发布时间：2021-07-01点击：3166
摘要:传统易切削黄铜多为含铅黄铜, 如: HPb59-1、HPb63-3 等广泛应用于机械制造中。 。。。。。 。这种含铅黄铜零部件报废后, 将以各种形式污染环境。 。。。。。 。近年来, 随着环保呼声的不断高涨, 无铅易切削黄铜的研制成为必然。 。。。。。 。然而黄铜的耐蚀性能是极其重要的使用性能, 也是本试验能否应用于实际生产所面临的问题。 。。。。。 。本文详细阐述了所制易切削黄铜的抗脱锌能力有较大提高及其原因。 。。。。。 。
关键词: 易切削; 黄铜; 脱锌中图分类号: TG146.1+1; TG291 文献标识码: A 文章编号: 1001- 4977 ( 2006) 05- 0516- 03
黄铜的耐蚀性能是极其重要的使用性能。 。。。。。 。�；；；； ；；仆诖笃暗退佟⒏稍铩⒋烤坏恼羝懈醇�, 在纯净淡水中腐蚀速度不大, 在海水中腐蚀速度略有增加,但在含O2、CO2、H2S、SO2、NH3等气体的水溶液中,腐蚀速度剧增。 。。。。。 。�；；；； ；；仆母粗饕辛街中问�, 即脱锌腐蚀和应力腐蚀。 。。。。。 。而应力腐蚀我们可以通过去应力退火来消除。 。。。。。 。�；；；； ；；仆诤醯闹行匝卫嗨芤褐�, 发生脱锌的机理目前根据国内外的研究进展, 普遍认为有: 再沉积机制[1], 双空位机理[2- 3], 渗流机制[4], 国内外不少文献报道[5- 7], 在黄铜中加入砷、硼等合金元素, 可不同程度地防止α黄铜的脱锌腐蚀, 并对其机理作了大量研究, 但关于(α+β)两相黄铜或含有γ相的黄铜的脱锌腐蚀研究甚少。 。。。。。 。为此我们进行了探索性研究。 。。。。。 。
1.试验方法及设备
在铅黄铜HPb59- 1合金的基础上以Bi代Pb, 并加入一定量的稀土, 进行合金成分控制试验。 。。。。。 。得出了***佳的Bi、稀土添加量。 。。。。。 。通过熔炼、铸造、检验后, 进行热挤、拉伸、退火等, 得到性能指标符合要求的无铅黄铜棒。 。。。。。 。具体工艺流程: 配 料- 熔 炼- 分 析- 铸 造- 挤压- 检验- 拉伸- 矫直- 切割试样- 脱锌试验/耐磨试验。 。。。。。 。
主要设备: 50 kg工频炉、3 000 k N挤压机、300k N拉伸机、箱式退火炉、矫直机、恒温水浴缸、线切割机、耐磨机、X荧光 分析 仪 、neophot-21金 相 显 微镜。 。。。。。 。
2.试验过程
2.1 合金成分
在X荧光分析仪下分析本实验得到的易切削黄铜棒成分如表1所示。 。。。。。 。
2.2 脱锌试验过程及结果
将挤压- 拉伸后的试样, 在线切割机上均匀的加工成为直径Φ12 mm、高(h)10 mm的柱状试样。 。。。。。 。经打
磨、抛光, 使表面光滑、规则。 。。。。。 。脱锌腐蚀的试样要先镶样, 然后打磨、抛光。 。。。。。 。脱锌腐蚀实验采用国际标准[8]在恒温水浴缸中进行。 。。。。。 。将试样垂直放入装有标准量的1.0% Cu C12溶液的烧 杯 中(溶 液 量 与 试 样 面 积 成 正 比 , 每 平 方 厘 米240ml), 水浴温度为75 ℃, 腐蚀时间为24 h。 。。。。。 。试验设备如图1 所示。 。。。。。 。
腐蚀完毕后, 取出试样, 清洗、酒精清洗、吹干,置于干燥器中。 。。。。。 。若干天后, 将试样从中心对称轴线处线切割开, 打磨光滑。 。。。。。 。在显微镜下测其腐蚀层厚度。 。。。。。 。选取易切削黄铜的部分试样与HPb59-1、H62试样进行比较, 在金相显微镜下放大100倍后测出各试样的腐蚀层厚度如图2、3、4、5所示。 。。。。。 。
