用品等；该合金的生产以铜合金废料为主要原料，变废为宝，使废料中的合金元素得到高值化利用，充分发挥了废料的利用价值。本专利技术解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种黄铜合金，该合金的重量百分比组成包括：Cu51.1-55.9wt％，Pb1.0-4.5wt％，Ni0.35-2.5wt％，Sn0.51-1.5wt％，Zr0.001-0.1wt％，Cr≤0.1wt％，Al≤0.2wt％，余量为Zn及不可避免的杂质元素，其中，不可避免的杂质元素Fe、Sb、P、As、Si、S、Mg、Te的总含量不超过该合金重量百分比组成的1wt％；该合金具有β相基体、α相和富铅相共存的微观组织，且其中部分α相沿富铅相周边析出。根据铜锌二元合金相图，铜含量小于50％时，合金微观组织由β+γ相组成，合金变脆不能进行压力加工，铜含量小于56％时，合金微观组织由β相或β’组成，因此现有技术标准中铜含量下限为56％。铜金属价格高，减低铜含量就意味着降低成本，同时影响合金性能，本专利技术通过合金设计，铜含量在51.1-55.9wt％的范围，合金仍具有α+β+富铅相组织。本专利技术合金中，镍可增加合金的强度和耐蚀性，促进α相的析出。本专利技术的实施例合金中析出的α相中，镍含量为3.17-3.32％，证实镍对α相的析出具有促进作用。本专利技术制备方法，能够以含镍铜合金废料作为原料，使废料中的元素镍被高值利用。但本专利技术合金中的镍含量低于0.35wt％时，其改善合金强度和耐蚀性的效果不明显；当镍含量超过2.5％时，合金的色调变白，偏离本专利技术的设计初衷。锡在本专利技术合金中的重要作用是抑制脱锌，提高合金的耐蚀性，同时提高合金的强度、硬度。本专利技术合金是一种高锌合金，为达到抗脱锌和耐蚀的目的，锡含量应控制在0.51-1.5wt％。若锡含量低于0.51wt％，则抗脱锌和耐蚀效果不明显；锡含量高于1.5wt％时，合金的脆性增加。此外，铜合金废料中锡是最常见的杂质元素，且黄铜中的锡是一种难以去除的元素，本专利技术对铜合金废料中的锡加以利用，不仅使黄铜废料的利用价值提升，也使废杂铜原料中含有的锡得到高值利用。Pb是废黄杂铜原料中最常见的元素，应用领域存量巨大，黄铜中除铅成本高、消耗大，去除铅几乎是不可能的，最好的办法就是合理利用，体现其价值。铅极少固溶在黄铜中，在合金中以游离态存在，通常主要分布在晶界上和晶界附近。现有技术中还没有关于铅与α相析出相关的报道。本专利技术人创造性地发现，在本专利技术合金的微观组织中，α相具有沿富铅相周边析出的特点，可见，铅颗粒促进了α相的析出，使该合金的α相比例明显增加，这一发现可能得益于本专利技术合金组分中的合金元素及其配比。本专利技术合金中，Zr可与Pb结合，生成高熔点的ZrPb2化合物，其熔点高达1250℃，可作为质点，在熔体凝固过程中起到晶核的作用。Zr在铜中的固溶度随着温度下降迅速减少析出，同时铅也随着温度下降迅速以游离态析出，从而改变富铅相的结构，同时由于富铅相的析出，与之相邻界面的铜的比例增加，促使α相析出，表现为α相沿富铅相周边析出的特殊性，其效果就是合金α相比例明显高于理论值。本专利技术合金由于其特殊的微观组织，虽然铜含量不高，但具有较好的相比例，从而具有优良的性能。Cr元素具有近似Zr的效果，并具有强化Zr的作用的效果。Al在本专利技术合金中作为一种金属间化合物生成元素，能够与不可避免的杂质元素如Fe、Si、Mn等生成化合物，起到细化晶粒的作用，降低杂质对合金的有害影响。Al的锌当量高，若含量增加意味着Zn比例增加，会导致合金微观组织中出现γ相，并且会使合金的色调变灰白，因此本专利技术合金控制Al的含量上限为0.2wt％。作为优选，不可避免的杂质元素Si在该合金中的含量不超过0.1wt％，不可避免的杂质元素Mn在该合金中的含量不超过0.1wt％。若合金中的杂质元素Si、Mn过量，均使合金的冷加工性能变差，因此本专利技术合金严格控制合金中Si、Mn含量不超过0.1wt％。进一步地，该合金的重量百分比组成包括：Cu51.1-55.9wt％，Pb1.0-4.5wt％，Ni0.35-2.5wt％，Sn0.51-1.5wt％，Zr0.001-0.1wt％，Cr0.001-0.1wt％，Al≤0.2wt％，余量为Zn及不可避免的杂质元素，其中，不可避免的杂质元素Fe、Sb、P、As、Si、S、Mg、Te的总含量不超过该合金重量百分比组成的1wt％。更进一步，该合金的重量百分比组成包括：Cu53.1-55.9wt％，Pb1.0-4.5wt％，Ni0.35-1.5wt％，Sn0.51-1.5wt％，Zr0.001-0.015wt％，Cr0.001-0.1wt％，Al≤0.2wt％，余量为Zn及不可避免的杂质元素，其中，不可避免的杂质元素Fe、Sb、P、As、Si、S、Mg、Te的总含量不超过该合金重量百分比组成的0.8wt％。作为优选，该合金的重量百分比组成包括：Cu51.1-55.9wt％，Pb1.0-4.5wt％，Ni0.35-2.5wt％，Sn0.51-1.5wt％，Zr0.001-0.1wt％，Al0.02-0.1wt％本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种黄铜合金，其特征在于，该合金的重量百分比组成包括：Cu 51.1-55.9wt％，Pb1.0-4.5wt％，Ni 0.35-2.5wt％，Sn 0.51-1.5wt％，Zr 0.001-0.1wt％，Cr≤0.1wt％，Al≤0.2wt％，余量为Zn及不可避免的杂质元素，其中，不可避免的杂质元素Fe、Sb、P、As、Si、S、Mg、Te的总含量不超过该合金重量百分比组成的1wt％；该合金具有β相基体、α相和富铅相共存的微观组织，且其中部分α相沿富铅相周边析出。/n

