高强度黄铜合金
阅读：502发布：2020-05-13
专利汇可以提供高强度黄铜合金专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本 发明 涉及一种高强度 黄 铜 合金 ，其特征在于重量百分比组成为：15％～30％Zn，3.0％～5.0％Al，0.2％～2.0％Ni，0％～0.50％Cr，0％～0.50％Zr，余量为Cu和不可避免的杂质。它的性能高于或相当于 锡 磷 青铜 ，价格较低，可取代锡磷青铜和部分铍青铜制作各种元件。保证了计算机、电脑、航空航天、 家用电器 元件的可靠性、 稳定性 和长寿命。，下面是高强度黄铜合金专利的具体信息内容。
技术领域
背景技术
现代高技术的发展，对材料性能提出更高的要求，特别是信息时代的今天，要求电 子元件高可靠、稳定性和长寿命。要做到这些要求，材料必须具有高强度、高导电、耐 磨性、耐蚀性，同时为了市场竞争，就要求材料有较低的价格。目前大量使用黄铜和锡 磷青铜，黄铜最大优点是价格相对较便宜，而不足的是力学性能低，影响元件的可靠性 和寿命；锡磷青铜力学性能中等，能满足一般元件的要求，但是它们价格相对较贵；铍 青铜综合性能最好，但价格昂贵，只能做高级元件。
发明内容
本发明的目的在于克服上述不足，提供一种高强度黄铜合金，它的性能高于或相当 于锡磷青铜，价格较低，可取代锡磷青铜和部分铍青铜制作各种元件。保证了计算机、 电脑、航空航天、家用电器元件的可靠性、稳定性和长寿命。
本发明的高强度黄铜合金，其重量百分比组成为：15％～30％Zn，3.0％～5.0％Al， 0.2％～2.0％Ni，0％～0.50％Cr，0％～0.50％Zr，余量为Cu和不可避免的杂质。
作为优选，本发明的高强度黄铜合金，其重量百分比组成为：15％～30％Zn， 3.0％～5.0％Al，0.2％～2.0％Ni，0.10％～0.50％Cr，0.10％～0.50％Zr，余量为Cu和不可避 免的杂质。
作为进一步优选，本发明的高强度黄铜合金，其重量百分比组成为：23％Zn，3.5％Al， 0.6％Ni，0.3％Cr，0.2％Zr，余量为Cu和不可避免的杂质。
本发明的高强度黄铜合金，其合金熔炼和加工工艺可采用两种方案，即铁模铸造和 水平连铸。
本发明的高强度黄铜合金，其合金强度高于普通黄铜和锡磷青铜，耐人造汗腐蚀和 大气腐蚀优于锡磷青铜，价格较低，而且有黄金色彩，是所有黄铜和锡磷青铜的取代材 料，冷热加工性能良好，一般工厂都能生产。
本发明的高强度黄铜合金，其重量百分比组成为：15％～30％Zn，3.0％～5.0％Al， 0.2％～2.0％Ni，0％～0.50％Cr，0％～0.50％Zr，余量为Cu和不可避免的杂质。
作为优选，本发明的高强度黄铜合金，其重量百分比组成为：15％～30％Zn， 3.0％～5.0％Al，0.2％～2.0％Ni，0.10％～0.50％Cr，0.10％～0.50％Zr，余量为Cu和不可避 免的杂质。
作为进一步优选，本发明的高强度黄铜合金，其重量百分比组成为：23％Zn，3.5％Al， 0.6％Ni，0.3％Cr，0.2％Zr，余量为Cu和不可避免的杂质。
本发明的高强度黄铜合金，其合金熔炼和加工工艺可采用两种方案，即铁模铸造和 水平连铸。
本发明的高强度黄铜合金，其合金强度高于普通黄铜和锡磷青铜，耐人造汗腐蚀和 大气腐蚀优于锡磷青铜，价格较低，而且有黄金色彩，是所有黄铜和锡磷青铜的取代材 料，冷热加工性能良好，一般工厂都能生产。
具体实施方式
下面通过实施例进一步说明本发明。
实施例1
采用铁模铸造工艺，合金在10kg中频感应炉中用粘土坩埚熔炼，木炭覆盖，铁模 浇铸成Φ60mm×250mm的锭坯。每炉7kg，合金成分列入表1。
