好文分析,詳細(xì)解析鑄造鉛黃銅組織和脫鋅腐蝕性能如何控制
發(fā)布時間:2021-10-21點擊:2128
鑄造鉛黃銅合金因具有良好的力學(xué)性能和切削加工性能,廣泛應(yīng)用于衛(wèi)生潔具、水暖器材、儀器儀表、液壓閥門等方面。雖然鑄造鉛黃銅結(jié)晶溫度范圍小,充型能力強(qiáng),有鋅的除氣和脫氧作用等,但由于黃銅在凝固過程容易形成粗大的柱狀晶,鑄造組織粗大,鑄造過程中容易熱裂,使用過程出現(xiàn)滲漏等現(xiàn)象,影響其使用性能,細(xì)化鑄造黃銅的組織是提高抗熱裂和致密性的有效途徑之一。目前,加入細(xì)化劑是細(xì)化鑄造黃銅組織的主要方法,文獻(xiàn)研究了硼對鋁黃銅組織細(xì)化的影響,加人硼可以有效細(xì)化鋁黃銅鑄態(tài)組織,文獻(xiàn)還研究了RE能夠細(xì)化鋁黃銅的鑄態(tài)組織,關(guān)于硼和稀土對鑄造鉛黃銅組織和脫鋅性能的影響研究的文獻(xiàn)較少。本文研究了稀土和硼細(xì)化處理對鑄造鉛黃銅鑄態(tài)組織和脫鋅腐蝕性能的影響。
1.試驗材料及其過程
試驗材料牌號為ZCuZn40Pb2鉛黃銅,化學(xué)成分(質(zhì)量分?jǐn)?shù))為36.4%Zn、1.70%Pb、0.62%、A1、Cu余量。稀土以10%RE.AI中間合金加入,硼以Cu-4.68%B中間合金加入。在井式電阻爐中放人石墨坩堝進(jìn)行合金的熔煉。試驗鉛黃銅的熔煉工藝為:裝料熔化,溫度升至1 030℃時,分別用鐘罩法加入硼和稀土細(xì)化劑,進(jìn)行充分?jǐn)嚢?,保?0 min后,澆注預(yù)熱溫度為350℃左右的金屬型試棒和金屬型圓杯試樣。金屬型圓杯試樣法是鑄造銅合金企業(yè)檢驗細(xì)化處理良好與否***簡單和直接的方法。具體方法為,澆注圓杯試樣,待凝固結(jié)殼后,迅速倒掉圓杯試樣心部未凝固的銅液,得到已凝固結(jié)晶面的殼杯試樣,通過觀察結(jié)晶面的形貌特征來判斷細(xì)化處理的效果。鑄造鉛黃銅的脫鋅試驗腐蝕液為l%的CuCl2:溶液,溶液溫度為(75±10)℃,腐蝕時間24h,腐蝕完畢后取出,清洗烘干,從中心剖開試樣,制備金相試樣,利用顯微鏡觀察和測量腐蝕脫鋅深度,探討細(xì)化處理對鑄造鉛黃銅脫鋅腐蝕的影響。采用【PUS.PME3金相顯微鏡觀察顯微組織,組織的腐蝕液為5 gFeCl3+5 mlHCl+100 ml水溶液。
2.試驗結(jié)果及其分析
2.1細(xì)化劑對鉛黃銅組織的影響
圖l是未細(xì)化處理和硼及稀土細(xì)化處理鉛黃銅的組織??梢钥闯?,未細(xì)化處理的金屬型鑄造鉛黃銅的組織極為粗大(圖la),根據(jù)銅鋅相圖分析,鑄態(tài)組織應(yīng)為α相(白色)+β相(黑色)+Pb相,Pb相以黑色單質(zhì)的小質(zhì)點分布在α相之上或α與β相之間,鑄態(tài)未細(xì)化處理的組織中α和β相呈粗的長板條分布。RE和B細(xì)化處理后,α和β相明顯細(xì)化,B細(xì)化處理后粗大的板條狀α與β相消失,變成短小片狀或等軸狀晶粒(圖1b),RE細(xì)化處理組織與鑄態(tài)相比(圖1c),組織明顯細(xì)化,β與α相由粗的長板條變?yōu)槎痰募?xì)板條。因此,對于鑄造黃銅合金,用RE和B細(xì)化處理可以明顯改善鑄造黃銅的鑄態(tài)組織,在本試驗條件下,用硼處理的鑄態(tài)鉛黃銅組織細(xì)化效果要明顯好于用稀土細(xì)化處理的效果。
2.2細(xì)化劑對殼杯試樣表面形貌及其組織的影響
