非铅*红色黄铜和黄色黄铜铸造合金

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联邦法规限制了公共饮用水供应中的铅含量。这些法规,反过来,建立了对低铅或无铅管道合金的需求,EnviroBrass填补了这一需求。

  • 美国环境保护署的铅和铜规则适用于公共供水设施,并建立了一个监测和控制水化学的框架,以减少水的腐蚀性。爱游戏中心下载安装公用事业公司必须对具有足够腐蚀性的水进行化学处理,以从供水系统中滤除过量的铜或铅。爱游戏中心下载安装环境保护署规定铅的“行动水平”为十亿分之十五(ppb),这是至少90%家庭的家用水龙头测量的,在这个水平上必须采取适当的水处理步骤。
  • 1996年修订的安全饮用水法(SDWA)要求EPA建立一项性能标准,以限制用于分配人类用水的终端设备的铅浸出。EPA选择ANSI/NSF标准61第9节:饮用水系统组件-健康影响作为这个性能标准。新的铅限值覆盖的终端设备包括厨房、酒吧和厕所水龙头;饮用喷泉;水冷却器;家用冰箱、制冰机和饮水机;以及供应停止和端点控制阀。
无铅红黄铜(EnviroBrass C89510和C89520)和黄黄铜(C89550)浇铸、加工、抛光,其性能与含铅黄铜相当。

水龙头认证NSF标准61必须通过一项测试,在该测试中,代表性产品被注入pH值为8的测试水。在19天的时间内,每隔一段时间抽取水样本并分析铅含量。对数据进行了统计试验,以90%的信心确保75%的检查产品浸出的铅不超过11 ppb。NSF标准61规定的11 ppb的上限低于铅和铜规则的15 ppb,因为EPA认为多达4 ppb的铅可以从其他来源获得。爱游戏中心下载安装一个加州65号提案同意判断已经在加利福尼亚建立了一个更低的5 ppb铅含量的限制,这是由同样的NSF标准61测试协议确定的。

*跟踪量高达0.25%

为什么铅一直被用于管道装置?

铅被添加到管道黄铜中,以提高可加工性并确保耐压性。传统上,铸造的红色和黄色黄铜的显微组织中含有少量分散的铅颗粒。如果没有铅的可加工性的提高,黄铜管道产品可能会因为非常高的加工成本而昂贵得多。

沙铸水龙头和其他管道部件传统上是由含铅的红色、半红色和黄色黄铜制成的。最常见的管道黄铜C84400(也被称为81金属或81-3-7-9)名义上含有7%的铅。最流行的红色黄铜,C83600(85金属,85-5-5-5),名义上含有5%的铅。永久性的模具和压力压铸管道部件也通常由含铅的黄色黄铜合金C85800制成,该合金名义上含1.5%的铅。与中等强度的单相α合金红色黄铜相比,C85800合金在室温和接近固相的高温下都更强,因为α基体中存在β相。这些改进的力学性能不仅在铸造和机械加工中具有优势,而且在使用中也具有优势。C85800合金具有宜人的淡黄色,可以抛光到高度抛光。

不幸的是,并非所有含铅黄铜制品都能符合现有标准。铸件产品的过量铅浸出通常是由于铅在内部(即芯)表面的分离,那里的铅浓度远远高于整个铸件。水龙头和其他内部表面积大的设备很难满足NSF标准61的认证要求。

EnviroBrass (SeBiLOY)

使用铋和硒的组合作为铅的替代品的想法最初是由犹他州盐湖城的ASARCO技术中心提出的。这是由一个包括铜开发协会公司(CDA)、铜开发协会(CDA)在内的行业联盟进行了几年的研究爱游戏 意甲爱游戏中心下载安装美国Foundrymen的社会(AFS),黄铜和青铜锭制造商(BBIM), CANMET材料技术实验室,其他铸造厂和水产品制造商。研究表明,铋和硒的组合在可加工性方面提供了与铅相同的有益效果。此外,铋/硒黄铜的压密性和其他铸造特性被发现与传统的铅合金几乎相同。

由行业联盟开发的优化红色黄铜被指定为EnviroBrass (SeBiLOY) I和EnviroBrass (SeBiLOY) II。它们分别被授予了UNS编号C89510和C89520,可以被所有铸造厂无限制使用。EnviroBrass (SeBiLOY) I名义上含有1% Bi和0.5% Se;EnviroBrass (SeBiLOY) II含有2%的Bi和1%的Se(见表1).

