一种无铅低铅黄铜合金毛坯的锻造工艺

摘要

本发明的涉及一种无铅低铅黄铜合金毛坯的锻造工艺，其中合金的质量百分比包括以下合金元素：铜59～62%，铁≤0.1%，砷0.02~0.06%，铅≤0.2%，锡0.5～1%，锆0.2～0.6%，铋≤0.028%，余量锌及不可避免的杂质元素；本发明所采用的锻造工艺流程是：棒料试样、氨熏、料坯加温保温、毛坯锻造、冷切边、热处理、氨熏、抛丸。本发明的合金及锻造工序显著提高了铜合金的抗脱锌性能和抗腐蚀性能，细化了组织晶粒。

说明书

技术领域

本发明涉及合金材料技术领域，更具体地说涉及锻造黄铜件加工领域，特别是涉及一种无铅低铅黄铜合金毛坯的锻造工艺。

背景技术

由于铜合金的锻造、切削、拉伸、电镀、焊接等性能优良，被广泛应用到各个行业，特别适用于流体控制系统中阀门和管件以及五金件的制造。目前市场上生产的阀门、管件、五金类产品大多数均为高铅铜合金材质，伴随着市场需要，以及提高人民的生活水平，对水质的要求也随之提高，而阀门组件中大部分零配件都是高铅黄铜所生产制造的，长时间使用在水环境中，材料中的铅就会稀释到引用水中，从而对水质造成了污染，严重影响了人们的身体健康，出于安全和健康方面的因素考虑，必须使用低铅或者无铅含量的铜合金材质，也就是说铅含量必须小于规定的标准要求，现有的低铅或无铅的铜合金材质也较多，铜合金具有环保、健康安全系数高，且材料的抗拉、延伸及其热成型性能良好，这里仅仅是定性的说明，而且实际在抗脱锌性能和抗腐蚀性能方面相对来讲不是很稳定，任然存在一定的缺陷。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提供了一种无铅低铅黄铜合金毛坯的锻造工艺，已解决上述背景技术中提到的抗脱锌性能和抗腐蚀性能不稳定的问题。

本发明通过下述技术方案来实现：

一种无铅低铅黄铜合金毛坯的锻造工艺，其特征在于：其中合金的质量百分比包括以下合金元素：铜59～62%，铁≤0.1%，砷0.02~0.06%，铅≤0.2%，锡0.5～1%，锆0.2～0.6%，铋≤0.028%，余量锌及不可避免的杂质元素；合金毛坯锻造工艺如下：

1）合金液体经过热挤压油冷后降温后再冷拔处理成待加工棒料，使得棒料力学性能满足抗拉强度（σb）≥ 400Mpa ；屈服强度（σs）≥ 140Mpa ；伸长率（δ）≥31% ；硬度≥HRB50～60；平均晶粒直径范围为 0.0123 ～0.0154mm；抗脱锌深度在≤100um范围内；

2）将棒料密封在氨水容器中但不与氨水接触24 小时无裂纹现象；

3）将达到标准的材料下料并通过加热炉加热保温，使原材料的温度恒温在 650～700℃之间；

4）将加热过的料坯放入模具中通过热锻压力机锻造成型；

5）将冷却后的合格毛坯放入切边模具中通过冷锻冲压机进行飞边切除；

6）采用回火炉保温处理，温度控制在500～550℃，空冷调质毛坯分子结构，使得平均晶粒直径范围为 0.0098 ～0.0085mm；抗脱锌深度控制在≤200um 范围内；

7）将毛坯密封在氨水容器中但不与氨水接触24 小时无裂纹现象；

8）对回火处理后的毛坯进行抛丸表面处理去除氧化层。

锆可以细化合金的微观组织，显著提高材料的力学性能，减少夹杂，改善合金的抗腐蚀性能。

本发明通过热挤压油冷后降温后再冷拔处理成待加工棒料，使得棒料力学性能满足抗拉强度（σb）≥ 400Mpa ；屈服强度（σs）≥ 140Mpa ；伸长率（δ）≥31% ；硬度≥HRB50～60；平均晶粒直径范围为 0.0123 ～0.0154mm；抗脱锌深度在≤100um范围内。