表2示出了图2- 图5易切削黄铜典型试样的腐蚀层厚度。 。。。。。 。由表看出: ( 1) HPb59-1的抗脱锌性能***差, 而试验所得易切削黄铜的抗脱锌性能普遍较好; ( 2)加
入铋和稀土的易切削黄铜中Zn的含量越高, 其脱锌层越厚。 。。。。。 。
2.3 硬度耐磨试验结果及分析
试样的制备: 硬度试验时将带编号的样品加工成直径Φ12 mm、高 ( h) 10 mm的柱状试样。 。。。。。 。而耐磨试样则加工成标准样20 mm×15 mm×12 mm。 。。。。。 。试样硬度在布氏硬度计 ( 压力=250 kg、压头直径5mm) 上测量; 耐磨性测量在耐磨试验机 ( 正压力75kg,转速400 r/min, 时间2 min) 上进行, 测试样的失重。 。。。。。 。本试验选取的部分试样的硬度试验结果见表3。 。。。。。 。
由表3看出: ( 1) 试验得到的易切削Bi黄铜试样的硬度比HPb59-1高, 约为铅黄铜的121%～201% , 耐磨 性 能 远 大 于HPb59-1, 磨 损 量 约 为 铅 黄 铜 的9%～40% ; ( 2) 易切削Bi黄铜试样随铜含量的增加耐磨性能提高。 。。。。。 。
3.作用机理分析
( 1) 黄铜中的合金元素随腐蚀的进行逐渐向表层扩散, 形成新的合金化表面膜层, 即合金元素改变了氧化亚铜膜的缺陷结构[10], 从而使铜合金有了更为完善的表面保�；；；； ；；つ�, 阻止Zn
的扩散和流失。 。。。。。 。
( 2) Pickering和Wagner[11]提出表面的锌首先在腐蚀过程中阳极溶解产生双空位, 然后由于浓度梯度的影响, 双空位向合金内部扩散, 锌原子向表面扩散,从而产生锌的优先溶解。 。。。。。 。铜中双空位在25 ℃时的扩散率为1.310-l2cm2/s; 单空位在25 ℃时的扩散率仅为3×10-l9cm2/s[11]。 。。。。。 。由于铋原子填充到双空位处, 阻碍了Zn的扩散通道。 。。。。。 。强化了该黄铜(Cu-Zn合金)的晶界, 使晶界的腐蚀敏感性大大降低, 从而使脱锌得到抑制, 耐蚀性得到提高。 。。。。。 。文献[10]提出, 微量元素抑制脱锌多是通过抑制Zn扩散来实现的, 集中表现在两个方面: 一是参与形成保�；；；； ；；つげ�, 由膜层阻止Zn的扩散和流失;另一方面是填充到双空位处阻碍Zn的扩散通道
( 3) 稀土的加入可以大大细化晶粒, 从而增大了晶界面, 为Zn的扩散增加了阻力。 。。。。。 。另一方面由于稀土元素的净化变质作用, 使稀土黄铜中杂质、气孔、疏松等减少, 从而使硬度提高
( 4) 在磨损过程中, 由于铋弥散分布于基体中,形 成了理想的硬质点 ( Bi本 身 较 硬) 加 软 基 体 组 织( α+ β) , 在磨损过程中, 当软基体磨损后硬质点形成凸点, 支撑着摩擦表面, 从而大幅提高材料的耐磨性。 。。。。。 。硬质颗粒形态圆整, 有利于基体组织的较好结合, 阻止裂纹的形核和扩展。 。。。。。 。微量稀土元素的加入也能明显细 化 晶 粒 、 使α相 分 布 均 匀 。 。。。。。 。 根 据 磨 损 机 制 剥 层 理论[12], 这些在摩擦磨损过程中有利于释放塑性变形产生的应力, 迟缓裂纹的形核和扩展。 。。。。。 。
( 5) 本试验制得的易切削黄铜的切削性能和硬度、耐磨性能都优于传统的铅黄铜。 。。。。。 。
来源：中国知网 作者：陈丙璇
