[发明专利]无铅易切削镁黄铜棒生产工艺

说明书

技术领域

本发明涉及一种黄铜棒生产工艺。 

背景技术

铜是人类最早认识和使用的金属，铜及其合金具有优良的导电和导热性能，同时具有耐蚀性、易成型性等优点，目前在铜棒生产过程中大都含有金属铅，这种铜铅合金棒硬度高，不容易切削，不利于深加工。 

发明内容

本发明的目的就是针对上述情况提供一种具有脆而不硬的无铅易切削镁黄铜棒生产工艺。本发明的目的可通过以下方案来实现：一种无铅易切削镁黄铜棒生产工艺，其特征是由下列用量为重量份的原料配置而成：Cu 60，Zn 30，Mg 8，Bi 0.1，Si 0.1，Al 0.1，P 0.1，Re 0.2，具体生产工艺如下：将配制好的原料投入到中频感应炉进行熔炼,充分搅拌以使各成分分布均匀,出炉浇入到铁模得到合金铸锭。将铸锭经过车削加工后在500℃进行热挤压,然后对挤压棒用单链卧式拉拔机进行拉拔即制得本发明镁黄铜棒。本发明具有工艺简单，加工出的黄铜棒易切削，耐腐蚀。 

下面通过各种检测及试验来说明本发明的相关性能： 

 1、本发明的力学性能

      镁黄铜的力学性能如表1所列。衡量材料塑性的指标是延伸率和断面收缩率,由表1可见,镁黄铜的延伸率和断面收缩率分别为16.30%和32.4%,表明其塑性良好。一方面虽然镁既固溶于α相又固溶于β相中,但是其溶解度不高,镁的固溶强化作用不大,对黄铜的塑性影响较小;另一方面在于脆而不硬的含镁化合物在晶内和晶界均有分布,且其尺寸小(大小为2μm左右),形貌大致为球形,含镁化合物的特性、形貌及分布均不会明显降低镁黄铜的塑性。半硬态铅黄铜C3604的抗拉强度约为470～550MPa,屈服强度约为350MPa,延伸率大于7%。由表1可见,半硬态镁黄铜的抗拉强度550MPa,延伸率为16.30%,断面收缩率为32.4%,而屈服强度大约为280MPa,比半硬态C3604的屈服强度要小。半硬态镁黄铜的屈服强度较低的原因如下:尽管金属镁的加入有固溶强化、沉淀强化的效果,能提高镁黄铜的强度,但是实验镁黄铜中加入的合金元素较多,杂质元素容易富集并在晶界偏析(如铋、硅等杂质在晶界偏析),晶内也容易出现脆性化合物,这些因素都会降低合金的强度。从金属的强化理论来看,第二相化合物粒子在晶内分布会产生强化效果,使合金强度提高,其强化效果与粒子本身的强度、形貌、分布情况等因素有关,但主要取决于粒子的强度。从拉拔态镁黄铜的SEM微观组织可以看出,在晶粒内部和晶界间存在着球状的第二相粒子,且第二相粒子小而分散(晶内和晶界均有分布)。第二相粒子对镁黄铜的强化效果应该较好,但半硬态镁黄铜的屈服强度并不高,其主要原因可能是第二相粒子脆而不硬,而使其起不到强化作用的缘故。

 2、电化学腐蚀实验 

镁黄铜和铅黄铜的电化学腐蚀实验结果见表2。由金属的腐蚀理论可知,当腐蚀速率小于0.02mmΠa时,耐蚀性极好;当腐蚀速率为0.02～0.1mmΠa时,耐蚀性较好;介于0.1～0.5mmΠa之间时,耐蚀性好。可见,新研制的合金在酸中和盐中的耐蚀性均较好,比较而言耐盐性更优。影响金属腐蚀的因素很多,既有金属本身的因素如成分等还与所处的环境如腐蚀介质等有关。铜的电位较正,在许多介质中都比较稳定,这主要基于它本身的化学稳定性,所以实验镁黄铜和C3604的耐蚀性都较好。镁黄铜中加入镁后,由于镁的化学性质极为活泼(腐蚀电位为22.34V),并且在腐蚀介质中产生的氧化膜疏松多孔,氧化镁的分子体积VM与金属镁原子体积VA之比小于1,这种疏松多孔的氧化膜不能对基体产生很好的保护作用。另外晶内和晶界间的第二相粒子,增大了各相之间的电位差异,更易形成腐蚀微电池,这虽然会使其耐蚀性略有降低,但能满足使用要求,

 

3、切削实验

镁黄铜和铅黄铜合金切屑的尺寸都较小。铅黄铜合金的切屑细长,呈短针状,镁黄铜的切屑为片状和C型屑,它的内表面呈光滑状,外表面有一层毛葺葺的金属。镁黄铜的切削过程较平稳,切削力比较稳定,波动较小,已加工的合金表面光滑,表面粗糙度较小。从金属的切削机理研究中我们可以看出,对于铅黄铜而言,铅呈细晶状态均匀分布,与刀刃接触线上有大量铅粒子存在,这些弥散的铅颗粒起着碎裂切屑、减少切屑对刀刃的粘结和焊合,从而使切屑断裂,减小切屑的尺寸。由于铅颗粒的熔点较低(铅的熔点为327.5℃),从而在刀头与屑的接触局部受热而瞬间熔化(热脆),这有助于改变切屑的形状,并起到润滑工具的作用并使刀刃保持锋利,故其切削性能良好。镁黄铜的组织中也分布有弥散的第二相粒子,从镁黄铜的力学性能中可以发现,含镁化合物粒子具有脆而不硬的特性,与刀刃接触时在剪切应力的作用下易于破碎,化合物粒子破碎后,与断口处接触的金属发生应力集中,很容易萌生裂纹并扩展,使切屑很快断裂而不连续长大,减小切屑的尺寸。此外,含镁化合物粒子具有脆而不硬的特性也能够减少切屑对刀刃的粘结作用,故其切削性能也不错。从拉拔态镁黄铜的SEM微观组织可以看出,镁铜锌三元化合物在晶内有分布,使切屑在切削力的作用下晶内萌生裂纹,能有效减小切屑的尺寸,这是镁黄铜切削性能提高的主要原因。