表1、铁模铸造合金成分(wt％)
实施例 Zn Al Ni Cr Zr Cu及不可避免 的杂质 1 21.72 3.0 2.0 - - 73.28 2 20.95 3.5 0.85 0.1 - 74.6 3 21.44 3.82 0.42 0.22 0.5 73.6 4 29 3.51 0.6 0.15 0.1 66.64
熔炼工艺：把Cu、Ni、Al加入坩埚内，升温熔化，这三种元素熔化完了，根据 配方要求选择是否加入Cr和Zr，最后加入Zn。熔炼温度为1300℃～1400℃，浇铸温 度1200℃～1250℃，浇速为先快后慢。
加工艺：将Φ60rnn的锭坯机加工成Φ50mm×100mm的挤压坯。在810±10 ℃箱式电阻炉中加热1h，然后在3150KN挤压机上挤压成Φ8mm的棒材。
线材拉丝工艺：Φ8.0→Φ7.2→Φ6.5→退火700℃/90min→酸洗→Φ5.5→Φ4.8→退火 700℃/90min→酸洗→Φ4.1→Φ3.6→Φ3.35→退火700℃/90min→酸洗→Φ2.8→Φ2.5→ Φ2.2.冷加工道次加工率达30％，两次退火之间的总加工率达60％。
实施例2～4
工艺步骤同实施例1，合金成分见表1所示。
采用铁模铸锭加工艺生产出来的实施例1～4合金线材性能列入表2。
表2、铁模铸造生产出来线材性能
材料规格 (mm) 状态 抗拉强度σb(Mpa) 延伸率δ(％) Φ8.0 挤压态 517 33 Φ6.5 冷加工32％ 767 3 Φ4.8 冷加工45％ 878 3 Φ4.8 750℃/90min 615 30 Φ3.35 冷加工51％ 996 3 Φ3.35 750℃/90min 574 23 Φ2.2 冷加工60％ 900 2
实施例5
采用水平连铸工艺，水平连铸是在300kg中频炉内熔炼，然后倒入600kg的保温 炉进行拉铸，拉出Φ12mm的连铸坯。合金的成分列入表3。
表3、水平连铸合金成分(wt％)
实施例 Zn Al Ni Cr Zr Cu及不可避免 的杂质 5 17 3.7 1.05 0.21 - 78.04 6 22.75 3.3 0.6 0.5 0.15 72.7
连铸坯的拉丝工艺：Φ11.6→Φ10.1→Φ9→Φ8.2→Φ7.5→缩刨Φ7.05→退火650℃ /150min→酸洗→Φ6.0→Φ5.4→Φ4.8→退火650℃/150min→酸洗→Φ4.1→Φ3.5→Φ3.0→ 光亮退火650℃/150min→酸洗→(多模拉丝)Φ2.75 Φ2.55 Φ2.35 Φ2.2 Φ2.1 Φ1.90 Φ1.80→光亮退火640℃/150min→酸洗→(多模拉丝)Φ1.6 Φ1.4 Φ1.25 Φ1.15 Φ0.95 Φ0.85 Φ0.8→光亮退火620℃/150min。
实施例6
工艺步骤同实施例5，合金成分见表3所示。
采用水平连铸加工艺生产出来实施例5～6合金线材性能列入表4。从表4和表 5数据可以看到合金线材σb可超过900MPa，σ0.2超过650MPa，延伸率δ软态可高达 50％，硬态δ≥2％。
表4、水平连铸线材性能
规格(mm) 状态 σb(Mpa) δ(％) σ0.2(Mpa) Φ11.6 连铸态 377 45 - Φ7.5 硬态Y 800 3 644 Φ7.05 软态M 401 48 - Φ4.8 硬态Y 730 5 574 Φ4.8 软态M 429 57 - Φ3.0 硬态Y 861 2 - Φ3.0 软态M 423 50 - Φ2.1 硬态Y 785 5 575 Φ1.8 硬态Y 877 4 670 Φ1.8 软态M 389 53 - Φ0.8 硬态Y 966 5 - Φ0.8 软态M 545 24 -