Sebiloy的名称,反映了这些合金中的硒和铋的添加是面向铸造的名称。然而,鉴于越来越高的健康和环境的认识,所以全身名称的采用应通过龙头,阀门,水表和其他管道设备的说明和购买者来实现高度的接受。Sebiloy将继续使用,有时会在术语环境中单独出现或括号中。然而,在这个和随后的出版物中将受到青睐。指定的Envirobrass III的高锌黄黄铜也被开发并指定为Uns Nult Numperal 89550. Envirobrass III含有高达1.2%Bi和0.1%SE,加上0.5%Al,可改善流动性(见表1).适用于永久性模具和压力压铸件。

表1.EnviroBrass I, EnviroBrass II和EnviroBrass III合金的组成
元素 范围或Max %
EnviroBrass I. EnviroBrass二世 EnviroBrass III
爱游戏中心下载安装 86.0 - -88.0 85.0-87.0. 58.0 - -64.0
4.0 - -6.0 5.0 - -6.0 0.1-1.2
带领 0.25 0.25 0.1
4.0 - -6.0 4.0 - -6.0 32.0 - -38.0
0.5-1.5 ** 1.6 - -2.2 * * * 0.6 - -1.2
0.35 - -0.75 * * 0.8 - -1.1 * * * 0.01 - -0.1
(包括镍钴)。 1.0 1.0 1.0.
0.2 0.2 0.5
0.25 0.25 0.05
0.08 0.08 0.05
0.05 0.05 00.01
0.005 0.005 0.1 - -0.6
0.005 0.005 0.25
命名元素的总和 99.5
Cu +命名元素的总和,99.5% min。
**经验偏爱BI:SE≥2:1。
*** Bi:Se比≥2:1。

没有铅被故意添加到envirobrass。规定的铅含量,最高0.25%。对于EnviroBrass I, EnviroBrass II,和0.1%的最大值。对于EnviroBrass III,要考虑到铸造合金通常使用的回收材料中可能存在的铅。然而,即使在最大允许水平,EnviroBrass合金的铅含量也足够低,足以通过大多数管道设备的NSF标准61的严格铅浸要求。如果需要较低的铅含量,可以在从铸锭供应商订购金属时指定。

所记录的最大磷水平通常与红黄铜合金有关。P含量越高(约为0.1%),其益处就越大,包括更高的极限拉伸强度和拉伸伸长率。

为什么是铋和硒?

铋在许多方面与铅非常相似。它在元素周期表上是铅的近邻,熔点比铅低56°C(101°F),使其在铸造和凝固过程中的行为与铅相似。和铅一样,铋几乎不溶于铜和铜合金。爱游戏中心下载安装此外,它会使加工碎屑破碎成小的、易于去除的颗粒,类似于铅。

与铅不同,目前还不知道铋对人体有毒性,除非在大量摄入的情况下。事实上,多年来,它最常见的用途是作为流行的胃药物的主要成分。

硒增强了红黄铜中铋的作用;因此,它减少了所需的铋量,以达到预期的性能改善。从健康的角度来看,硒和铜一样,是必不可少的营养元素之一。爱游戏中心下载安装动物,包括人类,需要最低限度的硒(以及铜)摄入量。爱游戏中心下载安装

机械性能

含铋/硒的环境合金的机械性能在功能上等同于标准管道黄铜。具体而言,环境和环境均显示出类似于引线的红色黄铜的机械性能,包括硬度,尽管具有稍微较低的拉伸延展性。此外,EnviroBrass III在机械性能中类似于牵引黄黄铜。Envirobrass III的延展性略微低于铅黄黄铜。随着锌和铋含量的增加,其强度提高和延展性降低。这意味着当前在铅黄铜中制造的管道货物不得在环境中铸造时不得不自然地重新设计。机械性能列于表2.根据ASTM B208铸造的标准测试棒。介绍了传统含铅铸造黄铜的性能对比。