通过2次氨熏实验保证坯料表面稳定性。

对棒料进行加热预处理，提高了锻造的可锻造性能，使得内部组织更加均匀。

锻压后对毛坯进行热处理并空冷调制分子结构，使得平均晶粒直径范围为0.0098 ～0.0085mm；抗脱锌深度控制在≤200um 范围内。

进一步地，冷拔工序中添加由油性剂4～6份，硅酮粉2～5份，磷酸三甲酚酯3～5份，环烷酸铜2～3和份余量的二硫化钼。

通过冷拔工序中添加润剂可以使得棒料的冷拔表面质量好、力学性能优异，减少了管件内外壁冷拔过程中的磨损。

进一步地，所述的加热炉为中频加热炉，所述的加热时间为每只 10～17 秒。

进一步地，所述的热锻压力机公称力为450 KN～6000KN，冷锻冲压机的公称力为150 KN～450KN之间。

进一步地，所述模具为电加热模具，锻压工序为分阶段锻压；第一阶段为慢度锻压，将模具温度加热至730～800℃，锻压速度保持在50~70 m/min，锻压到棒料高度4/5；第二阶段为中速锻压，模具温度加热至850℃～980℃，锻压速度保持在150~200 m/min，锻压到棒料高度2/3；第三阶段为高速锻压，模具温度加热至1050℃～1180℃，锻压速度保持在300 m/min以上，锻压到棒料高度1/2。

通过分段加热，分段锻压的处理工序逐渐地将棒料压缩成型，晶粒细化均匀，内应力减少。

进一步地，回火温度为500～550℃，回火时间为6h，之后在淬火温度为260℃～380℃，保持时间6～10min，淬火后空冷时效处理，空冷时效温度为25℃～35℃，时效时间为4h。

对毛坯进行热处理并空冷调制分子结构，使得平均晶粒直径范围为 0.0098 ～0.0085mm；抗脱锌深度控制在≤200um 范围内。

进一步地，所述的毛坯抛丸为滚筒抛砂表面处理。

本发明产生的有益效果是：

1.合金中锆可以细化合金的微观组织，显著提高材料的力学性能，减少夹杂，改善合金的抗腐蚀性能。

2.本发明通过热挤压油冷后降温后再冷拔处理成待加工棒料，并结合特殊的润剂组合液使得棒料力学性能满足抗拉强度（σb）≥ 400Mpa ；屈服强度（σs）≥ 140Mpa ；伸长率（δ）≥31% ；硬度≥HRB50～60；平均晶粒直径范围为 0.0123 ～0.0154mm；抗脱锌深度在≤100um范围内。

3.通过2次氨熏实验保证坯料表面稳定性。

4.对毛坯进行热处理并空冷调制分子结构，消除锻造后毛坯中的应力集中，使得平均晶粒直径范围为 0.0098 ～0.0085mm；抗脱锌深度控制在≤200um 范围内。

5.通过分段加热，分段锻压的处理工序逐渐地将棒料压缩成型，晶粒细化均匀，内应力减少。

具体实施方式

下面对本发明的优选实施例作进一步说明，实施例仅是对本发明的解释，本实用性型的技术方案并不限于实施例所描述的内容。

一种无铅低铅黄铜合金毛坯的锻造工艺，其中合金的质量百分比包括以下合金元素：铜59～62%，铁≤0.1%，砷0.02~0.06%，铅≤0.2%，锡0.5～1%，锆0.2～0.6%，铋≤0.028%，余量锌及不可避免的杂质元素；合金毛坯锻造工艺如下：

1）合金液体经过热挤压油冷后降温后再冷拔处理成待加工棒料，使得棒料力学性能满足抗拉强度（σb）≥ 400Mpa ；屈服强度（σs）≥ 140Mpa ；伸长率（δ）≥31% ；硬度≥HRB50～60；平均晶粒直径范围为 0.0123 ～0.0154mm；抗脱锌深度在≤100um范围内；

