无铅*红黄铜和黄黄铜铸造合金

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联邦法规限制公共饮用水供应中允许的铅。反过来,这些规定建立了对铅或非铅的管道合金和环境需求的需求。

  • 美国环境保护署的铅铜规则适用于公共自来水公司,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对于从供水系统中滤出过多铜或铅的腐蚀性极强的水,公用事业公司需要对其进行化学处理。爱游戏中心下载安装美国环境保护署(EPA)的规定确立了铅含量为十亿分之十五(ppb)的“行动水平”,至少有90%的家庭自来水被测出,必须采取适当的水处理步骤。
  • 1996年的修正案安全饮用水法(SDWA)要求EPA建立绩效标准,以限制旨在分配用于人类消费水的端点装置的铅的潜水。EPA选择ANSI / NSF标准61的第9部分:饮用水系统组件 - 健康效应作为这种性能标准。新引线限制涵盖的端点设备包括厨房,栏和盥洗室;饮水机;水冷却器;住宅冰箱制冰机和水分配器;和供应停止和端点控制阀。
无铅红色黄铜(EnviroBrass C89510和C89520)和黄色黄铜(C89550)铸造,机器,抛光和执行类似的含铅黄铜等品。

水龙头的认证NSF标准61.必须通过哪种测试,其中代表产品充满了pH8试验水。水的样品被撤回并以19天的时间为单位以指定的间隔分析。将统计测试应用于数据,以确保90%的信心,75%的产品检查浸入水中的浸入水中不超过11​​ppb。NSF标准61下的11个PPB极限低于引线和铜规则的15 PPB,因为EPA假设可以从其他来源拾取4 PPB的铅。爱游戏中心下载安装一个加州65号提案同意判断在加州建立了更低的5 ppb铅限值,这是由同样的NSF标准61测试方案确定的。

*痕量达0.25%

为什么铅被传统地用于管道装置?

铅加入管道黄铜以提高可加工性并确保压力密封性。传统上,铸造红色和黄色黄铜在微观结构中含有细小分散铅颗粒。没有铅的可加工性增强,由于加工成本非常高,黄铜管道产品可能更昂贵。

砂铸水龙头和其他管道部件传统上是由含铅红、半红和黄色黄铜制成的。最常见的管道黄铜,C84400(也称为81金属或81-3-7-9)含有名义上7%的铅。最常用的红黄铜,C83600 (85 Metal, 85-5-5-5),名义上含有5%的铅。水暖部件的永久模具和压力压铸件通常也用含铅黄色黄铜合金C85800制成,它名义上含有1.5%的铅。与中等强度的单相α合金红黄铜相比,C85800合金在室温和接近固相线的高温下都更强,这是由于α基体中存在β相。这些改进的机械性能不仅在铸造和加工过程中是一个优势,而且在使用中也是一个优势。C85800合金有一种令人愉快的淡黄色,可以被抛光到很高的抛光度。

不幸的是,在现有标准下,并非所有用含铅黄铜制成的产品都能合格。铸型产品的过量铅浸出通常是由于铅在内部(即芯)表面的偏析,其浓度远高于铸件整体。对于水龙头等内表面积较大的设备,很难满足NSF标准61的认证要求。

EnviroBrass(Sebiloy)

最初是由Asarco技术中心,犹他州盐湖城的替代铅和硒代替铅球和硒的组合。这是由一个行业财团的几年研究所追求,其中包括铜制发展协会公司(CDA),爱游戏 意甲爱游戏中心下载安装美国Foundrymen的社会(AFS),黄铜和青铜铸锭制造商(BBIM), CANMET材料技术实验室,其他铸造厂和水产品生产商。研究表明,铋和硒的组合提供相同的有利影响的切削性能,正如铅。此外,铋/硒黄铜的气密性和其他铸造特性几乎与传统的铅合金相同。

由行业联盟开发的优化的红色黄铜被指定为Envirobrass(Sebiloy)I和环境(Sebiloy)II。它们分别被授予了Uns Number C89510和C89520,并且所有没有限制的所有刚刚使用。Envirobrass(Sebiloy)I包含名义上1%BI和0.5%SE;环境(Sebiloy)II含有2%BI和1%SE(参见表格1).

名称SeBiLOY,反映了添加硒和铋在这些合金是铸造导向的名称。然而,鉴于人们对健康和环境的认识日益提高,采用EnviroBrass这个名称应该得到水龙头、阀门、水表和其他管道设备的指定者和购买者的高度接受。SeBiLOY将继续使用,有时会单独出现或出现在术语EnviroBrass后面的括号中。然而,EnviroBrass将在本和后续出版物中受到青睐。还开发了一种高锌黄色黄铜,命名为EnviroBrass III,命名为UNS编号89550。为了改善流动性,EnviroBrass III含有高达1.2%的铋和0.1%的硒,加上0.5%的铝表格1).它适用于永久模具和压力压铸件。

