一种易切削白铜及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种易切削白铜，其特征在于：该白铜的质量百分比组成为，Cu：60.0～63.0wt％，Ni：6.5～13.0wt％，Mn：0.1～0.9wt％，Sn：0.3～1.2wt％，Si：0.1～0.5wt％，Co：0.1～0.45％，Mg：0.02～0.10wt％，P：0.055～0.10wt％，Pb≤0.1wt％，余量为Zn和不可避免的杂质。本发明专利技术的易切削白铜通过添加环境友好的元素Sn、Si、P改善材料的切削性能，同时通过Si、Mn元素的添加，形成耐磨相，并控制耐磨相的尺寸和面积分数，在提高白铜的耐磨性能同时，不对白铜的切削性能产生不利影响。不对白铜的切削性能产生不利影响。

【技术实现步骤摘要】
一种易切削白铜及其制备方法


[0001]本专利技术属于铜合金
，具体涉及一种易切削白铜及其制备方法。

技术介绍

[0002]笔头和墨水是圆珠笔的关键，其中笔头分为笔尖上的球珠和球座体。目前，碳化钨球珠在国内外应用最为广泛，我国已经具有很好的基础，不仅可以满足国内生产需要，还大量供出口。
[0003]制造球座体的材料主要有三种：不锈钢、铅白铜和铅黄铜，其中铅黄铜用量最大，铅白铜次之；耐磨性方面，不锈钢最好，其次是铅白铜，铅黄铜最差；加工性能方面，铅黄铜最好，其次是铅白铜，不锈钢最难加工；售价方面，不锈钢最高，其次是铅白铜，最便宜的是铅黄铜，因此，铅白铜作为笔头材料，是最具性价比的材料。
[0004]笔头加工精度达5μm，要求球座体与球珠装配配合良好，才能使笔头的书写性能达到好的效果，这就要求制造笔头的材料不仅切削性能要好，还要有良好的耐磨性能，耐磨性能差的材料，笔头书写一段时间，球座体与球珠间隙变大，书写效果变差。
[0005]铅白铜材料因为基体中分布了大量软质点Pb，改善了切削，同时由于性质软的Pb 颗粒具有良好的自润滑性能，又提高了白铜的耐磨性能。然后无铅白铜由于不含Pb，切削性能与耐磨性能均受到影响。
[0006]众所周知，Pb对人体有害，美国、欧盟等都对铜合金中的Pb含量提出了相应的限制，RoHS2.0要求Pb含量不超过0.1％，目前处于豁免期，但易切削铜合金材料去铅化是必然的发展趋势。