为进一步说明本发明合金的优良的性能，将本发明合金与锡磷青铜性能及常用的 黄铜H62性能比较列入表5，从表5可以看出，本发明合金性能优于锡磷青铜合金中性 能较好的QSn6.5-0.1合金，而力学性能大大优于QSn4-3合金。延伸率偏低一些，不影 响使用。
表5、发明合金性能和锡磷青铜合金性能比较
规格 (mm) 状态 合金 抗拉强度 σb(MPa) 延伸率 δ(％) 导电率 ％IACS 弹性模量 E/(MPa) 人造汗腐 蚀mm/年 Φ4.8 650℃/2h 发明合金 615 31 - - 0.0003 QSn6.5-0.1 394 42 - - 0.00125 QSn4-3 364 54 - - - Φ3.34 冷加工 率52％ 发明合金 996 4 16.14 120540 - QSn6.5-0.1 815 9 13.52 108780 - QSn4-3 670 6 22.35 - - Φ2.2 冷加工 率57％ 发明合金 905 2 - - - QSn6.5-0.1 825 4 - - - QSn4-3 668 5 - - - Φ1.1 硬态 H62 784 - 27 10000 -
另外，本发明合金还具有优异的耐腐蚀性能，耐腐蚀性能是发明合金和QSn6.5-0.1 在人造汗溶液中同时进行试验。通过计算，发明合金耐人造汗腐蚀是QSn6.5-0.1合金 的4倍，克服了QSn6.5-0.1合金制作的元件极易产生腐蚀的缺陷。发明合金在大气中 能长久保存特有的金黄色，不但美观，而且接触性能好，保持元件的可靠性。
以上实施例是对专利的说明和进一步解释，而不是对本发明的限制，在本发明的 精神和权利保护范围，所做的任何修改，都落入本发明的保护范围。
实施例1
采用铁模铸造工艺，合金在10kg中频感应炉中用粘土坩埚熔炼，木炭覆盖，铁模 浇铸成Φ60mm×250mm的锭坯。每炉7kg，合金成分列入表1。
表1、铁模铸造合金成分(wt％)
实施例 Zn Al Ni Cr Zr Cu及不可避免 的杂质 1 21.72 3.0 2.0 - - 73.28 2 20.95 3.5 0.85 0.1 - 74.6 3 21.44 3.82 0.42 0.22 0.5 73.6 4 29 3.51 0.6 0.15 0.1 66.64
熔炼工艺：把Cu、Ni、Al加入坩埚内，升温熔化，这三种元素熔化完了，根据 配方要求选择是否加入Cr和Zr，最后加入Zn。熔炼温度为1300℃～1400℃，浇铸温 度1200℃～1250℃，浇速为先快后慢。
加工艺：将Φ60rnn的锭坯机加工成Φ50mm×100mm的挤压坯。在810±10 ℃箱式电阻炉中加热1h，然后在3150KN挤压机上挤压成Φ8mm的棒材。
线材拉丝工艺：Φ8.0→Φ7.2→Φ6.5→退火700℃/90min→酸洗→Φ5.5→Φ4.8→退火 700℃/90min→酸洗→Φ4.1→Φ3.6→Φ3.35→退火700℃/90min→酸洗→Φ2.8→Φ2.5→ Φ2.2.冷加工道次加工率达30％，两次退火之间的总加工率达60％。
实施例2～4
工艺步骤同实施例1，合金成分见表1所示。
采用铁模铸锭加工艺生产出来的实施例1～4合金线材性能列入表2。
表2、铁模铸造生产出来线材性能
材料规格 (mm) 状态 抗拉强度σb(Mpa) 延伸率δ(％) Φ8.0 挤压态 517 33 Φ6.5 冷加工32％ 767 3 Φ4.8 冷加工45％ 878 3 Φ4.8 750℃/90min 615 30 Φ3.35 冷加工51％ 996 3 Φ3.35 750℃/90min 574 23 Φ2.2 冷加工60％ 900 2
实施例5