圖2是同一爐銅液硼細(xì)化處理前后殼杯試樣結(jié)晶面的形貌。可以看出,未細(xì)化處理的銅液澆注的殼杯試樣表面粗糙(圖2a),宏觀可以看出結(jié)晶表面存在許多不平的小凸起,圖3a是未細(xì)化處理結(jié)晶面及其附近組織形貌,可以看出,粗糙表面的組織為粗大的柱狀晶,粗糙的小凸起是銅液凝固時液/固界面留下的柱狀枝晶,由于試驗時把未凝固枝晶間液體倒掉,因此液體中前沿形成的柱狀晶被完全保留下來,形成粗糙的表面。圖2b是硼細(xì)化處理殼杯試樣表面,與未細(xì)化處理的相比,表面光滑,沒有粗糙小凸起,表面光學(xué)顯微鏡組織如圖3b所示,結(jié)晶面不平,但結(jié)晶面光滑,光滑結(jié)晶面的組織呈現(xiàn)等軸晶化,因此細(xì)化處理可以改變鑄造鉛黃銅的凝固組織。
2.3細(xì)化處理對鑄造黃銅脫鋅性能的影響
圖4是細(xì)化處理對鑄造鉛黃銅脫鋅深度的影響。由于脫鋅腐蝕,表層的組織有不同于里邊的白色層,這是由于在腐蝕環(huán)境中表面的鋅產(chǎn)生腐蝕,濃度降低,組織中富鋅相(β相)減少,α相增多,出現(xiàn)明顯的組織差別。未細(xì)化處理的鉛黃銅的脫鋅深度比較大(圖4a),定量測定其脫鋅層平均深度為17000um,稀土細(xì)化處理的脫鋅層深度次之(圖4b),定量測定其脫鋅層平均深度為132.2um,硼細(xì)化處理的脫鋅層深度***小(圖4c),定量測定其脫鋅層平均深度僅為57.2 um。這說明細(xì)化處理在細(xì)化鑄態(tài)組織的同時,可以有效地抑制鑄造黃銅的脫鋅腐蝕。特別是硼細(xì)化處理抑制鑄造黃銅脫鋅腐蝕效果更為明顯。關(guān)于鉛黃銅脫鋅腐蝕的機(jī)制,目前主要有兩種機(jī)制:一種是溶解.再沉積機(jī)制,另一種是鋅的優(yōu)先溶解機(jī)制,有時可能是兩者共同作用的結(jié)果。鋅的優(yōu)先溶解機(jī)制認(rèn)為黃銅腐蝕過程中,合金表面的鋅從黃銅中優(yōu)先溶解,產(chǎn)生雙空位,雙空位向合金內(nèi)部擴(kuò)散,鋅合金組分向表面擴(kuò)散,直到溶解。溶解.再沉積機(jī)制認(rèn)為黃銅脫鋅腐蝕包括兩種可能:一種是銅和鋅在陽極上同時溶解,當(dāng)溶液中的銅離子達(dá)到一定的濃度后,銅離子又被還原成金屬銅沉積在表面上,作為附加陰極加速合金中鋅的溶解;另一種是開始的很短一段時間內(nèi),鋅優(yōu)先溶解進(jìn)入溶液,隨著鋅擴(kuò)散變得困難,銅鋅將同時溶解,并伴隨著銅的返沉積。硼細(xì)化處理能抑制黃銅的脫鋅,主要是由于硼加入到ZCuZn40Pb2鉛黃銅中,能充填到晶界和雙空位處田,增加該處的健合力,阻礙晶界和雙空位的遷移通道,降低鋅的遷移速度,從而降低ZCuzn40Pb2鉛黃銅腐蝕速率。RE細(xì)化處理能消除黃銅基體中的雜質(zhì),當(dāng)ZCuZn40Pb2鉛黃銅中含有O、S等雜質(zhì)元素時,它們和基體的電極電位差較大,形成原電池,加速腐蝕,稀土能與O、S生成高熔點、低密度稀土化合物[81,容易上浮到渣中,從而凈化了基體,降低了腐蝕速度,稀土加入黃銅中,在其表面會形成一層極薄且致密的稀土氧化物,能阻止Zn、Cu原子向溶液的擴(kuò)散,降低溶解速度,從而延緩了腐蝕,提高了合金的脫鋅腐蝕性能。
3.結(jié)論
(1)RE或B細(xì)化處理能夠細(xì)化ZCuZn40Pb2鑄態(tài)組織,細(xì)化處理可以使黃銅粗大的長板條組織變?yōu)槎绦〉募?xì)板條或等軸晶組織。B細(xì)化處理的細(xì)化效果要比加入稀土細(xì)化處理的效果好。細(xì)化處理可以使殼杯試樣的表面由粗糙變?yōu)楣饣植诘谋砻鎸咏M織為柱狀晶,光滑的表面層組織為等軸晶。
(2)ZCuZn40Pb2合金進(jìn)行RE或B細(xì)化處理能抑制鑄態(tài)黃銅的脫鋅腐蝕,B細(xì)化處理抑制脫鋅性能要比RE細(xì)化處理抑制脫鋅性能明顯。
來源:銅合金熔鑄
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