技术实现思路

[0007]本专利技术所要解决的第一个技术问题是提供一种易切削且耐磨性能好的易切削白铜。
[0008]本专利技术解决第一个技术问题所采用的技术方案为：一种易切削白铜，其特征在于：该白铜的质量百分比组成为，Cu：60.0～63.0wt％，Ni：6.5～13.0wt％，Mn：0.1～0.9wt％， Sn：0.3～1.2wt％，Si：0.1～0.5wt％，Co：0.1～0.45％，Mg：0.02～0.10wt％，P：0.055～ 0.10wt％，Pb≤0.1wt％，余量为Zn和不可避免的杂质。
[0009]Sn能与白铜中的Ni形成Ni3Sn2脆性化合物，所以加入Sn能提高白铜的切削性能，但由于Sn原子与Cu原子半径差异大，Sn的固溶强化作用大，Sn含量高不仅不利于切削改善，反而影响材料的冷加工性能，因此，本专利技术中Sn的适宜添加量0.3～1.2wt％。
[0010]Si在白铜中与Cu、Ni、Mn元素分别形成Cu9Si、Ni2Si脆性化合物和Mn5Si3耐磨相，当Si含量＜0.1％时，Si大部分与Cu、Ni元素形成脆性化合物改善无铅白铜的切削性能，少部分与Mn元素结合形成耐磨相，Si含量＞0.5％以后，Mn5Si3耐磨相分布比例增多，尺寸变大，白铜切削性能变差，因此，Si的添加量为0.1～0.5wt％。
[0011]Co是一种硬而脆的银白色金属，它的熔点达到1495℃，Co在Cu中溶解度很低，只有
0.1％不到，超过固溶度的Co以硬而脆的质点形式存在，提高白铜的切削性能和耐磨性能，但是Co的加入量过高，超过0.45％以上时，质点尺寸增大，出现偏聚现象，加快刀具的磨损，反而不利于切削加工。
[0012]Mn在铜中溶解度较大，Mn在白铜中不仅起到脱氧除气的作用，还能和Ni有相同的作用，能增强白铜的银白色色泽，但是Mn含量过高，白铜材料在使用过程中有自裂现象，因此在本专利技术中，Mn含量控制在较低的范围：0.1～0.10wt％，其主要作用是与 Si结合形成耐磨相，提高白铜的耐磨性能。
[0013]Ni能与铜无限互溶，铜中随着Ni含量的提高，铜合金呈现美丽的银白色，但Ni 含量在6.5％以下时，白铜呈现白中发黄的颜色，随着Ni含量的逐步提高，颜色越来越白，此外，白铜耐腐蚀性能随着Ni含量提高而提升，但是Ni含量过高，增加了材料成本，因此，Ni含量范围是：6.5～13.0wt％。
[0014]P在铜中的溶解度很小，当P含量超过0.055％，过饱和的P会与Cu形成Cu3P脆性相，可以提高合金的切削性能，但P含量继续增加时，脆性相分布数量增加，铸造时容易出现因冷却不良而聚集的情况，加剧了白铜的脆性，在冷变形过程中容易开裂，因此P的加入量不能过高，适宜控制在0.055～0.10wt％。
[0015]作为优选，所述Ni含量应控制在10.5～12.5％。
[0016]作为优选，该白铜的微观组织以α相为基体，基体上析出有CuP、NiSn、CuSi、NiSi 以及MnSi相。
[0017]作为优选，所述MnSi相平均尺寸≤3μm，在组织中的面积含量≤3％。
[0018]本专利技术所要解决的第二个技术问题是提供一种易切削白铜的制备方法。
[0019]本专利技术解决第二个技术问题所采用的技术方案为：一种易切削白铜的制备方法，其特征在于：包括以下制备步骤：
[0020]1)熔炼：按照所需成分进行配料，熔炼温度为1100～1250℃，待全部金属熔化，化验成分合格后转炉倒入保温炉保温，转炉温度控制在1200～1300℃；
[0021]2)水平连铸：铜水由结晶器从保温炉内水平连续引出，铸坯规格Φ8～30mm，铸造温度1160～1230℃，冷却水进水温度：20～30℃，出水温度：33～45℃，牵引工艺采用“拉伸—拉停—反推—推停”牵引动作，牵引速度：0.2～1.5m/min，拉坯长度：1～30mm、拉伸时间：0.03～0.4s、拉停时间：0.01～0.15s、反推长度：0.1～2.5mm、反推时间：0.02～0.3s，推停时间：0.02～0.3s；
[0022]3)中间拉伸与退火：采用一道次以上拉伸刨皮，每道次加工率：20～60％，拉伸速度：1～4m/s，中间退火温度：650～750℃，起始温度为室温，升温时间：40～90min，保温时间：120～240min；
[0023]4)留底拉伸与退火：留底加工率：30～60％，退火温度400～500℃，起始温度为室温，升温时间：40～120min，保温时间：60～360min；
[0024]5)成品拉伸：成品加工率不低于50％，通过多模连续拉丝机拉伸至成品规格，模具数量1～10只，拉伸速度：1～5m/s，拉伸采用乳化液进行润滑和冷却。
[0025]水平连铸铸坯规格在满足后道加工率分配的前提下，应尽可能减小铸坯截面积，目的是减小铜水凝固对冷却强度的需求，改善大截面积铸坯连铸时心部与表层冷却不均匀的问题，因此，本专利技术选择的铸坯规格为：φ8～30mm。牵引工艺采用低速、高频率工艺，也即
在降低牵引速度同时减小拉坯长度，低速牵引等于增强了铸坯的冷却强度，高频率牵引时，铜水结晶时受到震动破碎枝晶的作用越明显，可以获得铸态组织致密、第二相细小的铸坯。采用本专利技术的水平连铸工艺，易切削白铜中Cu3P脆性相的平均尺寸能控制在5μm以下，Mn5Si3耐磨相平均尺寸控制在3μm以下。
[0026]留底退火的作用主要通过较低温度退火，促使中间高温退火固溶的Ni、Sn、Si元素部本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种易切削白铜，其特征在于：该白铜的质量百分比组成为，Cu：60.0～63.0wt％，Ni：6.5～13.0wt％，Mn：0.1～0.9wt％，Sn：0.3～1.2wt％，Si：0.1～0.5wt％，Co：0.1～0.45％，Mg：0.02～0.10wt％，P：0.055～0.10wt％，Pb≤0.1wt％，余量为Zn和不可避免的杂质。2.根据权利要求1所述的易切削白铜，其特征在于：所述Ni含量应控制在10.5～12.5％。3.根据权利要求1所述的易切削白铜，其特征在于：该白铜的微观组织以α相为基体，基体上析出有CuP、NiSn、CuSi、NiSi以及MnSi相。4.根据权利要求3所述的易切削白铜，其特征在于：所述MnSi相平均尺寸≤3μm，在组织中的面积含量≤3％。5.一种权利要求1至4任一权利要求所述的易切削白铜的制备方法，其特征在于：包括以下制备步骤：1)熔炼：按照所需成分进行配料，熔炼温度为1100～1250℃，待全部金属熔化，化验成分合格后转炉倒入保温炉保温，转炉温度控制在1200～1300℃...

【专利技术属性】
技术研发人员：叶东皇，项燕龙，华称文，
申请(专利权)人：宁波金田铜业集团股份有限公司，
类型：发明
国别省市：