【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及无铅黄铜棒，尤其涉及一种易切削无铅黄铜棒及其制备方法。
技术介绍
1、随着现代工业的不断发展，对材料性能的要求也越来越高。黄铜作为一种重要的铜合金，在机械制造、电子电器、建筑装饰等领域有着广泛的应用。然而，传统的黄铜材料在切削加工过程中容易产生切削力大、切削温度高、刀具磨损快等问题，影响了加工效率和产品质量。为了解决这些问题，研究人员一直在探索新的黄铜合金成分和制备方法，以提高其易切削性能和综合力学性能。
2、尽管现有的黄铜合金在一定程度上满足了工业应用的需求，但仍存在一些明显的不足。首先，传统黄铜合金在切削加工过程中切削力大、温度高，这不仅加速了刀具的磨损，降低了加工效率，还可能影响产品的最终质量和精度。其次，现有黄铜合金中的铅等有害元素对环境和人体健康构成威胁，不符合绿色制造和可持续发展的趋势。再者，纳米增强相在黄铜基体中的分散性问题一直是制约其性能提升的关键因素。纳米颗粒的团聚现象以及其与基体界面结合的不稳定性都可能导致材料性能的下降。最后，对于多相复合黄铜合金体系的研究还不够深入，尤其是在不同增强相之间的协同作用及其对整体性能影响的机理方面还需要进一步探索。
3、因此，我们提出了一种易切削无铅黄铜棒及其制备方法用于解决上述问题。
技术实现思路
1、本专利技术的目的是为了解决现有技术中存在的缺点，而提出的一种易切削无铅黄铜棒及其制备方法。
2、为了实现上述目的，本专利技术采用了如下技术方案：
3、一种易切削无铅黄铜
4、优选的，一种易切削无铅黄铜棒，按重量份计包括以下成分：铜60份、铋2.5份、锡6份、镍3份、铝1.5份、余量为锌和不可避免的杂质；所述黄铜棒含有第二相，该第二相包括二硫化钼层状结构及氧化铝颗粒，二硫化钼层状结构的重量份数在0.5～5份，氧化铝颗粒的重量份数在1～10份；该黄铜棒还含有第三相，第三相包括钴基合金微粒，钴基合金微粒的重量份数在0.5～3份。
5、优选的，通过铜和锌组成进而形成α固溶体，在α固溶体的晶界处引入氧化钇氧化物颗粒，氧化钇氧化物颗粒在晶界处弥散分布，提高合金的高温强度和蠕变抗性。
6、优选的，所述第二相中，二硫化钼的层数在5～15层之间，二硫化钼的纵横比为10:1，二硫化钼在黄铜基体中的分散度达到90％以上，所述氧化铝颗粒的平均粒径控制在50～200纳米范围内，粒径分布狭窄，标准差不超过平均粒径的20％，所述氧化铝颗粒在黄铜基体中的体积分数在2～5％之间。
7、优选的，所述第三相中，钴基合金微粒的椭圆度控制在1.0～1.3之间，在黄铜棒的任意1mm长度上，钴基合金微粒的数量在3～8个，且所述钴基合金微粒的粒径在20～100纳米。
8、本专利技术的第二方面给出了一种易切削无铅黄铜棒的制备方法，包括以下步骤：s1：将纯铜放入中频感应炉中，加热至熔化状态，当铜完全熔化后，缓慢加入预先计算好的锌块，在铜锌合金液温度稳定后，依次加入铋、锡、镍和铝，加入过程中需持续搅拌，得到合金液；s2：采用纳米氧化铝粉末，通过高能球磨制备出粒径均匀、分散性好的氧化铝颗粒，将二硫化钼粉末与润滑剂混合，二硫化钼粉末与润滑剂按1:5的比例混合，并使用高速搅拌机搅拌30分钟以形成均匀的悬浮液，然后，在搅拌的条件下，缓慢将悬浮液加入到合金液中，随后，再将制备好的氧化铝颗粒缓慢加入到合金液中，加入速度控制在每分钟不超过合金液总量的1％，同时保持搅拌速度为150～200转/分钟，确保二硫化钼层状结构能够均匀分布在黄铜基体中；s3：采用化学气相沉积方法，制备出粒径细小、成分均匀的钴基合金微粒，在合金液温度适当降低后，将制备好的钴基合金微粒缓慢加入到合金液中，加入过程中要保持搅拌，以确保微粒能够均匀分散在黄铜基体中；s4：将合金液浇注入预热的模具中，采用定向凝固技术控制凝固速度，在凝固过程中，引入电磁搅拌以进一步促进合金液的流动和传热，减少成分偏析和缺陷的产生；s5：对凝固后的黄铜棒进行固溶处理，固溶处理温度在700～900℃之间，随后进行时效处理，时效处理温度在200～400℃之间，最后，对黄铜棒进行机械加工和热处理，得到易切削无铅黄铜棒。