表2..环境黄铜合金的典型和最低机械性能
合金 UTS ksi (MPa) 0.5% YS, ksi (MPa) %伸长 硬度、布氏硬度(500公斤)
C83600(典型的)* 37 (255) 17(117) 30. 60.
C84400(典型的)* 35(241) 14 (47) 28 55
EnviroBrass我(典型的)* 30 (209) 20 (136) 12 37
EnviroBrass我(最低)* 26.8 (185) 17.3 (119) 8 71.
EnviroBrass II(典型的)* 31 (215) 21 (145) 10 39
EnviroBrass II(最低)* 21 (176) 18 (121) 6 73.
C85800(典型)** 48 (332) 28 (192) 9 60.
EnviroBrass III(典型)** 48 (332) 29日(200) 8 63.
EnviroBrass III(最小)* * 35(240) 21 (140) 5 --
*砂型铸造
**永久模具铸造

可加工性与标准铸造黄铜相当

所有管道铸件都是加工的,加工操作增加了制造成本。传统的铅配管合金如此高度可加工,不总是需要切削液。

使用C36000合金作为标准,根据几个加工操作的主轴负载要求,可加工性评级为100表3).EnviroBrass II的可加工性等级为85。对于简单的钻孔操作,名义上2% Bi/1% Se EnviroBrass II合金实际上与易切削红黄铜一样快。EnviroBrass I的可加工性评分为75,略微更难加工。EnviroBrass III的Bi含量为1.1%,最大切削性能等级为97,但随着铋含量的降低,该等级也随之降低。在0.7% Bi时,EnviroBrass III的可加工性等级降至75。

表3.可加工等级
合金 EnviroBrass合金的可加工性等级
C36000(易切削黄铜) One hundred.
C83600 84.
C84400 90.
我(C89510 EnviroBrass) 75.
EnviroBrass II (C89520) 85.
C85800 80
EnviroBrass III* - 0.7% Bi (C89550) 75.
Envirobrass III * - 1.1%BI(C89550) 97.
*永久型铸造

用EnviroBrass II铸造的管道产品,可以以与含铅红色或半红色黄铜非常相似的速度和进料加工。根据零件设计和经验,可能需要一些实践上的调整。此外,EnviroBrass III的永久性模具管道产品可以采用与含铅黄黄铜基本相同的加工方法,但具有更好的健康效益。EnviroBrass合金在干燥加工时不会产生任何显著的含铅空气微粒。

与C83600或C84400相比,某些机器商店可能会遇到略高的刀具磨损,含有环境和EnviroBrass II。类似地,当使用C85800比较Envirobrass III的可加工性时,可以观察到稍高的刀具磨损结果。原因尚未完全理解。它似乎随着工具和加工操作的类型而变化。测量结果表明,环境质量和环境金属合金的饰面等于或优于传统铅钢管生产的那些。

EnviroBrass合金易于接受高光泽的抛光和抛光。EnviroBrass I和EnviroBrass II的颜色几乎与标准红色黄铜铸造合金的颜色相同。EnviroBrass III的颜色也几乎与铸黄黄铜相同,是一种令人愉快的淡黄色。Platability完全等效于C83600, C84400或C85800。用铋和硒代替铅并不改变黄铜的耐腐蚀性。

良好的铸造性能

EnviroBrass合金并不是实验室里稀奇古怪的东西。它们已经在商业铸造厂进行了彻底的测试,发现其铸造性能与含铅红黄铜和含铅黄黄铜相似。综述了它们的铸造特性表4.

表4..环境黄铜合金的铸造特性(1)
合金 patermus,f(c) 冷冻范围,f(c) 流动性,cm在56°C(100°F)过热* 相对抗热裂性(越低越好)**
C83600 1850年(1010) 280 (156) 24 15至21
C84400 1840(1004) 291 (161) 30. 23 - 24日
EnviroBrass I C89510 1871 (1021) 371 (206) 24 14
EnviroBrass II C89520 1842 (1005) 353 (196) 25 8
C85800 1650(899) 50 (28) 中等的 中等的
EnviroBrass III 1638 (892) 50 (32) 中等的
表4..环形合金铸造特性(2)
合金 粪便 焊接 钎焊 截面尺寸对力学性能的影响
C83600 低的 优秀的 大的
C84400 中等的 优秀的 大的
EnviroBrass I C89510 低的 优秀的
EnviroBrass II C89520 低的 优秀的
C85800 中等的 中等的
EnviroBrass III 中等的 中等的
* Ragone测试,参见S. Floreen&D.v.Ragone,“一些铝合金的流动性”,AFS Trans。65,1957,391-393。
** Couture&Edwards测试,参见A. Couture和J.O.Edwards,“铜合金的热撕裂,AFS Trans。,7爱游戏中心下载安装4,1966,709-721。给出的两个值分别表示倾倒温度约为1170℃(2140°F)和1225℃(2240°F)。