表格1.环境黄铜I,环境黄铜II和环境黄铜III合金的组成
元素 范围或Max %
EnviroBrass我 EnviroBrass二世 EnviroBrass三世
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
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.
镍(包括钴) 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%最小。
**经验偏好Bi:Se≥2:1。
*** BI:SE比率≥2:1。

没有铅是故意添加到环境黄铜。规定的铅含量,最高0.25%。对于EnviroBrass I, EnviroBrass II,和0.1% max。对于EnviroBrass III,考虑到铅可能存在于铸造合金通常制造的回收材料。然而,即使在最大允许水平,环境黄铜合金的含铅量也足够低,足以通过NSF标准61对大多数管道设备严格的铅浸出要求。如果要求较低的含铅量,可以在向铸锭供应商订购金属时指定。

注意的最大磷水平通常与红色黄铜合金相关。迄今为止高达约0.1%的级别已经显示出具有较高的极限拉伸强度和拉伸伸长率的益处。

为什么是铋和硒?

铋在许多方面与铅的作用很相似。在元素周期表上,它与铅相邻,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。像铅一样,铋几乎不溶于铜和铜合金中。爱游戏中心下载安装此外,它会导致加工芯片破碎成小的、容易去除的颗粒,类似于铅。

与铅不同,铋未被讨论对人类有毒,除非是巨大的剂量消耗。事实上,许多年的最常见用途一直是流行胃部药物的主要成分。

硒增强了铋在红色黄铜的作用;因此,降低了达到性质所需改善所需的铋的量。从健康角度来看,硒,如铜,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,需要最小的硒(以及铜)。爱游戏中心下载安装

机械性能

铋/硒环境黄铜合金的机械性能在功能上等同于标准的管道黄铜。具体来说,EnviroBrass I和EnviroBrass II显示了机械性能,包括硬度,与铅红黄铜相似,尽管拉伸延展性稍低。此外,EnviroBrass III的机械性能与铅黄黄铜相似。环境黄铜III的延展性略低于铅黄黄铜。随着锌、铋含量的增加,其强度增加,延性降低。这意味着目前用含铅黄铜制造的管道产品在用EnviroBrass合金铸造时不应该进行彻底的重新设计。机械性能列于表2根据ASTM B208铸造的标准试验棒。本文还将传统含铅铸造黄铜的性能进行了比较。

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)* 37(255) 17 (117) 30. 60
C84400(典型的)* 35 (241) 14(47) 28. 55.
Envirobrass I(典型)* 30(209) 20(136) 12. 37.
EnviroBrass I(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(典型的)* * 48 (332) 28 (192) 9 60
EnviroBrass III(典型的)* * 48 (332) 29(200) 8 63
EnviroBrass III(最小)* * 35 (240) 21 (140) 5 --
*砂型铸造
**永久模具铸造

标准铸造黄铜标准的可加工性

所有的水管铸件都是机加工的,机加工操作增加了制造成本。传统的铅铅管道合金具有很高的可切削性,因此并不总是需要切削液。

使用合金C36000,作为标准的可加工等级为100的主轴负载要求进行多种加工操作(见表3).EnviroBrass II已被分配为85的可加工性等级。对于简单的钻孔操作,名义上2%的Bi / 1%SE Envirobrass II合金实际上是机器,就像自由切割红黄铜一样快。Envirobrass I略微更难以加工可加工性等级为75. Envirobrass III,具有1.1%BI,达到97的最大可加工等级(钻孔),但随着铋含量降低,评级降低。在0.7%BI中,环境的可加工等级III落到75。

表3.可加工性等级
合金 环境黄铜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
环境黄铜III* - 0.7% Bi (C89550) 75
环境黄铜III* - 1.1% Bi (C89550) 97
*永久型铸型

用EnviroBrass II铸造的管道产品,可以以非常类似于铅红或半红黄铜的速度加工和进料。根据零件设计和经验,可能需要进行一些实践调整。此外,envirrobrass III中的永久性模具水暖产品可以用与含铅黄黄铜基本相同的做法进行加工,但具有更好的健康效益。当机械加工干燥时,EnviroBrass合金不会产生任何显著的含铅空气颗粒物。

与C83600或C84400相比,一些机加工车间使用EnviroBrass I和EnviroBrass II可能会经历稍高的刀具磨损。同样,当比较EnviroBrass III与C85800的可加工性时,可以观察到稍高的刀具磨损结果。原因尚不完全清楚。它似乎随工具和加工操作的类型而变化。测量结果表明,EnviroBrass合金的加工表面质量和光洁度与传统的含铅黄铜相当或更好。

环形合金通过抛光和抛光容易接受高光泽的表面。环境的颜色I和环境II几乎与标准的红色黄铜铸造合金几乎相同。Envirobrass III的颜色也几乎与铸造黄黄铜相同,这是一个令人愉快的浅黄色。镀金完全等同于C83600,C84400或C85800。铋和硒的铅的取代不会改变黄铜的耐腐蚀性。