9、优选的，所述s1中，将纯铜放入中频感应炉中，中频感应炉的熔炼温度控制在1100～1200℃，加热至熔化状态，当铜完全熔化后，缓慢加入预先计算好的锌块，此时温度维持在1050～1150℃范围内，在铜锌合金液温度稳定后，对合金液使用氩气进行5～10分钟的脱气处理和除杂处理后，依次加入铋、锡、镍和铝，加入过程中需持续搅拌，得到合金液。
10、优选的，所述s3中，采用化学气相沉积方法，沉积温度控制在800～900℃，气体流量为50～100sccm，反应时间为2～4小时，制备出粒径细小、成分均匀的钴基合金微粒，在合金液温度适当降低后，将制备好的钴基合金微粒缓慢加入到合金液中，加入过程中要保持搅拌，以确保微粒能够均匀分散在黄铜基体中，在加入钴基合金微粒前，将合金液保温在650～700℃范围内10～15分钟，以确保微粒的均匀分布和溶解。
11、优选的，所述s4中，将合金液浇注入预热的模具中，模具预热至250～300℃，采用定向凝固技术控制凝固速度，加热区温度控制在750～800℃，冷却区温度控制在200～250℃，在凝固过程中，引入电磁搅拌以进一步促进合金液的流动和传热，电磁搅拌的频率设置在5～15hz，减少成分偏析和缺陷的产生。
12、优选的，所述s2和s3中，纳米氧化铝粉末和钴基合金微粒的均匀分散对最终黄铜棒的性能至关重要，设定微粒分散性指数为d，则：
13、
14、其中，ap为微粒的总面积；at为观察区域或样本的总面积；σp为微粒的标准差；σt为所有测量微粒尺寸的标准差的最大可能值；np为实际观察到的微粒数量；ne为预期观察到的微粒数量；α为一个调整因子。
15、与现有技术相比，该技术的有益效果好处包括：
16、1、通过添加特定的合金元素和第二相、第三相，显著提高了黄铜棒的切削性能、耐磨性、耐腐蚀性和其他机械性能，使其更适用于各种工业应用；
17、2、通过引入分散性指数等参数，对氧化铝颗粒和钴基合金微粒在黄铜基体中的分散性进行了精确控制和优化，这种优化使得增强相能够更均匀地分布在黄铜棒中，从而提高了其整体性能和可靠性；
18、3、由于添加了二硫化钼层状结构等特殊成分，该无铅黄铜棒具有极佳的润滑性和减摩性，从而在机加工过程中表现出优异的切削性能，不仅显著提高了加工效率，而且减少了刀具的磨损，延长了刀具的使用寿命，进一步降低了生产成本；
19、4、通过引入氧化铝颗粒和钴基合金微粒等增强相，黄铜棒的硬度和耐磨性本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种易切削无铅黄铜棒，其特征在于，按重量份计包括以下成分：铜55～65份、铋0.5～5份、锡2～10份、镍0.5～5份、铝0.5～3份、余量为锌和不可避免的杂质；
2.根据权利要求1所述的一种易切削无铅黄铜棒，其特征在于，按重量份计包括以下成分：铜60份、铋2.5份、锡6份、镍3份、铝1.5份、余量为锌和不可避免的杂质；
3.根据权利要求1或2所述的一种易切削无铅黄铜棒，其特征在于，通过铜和锌组成进而形成α固溶体，在α固溶体的晶界处引入氧化钇氧化物颗粒，氧化钇氧化物颗粒在晶界处弥散分布，提高合金的高温强度和蠕变抗性。
4.根据权利要求1或2所述的一种易切削无铅黄铜棒，其特征在于，所述第二相中，二硫化钼的层数在5～15层之间，二硫化钼的纵横比为10:1，二硫化钼在黄铜基体中的分散度达到90％以上，所述氧化铝颗粒的平均粒径控制在50～200纳米范围内，粒径分布狭窄，标准差不超过平均粒径的20％，所述氧化铝颗粒在黄铜基体中的体积分数在2～5％之间。
