СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ЗАГОТОВКИ ИЗ ЛАТУНИ БЕЗ ПРИМЕСИ СВИНЦА ИЛИ С НИЗКИМ СОДЕРЖАНИЕМ СВИНЦА И ЗАГОТОВКА, ИЗГОТОВЛЕННАЯ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ЭТОГО СПОСОБА
METHOD FOR MANUFACTURING A WORKPIECE FROM BRASS WITHOUT LEAD ADMIXTURE OR WITH LOW CONTENT OF LEAD AND A WORKPIECE MADE USING THIS METHOD

Настоящее изобретение относится к способу получения заготовки из латуни и к заготовке из латуни, полученной с помощью этого способа. В частности, настоящее изобретение относится к заготовке из латуни без примеси свинца или с низким содержанием свинца.
Вообще, обычно определяют, что латунь «не содержит свинец», если содержание свинца составляет менее 0,1 мас.%, и определяют, что латунь характеризуется «низким содержанием свинца», если содержание свинца находится в интервале от 0,1 мас.% до 0,2 мас.%.
Как известно, латунь, сплав меди (Cu) и цинка (Zn), представляет собой металл, широко используемый в обрабатывающей промышленности, прежде всего, благодаря своим превосходным литейным качествам, которые позволяют получать полуобработанные заготовки (отливки) с помощью процессов литья, и обладающий исключительной способностью поддаваться механической обработке, что дает возможность производить окончательную обработку заготовки надлежащим образом с помощью рубительных машин.
Способность латуни поддаваться механической обработке в значительной степени зависит от количества содержащегося в ней свинца (Pb).
Однако в последние годы возрастает необходимость изготавливать некоторые изделия, например, вентили, патрубки или другие компоненты, контактирующие с водой, в частности, с питьевой водой, с использованием сплавов, не содержащих свинец. Такие требования вытекают, главным образом, из необходимости предотвратить растворение свинца в воде с последствиями, которые считаются негативными для здоровья.
Опытно-конструкторские разработки очень многих производителей направлены в этой связи на технический проработки в отношении латуни, не содержащей свинец, которая обладает механическими свойствами и способностью поддаваться механической обработке, подобными тем, которые присущи традиционной латуни.
В этом отношении одним из наиболее перспективных направлений является замена свинца графитом, и заявителем в этой связи подана заявка на патент Италии №102013902181365.
Настоящее изобретение является частью практических усилий в этом направлении и, в частности, относится к инновационному способу производства заготовки из латуни, не содержащей свинец или характеризующейся низким содержанием свинца, а также к заготовке, полученной с помощью такого способа.
Характерные особенности и преимущества способа в соответствии с настоящим изобретением будут понятны из приведенного ниже описания.
На фиг.1 и фиг.2 представлены микроструктуры, в двух различных степенях увеличения, поперечных сечений прутков, изготовленных из латуни, не содержащей свинец, в соответствии с настоящим изобретением, в верхней (периферийной) и центральной частях прутка.
На фиг.3 представлена таблица, заимствованная из международного стандарта ISO3685, которая иллюстрирует различные формы стружек.
В соответствии со способом заготовку получают посредством экструзии, прямой или обратной экструзии порошка, содержащего порошкообразную латунь и порошкообразный графит.
Экструзия осуществляется при температуре, подходящей для спекания порошка, и предварительно заданной скорости перемещения пуансона экструдера, например, 120 мм/с.
Например, перед осуществлением экструзии порошкообразную смесь нагревают до заданной температуры нагревания, которая предпочтительно меньше температуры плавления, в течение предварительно заданного интервала времени. например, порошкообразную смесь нагревают до температуры 720°С в течение 1 часа.
Порошкообразная латунь по существу не содержит свинец или имеет низкое его содержание; при этом порошкообразный графит предпочтительно добавляют в количестве, составляющем от 0,5 мас.% до 2 мас.% по отношению к порошкообразной латуни, предпочтительно в количестве приблизительно составляющем 1%.
В соответствии с вариантом воплощения порошкообразную латунь получают посредством охлаждения разбрызгиванием, формования из расплава, процесса распыления, посредством химических реакций, например, осаждения или с помощью механических процессов, таких как измельчение.
В частности, процесс распыления может быть осуществлен как газовое распыление, газовое распыление в вакууме или в инертной атмосфере, распыление водой, центробежное распыление (под действием центробежных сил), распыление с помощью вращающегося диска, путем сверхбыстрого отвердевания расплава, ультразвуковое распыление.
Предпочтительно латунный порошок имеет широкий диапазон размеров зерен, например, от 500 мкм до 50 мкм; такой широкий диапазон и возможно нерегулярный гранулометрический состав зерен, способствует уплотнению порошков.
