[发明专利]一种弹性锡黄铜合金材料及其制备加工方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种弹性锡黄铜合金材料及其制备加工方法，属于有色金属加工领域。

背景技术

高强度高弹性铜基合金凭借其高强度、优良的弹性、耐疲劳、弹性滞后小等性能，广泛地使用于医疗、航空航海导航仪器、机械制造、仪表和仪器制造等行业。目前国内市场上铜基弹性合金主要以铍青铜和锡磷青铜等材料为主，其中铍青铜作为目前最常用的高弹性合金，但由于铍的氧化物和粉尘均有毒，对环境和人的身体健康都有一定的损害，很大程度地限制了铍青铜的工业化和使用。而锡磷青铜由于含Sn量较高，一般大于4％，在生产过程中容易产生Sn的反偏析，需要对其进行长时间的均匀化热处理，严重影响着合金的生产效率。并且Sn的价格较为昂贵，添加高含量Sn，增加生产成本，影响着合金的产业化和应用。

在黄铜合金中添加少量Sn元素，不仅可以提高合金的强度和硬度，而且还可以提高合金的抗腐蚀性能，故有“海军黄铜”之称。常见的锡黄铜的牌号有HSn60-1，HSn70-1，HSn90-1几种。相对于锡磷青铜，锡黄铜的加工方法比较简单，生产成本较低，并且电导率要高于锡磷青铜，但是锡黄铜的强度和弹性模量均要小于锡磷青铜。因此，如何在传统的锡黄铜材料的基础上进行成分设计和工艺改进，开发出一种可以替代锡磷青铜的铜基弹性合金已成为铜合金研究方向。

发明内容

本发明的主要目的是克服现有上述已有技术的不足，开发出一种可以替代锡磷青铜合金的弹性锡黄铜合金材料。

为了达到上述目的，本发明是这样实现的：

一种弹性锡黄铜合金材料，它含有如下质量百分比的化学成分：Cu 86～89％，Sn 0.9～1.1％，Ni 0.5～1％，Co 0.05～0.5％，Mg 0.005％～0.01％，其余为Zn。

所述锡黄铜合金材料中还可包含选自P、B和稀土元素La中的至少两种微合金化附带元素，其质量百分比含量为B 0.001％～0.005％，P 0.001％～0.005％，稀土La 0.001％～0.005％，总量应满足0.001％≤P+B+La≤0.01％。

所添加合金元素的作用：

镍：由于Ni与Cu具有相同的晶体结构且晶格常数接近，所以两者可以完全互溶。因此，Ni元素的添加可以降低Sn和Co在Cu中的固溶度，促进Co与Sn的结合。此外，Ni也可以与Sn结合，生成Ni₃Sn化合物，起到强化作用的效果。当Ni含量低于0.5％时，主要起到固溶强化和促进Co和Sn的析出作用，不易于与Sn结合。而Ni含量过高时，会影响合金的热加工性能。除此之外，Ni还可以提高合金的弹性性能。

钴：由于Co的熔点要高于Cu，在凝固过程中，可以作为形核质点，细化晶粒。此外，多余的Co能与Sn相结合，形成Co₃Sn₂化合物，提高合金的强度。若Co含量低于0.05％时，Co主要固溶在基体中，不能与Sn结合。Co含量较高时，合金容易产生磁性，影响合金的使用环境。因此，钴的成分范围为0.05～0.5％。

镁：由于Mg的化学性质比较活泼，容易氧化，可以起到除氧的效果。另外，Mg还可以提高合金的抗应力松弛性能。

硼、磷和镧：可以起到细化晶粒、除氧、除杂以及增加熔体的流动性，易于浇注的作用。

本发明的另一目的是提供上述可以替代锡磷青铜合金的弹性锡黄铜合金材料的制备加工方法。

上述弹性锡黄铜合金材料的制备加工方法，包括以下工艺流程：a.按照质量百分比进行配料、投料、熔炼及浇铸，b.热轧，c.一次冷轧，d.中间退火，e.铣面，f.二次冷轧，g.低温退火。

步骤a中，所述投料的具体顺序为：先加入电解铜和镍板，加热熔化后，再加入锌锭、氧化钴粉和锡锭，然后加入铜硼中间合金、铜磷中间合金和铜镧中间合金中的至少任意两种，最后添加铜镁中间合金。

采用中频感应炉进行半连续熔炼与铸造，所述的熔炼的温度为1190～1250℃，所述浇铸的温度控制在1100～1150℃。

具体步骤为：加入电解铜、镍板，将温度升高到1190～1250℃，至熔体完全熔化后，覆盖50mm灼烧的木炭，保温15min后，添加锌锭，等熔体冒泡5min后，加入用铜箔包裹氧化钴粉和锡锭，再覆盖30mm的燃烧木炭，紧接着加入铜硼中间合金、铜磷中间合金、铜镧中间合金中的至少任意两种，保温5min后，添加铜镁中间合金，充分搅拌后，覆盖20mm厚的干燥石墨粉，保温10min后进行浇铸，浇铸温度控制在1100～1150℃。