2）将棒料密封在氨水容器中但不与氨水接触24 小时无裂纹现象；

3）将达到标准的材料下料并，倒入中频炉中并通过中频炉加热保温，使原材料的温度恒温在 650～700℃之间；

4）将加热过的料坯放入模具中通过热锻压力机锻造成型；待毛坯自然冷却后对其外观以及尺寸进行抽检；并作好记录；

5）将冷却后的合格毛坯放入切边模具中通过冷锻冲压机进行飞边切除；

6）采用回火炉保温处理，温度控制在500～550℃，空冷调质毛坯分子结构，消除锻造后毛坯中的应力集中，使得平均晶粒直径范围为 0.0098 ～0.0085mm；抗脱锌深度控制在≤200um 范围内；

7）将毛坯密封在氨水容器中但不与氨水接触24小时无裂纹现象；

8）对回火处理后的毛坯进行抛丸表面处理去除氧化层。

锆可以细化合金的微观组织，显著提高材料的力学性能，减少夹杂，改善合金的抗腐蚀性能。

本发明通过热挤压油冷后降温后再冷拔处理成待加工棒料，使得棒料力学性能满足抗拉强度（σb）≥ 400Mpa ；屈服强度（σs）≥ 140Mpa ；伸长率（δ）≥31% ；硬度≥HRB50～60；平均晶粒直径范围为 0.0123 ～0.0154mm；抗脱锌深度在≤100um范围内。

通过2次氨熏实验保证坯料表面稳定性。

对棒料进行加热预处理，提高了锻造的可锻造性能，使得内部组织更加均匀。

锻压后对毛坯进行热处理并空冷调制分子结构，使得平均晶粒直径范围为0.0098 ～0.0085mm；抗脱锌深度控制在≤200um 范围内。

具体而言，冷拔工序中添加由油性剂4～6份，硅酮粉2～5份，磷酸三甲酚酯3～5份，环烷酸铜2～3和份余量的二硫化钼。

通过冷拔工序中添加润剂可以使得棒料的冷拔表面质量好、力学性能优异，减少了管件内外壁冷拔过程中的磨损。

具体而言，所述的加热炉为中频加热炉，所述的加热时间为每只10～17 秒。

具体而言，所述的热锻压力机公称力为450 KN～6000KN，冷锻冲压机的公称力为150 KN～450KN之间。

具体而言，所述模具为电加热模具，锻压工序为分阶段锻压；第一阶段为慢度锻压，将模具温度加热至730～800℃，锻压速度保持在50~70 m/min，锻压到棒料高度4/5；第二阶段为中速锻压，模具温度加热至850℃～980℃，锻压速度保持在150~200 m/min，锻压到棒料高度2/3；第三阶段为高速锻压，模具温度加热至1050℃～1180℃，锻压速度保持在300 m/min以上，锻压到棒料高度1/2。

通过分段加热，分段锻压的处理工序逐渐地将棒料压缩成型，晶粒细化均匀，内应力减少。

具体而言，将抽检合格的批量毛坯放入铁框中，采用回火炉处理，回火温度为500～550℃，回火时间为6h，之后在淬火温度为260℃～380℃，保持时间6～10min，淬火后空冷时效处理，空冷时效温度为25℃～35℃，时效时间为4h。

对毛坯进行热处理并空冷调制分子结构，消除锻造后毛坯中的应力集中，使得平均晶粒直径范围为 0.0098 ～0.0085mm；抗脱锌深度控制在≤200um 范围内。

具体而言，所述的毛坯抛丸为滚筒抛砂表面处理。用目测检验方式观察表面是否有缺陷等其它质量问题，即完成锻造过程工艺流程。

以上所述，仅为本发明的优选实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，本领域技术人员应该理解，在不脱离由权利要求及其等同物限定其范围的本发明的原理和精神的情况下，可以对这些实施例进行修改和完善，这些修改和完善也应在本发明的保护范围内。