EnviroBrass I和EnviroBrass II:

  • 这些都是长期冻结的合金,就像传统的红黄铜C83600和C84400一样,尽管它们的冻结范围稍微宽一些。2% Bi/1% Se合金的液相线温度与红黄铜的液相线温度基本相同。因此,浇注温度与含铅合金相似,尽管铸造经验表明,大约150°F(83°C)的额外过热度通常是有益的。1% Bi/0.5% Se合金的液相线温度提高了约30°F(17°C),相应的浇注温度也较高。
  • 像铅红色黄铜,Envirobrass I和Envirobrass II,也会在铸造体积的3.1%和3.5%之间发展管道。
  • 收缩范围从1.9%到3.7%。
  • 孔隙率很小,约为0.4%。
  • 在过热度为135°F(75°C)时,其流动性与C84400相同,但略低于红色黄铜在高过热度时的流动性。
  • 与含铅红黄铜相比,在截面突变处的热裂倾向显著降低。

EnviroBrass III:

  • 它的短冻结范围为60°F(33°C),类似于铅黄黄铜。
  • 管道倾向高。
  • 收缩范围应与含铅黄黄铜相似(未测量)。
  • 气孔形成的倾向比含铅黄黄铜低。
  • 损伤趋势随铋含量增加。
  • 在类似铸造条件下,其流动性略低于含铅黄黄铜。
  • 在永久型铸造中,铋含量低于1.2%的成分没有出现热裂现象。这是相对于传统的含铅黄黄铜(C85800)的一个优势,后者在其标称成分范围内容易发生热撕裂。
  • 然而,EnviroBrass III在过热超过234°F(130°C)时表现出严重的热撕裂。
  • 硼用于精炼低锡合金,锆用于精炼高锡合金。
  • 晶粒细化可提高流动性和热撕裂性。

健康和环境效益

EnviroBrass合金,C89510, C89520和C89550,被开发用于为管道行业提供合金,性能将比现有材料更好,同时满足当前联邦水质法规的严格要求。EnviroBrass合金在所有这些方面都做得很好,但它们也为铸造厂和管道制造商提供了以下显著的环境、健康和安全效益:

  • EnviroBrass合金中可忽略的铅含量显著降低了铸造砂和袋内粉尘中的铅含量。铸造工人暴露在空气中的铅急剧降低,砂的回收和处理成本可以降低。
  • 当EnviroBrass合金取代传统的含铅合金时,机械车间的空气中铅水平降低。在干式加工时尤其如此。工人的铅暴露也相应减少。
  • 在所有情况下,可能不再需要特殊的空气净化设备和工人吸入防护措施,更健康的工作环境可能反映在更低的保险成本上。

总之……

Envirobrass合金I(C89510),II(C89520)和III(C89550)提供铸造行业现代,环保合金,能够满足当前水纯粹规定的严格要求。合金具有良好的强度,优异的铸造特性和高可加工性。它们极低的铅含量提供了降低铸造厂成本以及机器店的可能性。

展望未来...

与EnviroBrass合金相关的任何专利使用费或许可费用都不存在。EnviroBrass II (C89520)适用于ASTM规范B 30和B 584。在本合金数据表公布时,ASTM对EnviroBrass I和III的行动正在进行中。由EnviroBrass铸件制造的产品,如水管装置和水龙头,将以“由EnviroBrass制造”的名称向消费者营销。

本出版物是根据现有数据编写的,供业内专业人员参考和使用。CDA不承担与本出版物有关的任何责任或责任,也不就本出版物所包含的信息作出任何形式的保证。