良好的铸造性能

环形合金不是异国情调的实验室用品。它们已经在商业铸造厂进行了彻底测试,发现铸造属性类似于与铅红和黄黄铜相关的铸造物业。他们的铸造特征总结在表4

表4.环境黄铜合金的铸造特性(1)
合金 液相线,F (C) 冻结范围,F (C) 流动性,厘米在56°C(100°F)过热* 相对热撕裂抗力(越低越好)**
C83600 1850 (1010) 280 (156) 24. 15至21
C84400. 1840 (1004) 291 (161) 30. 23-24
EnviroBrass我C89510 1871 (1021) 371(206) 24. 14.
EnviroBrass II C89520 1842 (1005) 353(196) 25. 8
C85800 1650 (899) 50 (28) 媒介 媒介
EnviroBrass三世 1638 (892) 50 (32) 媒介
表4.环境黄铜合金的铸造特性(2)
合金 除渣 焊接 钎焊 截面大小对机械性能的影响
C83600 优秀的
C84400. 媒介 优秀的
EnviroBrass我C89510 优秀的
EnviroBrass II C89520 优秀的
C85800 媒介 媒介
EnviroBrass三世 媒介 媒介
* Ragone试验,参见S. Floreen & D.V. Ragone,“一些铝合金的流动性”,AFS Trans. 65, 1957, 391-393。
** Couture & Edwards Test,见A. Couture and J.O. Edwards,“铜合金的热撕裂,”AFS Trans。爱游戏中心下载安装1966年74日,709-721。给出的两个值分别代表大约1170°C(2140°F)和1225°C(2240°F)的浇注温度。

EnviroBrass I和EnviroBrass II:

  • 这些是长期冻结合金,与传统的红色黄铜C83600和C84400一样,尽管它们有稍宽的冻结范围。2% Bi/1% Se合金的液相线温度与红色黄铜基本相同。因此,浇注温度与铅合金相似,尽管铸造经验表明,添加过热度约150°F(83°C)往往是有益的。1% Bi/0.5% Se合金的液相线温度提高了约30°F(17°C),浇注温度也相应提高。
  • 与含铅红黄铜一样,EnviroBrass I和EnviroBrass II也开发了一种占铸件体积3.1%至3.5%的管道。
  • 收缩幅度在1.9%至3.7%之间。
  • 孔隙率最小,约0.4%。
  • 流动性与135°F(75℃)的过热的C84400的流动性相同,但它在高过热时的红色黄铜略微低。
  • 与铅红色黄铜相比,突然剖面变化的热撕裂的趋势发生显着降低。

Envirobrass III:

  • 它具有60°F(33°C)的短冻结范围,类似于铅黄黄铜中的含量。
  • 管道倾向很高。
  • 收缩范围应类似于含铅黄黄铜(未测量)的收缩范围。
  • 多孔性的形成趋势比含铅黄黄铜低。
  • 随着铋含量的增加,脱渣趋势增大。
  • 在类似铸造条件下,流动性略低于含铅黄黄铜。
  • 具有低于1.2%的铋的组合物没有显示永久模塑铸造的任何热撕裂趋势。这是相对于传统的引线黄铜(C85800)的优点,其易于在其标称组成范围内热撕裂。
  • 然而,当过热超过234°F(130°C)时,EnviroBrass III表现出严重的热撕裂。
  • 硼用于晶粒细化低锡合金,锆在高锡合金中起同样的作用。
  • 晶粒细化提高了流动性和抗热撕裂性。

健康和环境效益

EVITOBRASS合金,C89510,C89520和C89550的开发是为了提供管道工业,其合金也会比现有材料更好地表现,同时满足当前的联邦水质规定的严格要求。环境非常好,但它们还为铸造厂和管道制造商提供以下重大的环境,健康和安全益处:

  • 环境黄铜合金中可忽略的铅含量显著降低了铸造砂和布袋灰尘中的铅水平。铸造工人对空气中铅的暴露大大降低,而且砂的回收和处理成本也可以降低。
  • 当使用环境合金代替常规铅合金时,机器商店的机载铅水平降低。尤其如此,当加工干燥时。工人铅曝光相应减少。
  • 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保障措施,更健康的工作环境可能反映在较低的保险费用上。

总之……

环境黄铜合金I (C89510), II (C89520)和III (C89550)提供铸造行业现代,环境友好的合金,能够满足当前水纯度法规的严格要求。该合金具有良好的强度、优良的铸造性能和高的可加工性。其极低的含铅量提供了在铸造和机械车间降低成本的可能性。

展望未来……

没有特许权使用费或许可费用与任何环境黄铜合金。环境黄铜II (C89520)适用于ASTM规格b30和b584。在这份合金数据表公布的时候,ASTM对EnviroBrass I和III的行动正在进行中。由EnviroBrass铸件制造的产品,如管道固定装置和水龙头,将以“由EnviroBrass制造”的名称销售给消费者。

本出版物根据可用数据,已为行业专业人员提供准备。CDA对本出版物不承担任何责任或责任,并无任何关于此处所述信息的任何类型的保证。