5.根据权利要求1所述的一种易切削无铅黄铜棒，其特征在于，所述第三相中，钴基合金微粒的
6.一种根据权利要求1～5任一项所述的易切削无铅黄铜棒的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
7.根据权利要求6所述的一种易切削无铅黄铜棒的制备方法，其特征在于，所述S1中，将纯铜放入中频感应炉中，中频感应炉的熔炼温度控制在1100～1200℃，加热至熔化状态，当铜完全熔化后，缓慢加入预先计算好的锌块，此时温度维持在1050～1150℃范围内，在铜锌合金液温度稳定后，对合金液使用氩气进行5～10分钟的脱气处理和除杂处理后，依次加入铋、锡、镍和铝，加入过程中需持续搅拌，得到合金液。
8.根据权利要求6所述的一种易切削无铅黄铜棒的制备方法，其特征在于，所述S3中，采用化学气相沉积方法，沉积温度控制在800～900℃，气体流量为50～100sccm，反应时间为2～4小时，制备出粒径细小、成分均匀的钴基合金微粒，在合金液温度适当降低后，将制备好的钴基合金微粒缓慢加入到合金液中，加入过程中要保持搅拌，以确保微粒能够均匀分散在黄铜基体中，在加入钴基合金微粒前，将合金液保温在650～700℃范围内10～15分钟，以确保微粒的均匀分布和溶解。
9.根据权利要求6所述的一种易切削无铅黄铜棒的制备方法，其特征在于，所述S4中，将合金液浇注入预热的模具中，模具预热至250～300℃，采用定向凝固技术控制凝固速度，加热区温度控制在750～800℃，冷却区温度控制在200～250℃，在凝固过程中，引入电磁搅拌以进一步促进合金液的流动和传热，电磁搅拌的频率设置在5～15Hz，减少成分偏析和缺陷的产生。
10.根据权利要求6所述的一种易切削无铅黄铜棒的制备方法，其特征在于，所述S2和S3中，纳米氧化铝粉末和钴基合金微粒的均匀分散对最终黄铜棒的性能至关重要，设定微粒分散性指数为D，则：
...【技术特征摘要】
1.一种易切削无铅黄铜棒，其特征在于，按重量份计包括以下成分：铜55～65份、铋0.5～5份、锡2～10份、镍0.5～5份、铝0.5～3份、余量为锌和不可避免的杂质；
2.根据权利要求1所述的一种易切削无铅黄铜棒，其特征在于，按重量份计包括以下成分：铜60份、铋2.5份、锡6份、镍3份、铝1.5份、余量为锌和不可避免的杂质；
3.根据权利要求1或2所述的一种易切削无铅黄铜棒，其特征在于，通过铜和锌组成进而形成α固溶体，在α固溶体的晶界处引入氧化钇氧化物颗粒，氧化钇氧化物颗粒在晶界处弥散分布，提高合金的高温强度和蠕变抗性。
4.根据权利要求1或2所述的一种易切削无铅黄铜棒，其特征在于，所述第二相中，二硫化钼的层数在5～15层之间，二硫化钼的纵横比为10:1，二硫化钼在黄铜基体中的分散度达到90％以上，所述氧化铝颗粒的平均粒径控制在50～200纳米范围内，粒径分布狭窄，标准差不超过平均粒径的20％，所述氧化铝颗粒在黄铜基体中的体积分数在2～5％之间。
5.根据权利要求1所述的一种易切削无铅黄铜棒，其特征在于，所述第三相中，钴基合金微粒的椭圆度控制在1.0～1.3之间，在黄铜棒的任意1mm长度上，钴基合金微粒的数量在3～8个，且所述钴基合金微粒的粒径在20～100纳米。
6.一种根据权利要求1～5任一项所述的易切削无铅黄铜棒的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
7.根据权利要求6所述的一种易切削无铅黄铜棒的制备方法，其特征在于，所述s1中，将纯铜...
【专利技术属性】
技术研发人员：简川富，杨春生，简渝哲，韩焜，王春宏，
申请(专利权)人：苏州生富科技金属材料有限公司，
类型：发明
国别省市：
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