采用水平连铸工艺，水平连铸是在300kg中频炉内熔炼，然后倒入600kg的保温 炉进行拉铸，拉出Φ12mm的连铸坯。合金的成分列入表3。
表3、水平连铸合金成分(wt％)
实施例 Zn Al Ni Cr Zr Cu及不可避免 的杂质 5 17 3.7 1.05 0.21 - 78.04 6 22.75 3.3 0.6 0.5 0.15 72.7
连铸坯的拉丝工艺：Φ11.6→Φ10.1→Φ9→Φ8.2→Φ7.5→缩刨Φ7.05→退火650℃ /150min→酸洗→Φ6.0→Φ5.4→Φ4.8→退火650℃/150min→酸洗→Φ4.1→Φ3.5→Φ3.0→ 光亮退火650℃/150min→酸洗→(多模拉丝)Φ2.75 Φ2.55 Φ2.35 Φ2.2 Φ2.1 Φ1.90 Φ1.80→光亮退火640℃/150min→酸洗→(多模拉丝)Φ1.6 Φ1.4 Φ1.25 Φ1.15 Φ0.95 Φ0.85 Φ0.8→光亮退火620℃/150min。
实施例6
工艺步骤同实施例5，合金成分见表3所示。
采用水平连铸加工艺生产出来实施例5～6合金线材性能列入表4。从表4和表 5数据可以看到合金线材σb可超过900MPa，σ0.2超过650MPa，延伸率δ软态可高达 50％，硬态δ≥2％。
表4、水平连铸线材性能
规格(mm) 状态 σb(Mpa) δ(％) σ0.2(Mpa) Φ11.6 连铸态 377 45 - Φ7.5 硬态Y 800 3 644 Φ7.05 软态M 401 48 - Φ4.8 硬态Y 730 5 574 Φ4.8 软态M 429 57 - Φ3.0 硬态Y 861 2 - Φ3.0 软态M 423 50 - Φ2.1 硬态Y 785 5 575 Φ1.8 硬态Y 877 4 670 Φ1.8 软态M 389 53 - Φ0.8 硬态Y 966 5 - Φ0.8 软态M 545 24 -
为进一步说明本发明合金的优良的性能，将本发明合金与锡磷青铜性能及常用的 黄铜H62性能比较列入表5，从表5可以看出，本发明合金性能优于锡磷青铜合金中性 能较好的QSn6.5-0.1合金，而力学性能大大优于QSn4-3合金。延伸率偏低一些，不影 响使用。
表5、发明合金性能和锡磷青铜合金性能比较
规格 (mm) 状态 合金 抗拉强度 σb(MPa) 延伸率 δ(％) 导电率 ％IACS 弹性模量 E/(MPa) 人造汗腐 蚀mm/年 Φ4.8 650℃/2h 发明合金 615 31 - - 0.0003 QSn6.5-0.1 394 42 - - 0.00125 QSn4-3 364 54 - - - Φ3.34 冷加工 率52％ 发明合金 996 4 16.14 120540 - QSn6.5-0.1 815 9 13.52 108780 - QSn4-3 670 6 22.35 - - Φ2.2 冷加工 率57％ 发明合金 905 2 - - - QSn6.5-0.1 825 4 - - - QSn4-3 668 5 - - - Φ1.1 硬态 H62 784 - 27 10000 -
另外，本发明合金还具有优异的耐腐蚀性能，耐腐蚀性能是发明合金和QSn6.5-0.1 在人造汗溶液中同时进行试验。通过计算，发明合金耐人造汗腐蚀是QSn6.5-0.1合金 的4倍，克服了QSn6.5-0.1合金制作的元件极易产生腐蚀的缺陷。发明合金在大气中 能长久保存特有的金黄色，不但美观，而且接触性能好，保持元件的可靠性。
以上实施例是对专利的说明和进一步解释，而不是对本发明的限制，在本发明的 精神和权利保护范围，所做的任何修改，都落入本发明的保护范围。
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