Кроме того, в соответствии с вариантом воплощения порошкообразный графит получают путем дробления.
Порошок латуни и графитовый порошок смешивают, например, в смесителе/ бункере-дозаторе в течение предварительно заданного интервала времени.
В соответствии с вариантом воплощения порошкообразную смесь накапливают в цилиндрических контейнерах, называемых банками, например, изготовленных из меди, которые после заполнения и продувки внутри инертным газом герметично закрывают, например, с помощью сварки.
Например, в качестве инертного газа используют аргон (Ar).
Указанные контейнеры загружают в экструдер для выдавливания и после предварительного нагревания или во время нагревания осуществляют экструдирование, прямое или обратное, с получением в результате заготовки из композита, которая содержит материал контейнера, например, на поверхности заготовки.
После этого последовательно производят операцию очистки для удаления материала контейнера с заготовки из композита, с получением, таким образом, желаемой заготовки.
Согласно другому варианту воплощения порошкообразную смесь загружают непосредственно в экструдер и непосредственно получают желаемую заготовку; это позволяет избежать проведения операции очистки заготовки.
В соответствии с ещё одним вариантом воплощения порошкообразную смесь перед спеканием подвергают действию давления, например, при размещении смеси в контейнере или непосредственно в экструдере.
Экспериментальные исследования.
Например, в одном экспериментальном исследовании была подготовлена первая банка С1, диаметром приблизительно 70 мм, содержащая смесь порошкообразной латуни, не содержащей свинец, и порошкообразного графита, предварительно подвергнутую сжатию с усилием до 120 тонн; и
вторая банка С2, диаметром приблизительно 70 мм, содержащая смесь порошкообразной латуни, не содержащей свинец, и порошкообразного графита, не подвергнутая сжатию.
Обе банки С1 и С2 были нагреты до температуры 720°С в течение 1 часа; затем указанные две банки С1 и С2 были подвергнуты прямому экструдированию, при степени деформации при экструдировании 8:1, скорости перемещения пуансона 12 мм/с и конечном диаметре заготовки 30 мм.
Было получено два прутка: пруток В1 из банки С1 и пруток В2 из банки С2.
3
5KG
Для обоих прутков конечная плотность составляла приблизительно 8 г/см, а твердость HV приблизительно составляла 85.
На фиг.1 и фиг.2 показаны на виде в разрезе две микроструктуры прутков В1 и В2 в двух различных увеличениях, в верхней части и в центре.
Испытания на растяжение показали, что величина Rp0,2% составляет приблизительно 170 МПа, величина rm составляет приблизительно 370 МПа, а А% составляет 23%.
Проведенные опыты показывают, что прутки, полученные указанным образом, имеют механические свойства и микроструктуру, которые подобны и практически идентичны механическим свойствам и микроструктуре прутков, полученных путем осуществления традиционного цикла производства.
Раскрытие сущности изобретения
В соответствии с изобретением заготовку получают посредством экструзии, прямой или обратной, из смеси стружки латуни, не содержащей свинец или с низким содержанием свинца, и порошкообразного графита.
Смесь предварительно нагревают или в одном варианте воплощения нагревают в процессе экструзии.
Термин «стружка» означает более или менее тонкую полоску материала, обычно спутанную. Например, стружка имеет форму, показанную в Таблице G.1 международного стандарта ISO3685 (фиг.3).
Латунные стружки получают путем механической обработки со снятием стружки, осуществляемой на полуобработанных изделиях из латуни, не содержащей свинец, или с низким содержанием свинца.
В соответствии с вариантом воплощения латунные стружки измельчают путем дробления, после чего с помощью экструзии, прямой или обратной, получают заготовку из смеси измельченных стружек латуни, не содержащей свинец, или с низким содержанием свинца, и порошкообразного графита.
Стружки измельчают путем дробления, например, с помощью дробилок с отделением фракции, имеющей размер частичек меньше предварительно заданного размера, например, менее 0,5 мм (частички латуни), и рециркуляцией оставшейся части измельченных стружек.
Последовательно частички латуни смешивают с порошкообразным графитом (например, средний размер частичек составляет 20 мкм), например, 1% w/w, например, путем придания смеси вращательного движения для получения однородной смеси.
В свете инновации способ в соответствии с настоящим изобретением является весьма предпочтительным с производственной точки зрения, поскольку он предусматривает относительно простую обработку порошков и стружек и использование существующих экструзионных прессов.
В частности, использование стружек позволяет эффективно осуществлять механическое производство путем снятия стружки на расположенном на удалении предприятии и отделение частичек и экструзию на основном предприятии. Стружку транспортируют из удаленного предприятия на основное предприятие, что (транспортирование латуни в виде стружки) позволяет избежать проблем, связанных с транспортированием порошкообразных материалов.