【技术特征摘要】
1.一种黄铜合金，其特征在于，该合金的重量百分比组成包括：Cu51.1-55.9wt％，Pb1.0-4.5wt％，Ni0.35-2.5wt％，Sn0.51-1.5wt％，Zr0.001-0.1wt％，Cr≤0.1wt％，Al≤0.2wt％，余量为Zn及不可避免的杂质元素，其中，不可避免的杂质元素Fe、Sb、P、As、Si、S、Mg、Te的总含量不超过该合金重量百分比组成的1wt％；该合金具有β相基体、α相和富铅相共存的微观组织，且其中部分α相沿富铅相周边析出。


2.根据权利要求1所述的一种黄铜合金，其特征在于，不可避免的杂质元素Si在该合金中的含量不超过0.1wt％，不可避免的杂质元素Mn在该合金中的含量不超过0.1wt％。


3.根据权利要求2所述的一种黄铜合金，其特征在于，该合金的重量百分比组成包括：Cu51.1-55.9wt％，Pb1.0-4.5wt％，Ni0.35-2.5wt％，Sn0.51-1.5wt％，Zr0.001-0.1wt％，Cr0.001-0.1wt％，Al≤0.2wt％，余量为Zn及不可避免的杂质元素，其中，不可避免的杂质元素Fe、Sb、P、As、Si、S、Mg、Te的总含量不超过该合金重量百分比组成的1wt％。


4.根据权利要求3所述的一种黄铜合金，其特征在于，该合金的重量百分比组成包括：Cu53.1-55.9wt％，Pb1.0-4.5wt％，Ni0.35-1.5wt％，Sn0.51-1.5wt％，Zr0.001-0.015wt％，Cr0.001-0.1wt％，Al≤0.2wt％，余量为Zn及不可避免的杂质元素，其中，不可避免的杂质元素Fe、Sb、P、As、Si、S、Mg、Te的总含量不超过该合金重量百分比组成的0.8wt％。


5.根据权利要求2所述的一种黄铜合金，其特征在于，该合金的重量百分比组成包括：Cu51.1-55.9wt％，Pb1.0-4.5wt％，Ni0.35-2.5wt％，Sn0.51-1.5wt％，Zr0.001-0.1wt％，Al0.02-0.1wt％，余量为Zn及不可避免的杂质元素，其中，不可避免的杂质元素Fe、Sb、P、As、Si、S、Mg、Te的总含量不超过该合金重量百分比组成的0.8wt％。


6.根据权利要求5所述的一种黄铜合金，其特征在于，该合金的重量百分比组成包括：...

【专利技术属性】
技术研发人员：宋卡迪，宋长洪，郭淑梅，
申请(专利权)人：宁波长振铜业有限公司，
类型：发明
国别省市：浙江;33