摘要:傳統(tǒng)易切削黃銅多為含鉛黃銅, 如: HPb59-1、HPb63-3 等廣泛應(yīng)用于機械制造中。這種含鉛黃銅零部件報廢后, 將以各種形式污染環(huán)境。近年來, 隨著環(huán)保呼聲的不斷高漲, 無鉛易切削黃銅的研制成為必然。然而黃銅的耐蝕性能是極其重要的使用性能, 也是本試驗?zāi)芊駪?yīng)用于實際生產(chǎn)所面臨的問題。本文詳細闡述了所制易切削黃銅的抗脫鋅能力有較大提高及其原因。

關(guān)鍵詞: 易切削; 黃銅; 脫鋅中圖分類號: TG146.1+1; TG291 文獻標識碼: A 文章編號: 1001- 4977 ( 2006) 05- 0516- 03

黃銅的耐蝕性能是極其重要的使用性能。黃銅在大氣及低速、干燥、純凈的蒸汽中腐蝕極微, 在純凈淡水中腐蝕速度不大, 在海水中腐蝕速度略有增加,但在含O2、CO2、H2S、SO2、NH3等氣體的水溶液中,腐蝕速度劇增。黃銅的腐蝕主要有兩種形式, 即脫鋅腐蝕和應(yīng)力腐蝕。而應(yīng)力腐蝕我們可以通過去應(yīng)力退火來消除。黃銅在含氧的中性鹽類水溶液中, 發(fā)生脫鋅的機理目前根據(jù)國內(nèi)外的研究進展, 普遍認為有: 再沉積機制[1], 雙空位機理[2- 3], 滲流機制[4], 國內(nèi)外不少文獻報道[5- 7], 在黃銅中加入砷、硼等合金元素, 可不同程度地防止α黃銅的脫鋅腐蝕, 并對其機理作了大量研究, 但關(guān)于(α+β)兩相黃銅或含有γ相的黃銅的脫鋅腐蝕研究甚少。為此我們進行了探索性研究。

1.試驗方法及設(shè)備

在鉛黃銅HPb59- 1合金的基礎(chǔ)上以Bi代Pb, 并加入一定量的稀土, 進行合金成分控制試驗。得出了***佳的Bi、稀土添加量。通過熔煉、鑄造、檢驗后, 進行熱擠、拉伸、退火等, 得到性能指標符合要求的無鉛黃銅棒。具體工藝流程: 配 料- 熔 煉- 分 析- 鑄 造- 擠壓- 檢驗- 拉伸- 矯直- 切割試樣- 脫鋅試驗/耐磨試驗。

主要設(shè)備: 50 kg工頻爐、3 000 k N擠壓機、300k N拉伸機、箱式退火爐、矯直機、恒溫水浴缸、線切割機、耐磨機、X熒光 分析 儀 、neophot-21金 相 顯 微鏡。

2.試驗過程

2.1 合金成分

在X熒光分析儀下分析本實驗得到的易切削黃銅棒成分如表1所示。

2.2 脫鋅試驗過程及結(jié)果

將擠壓- 拉伸后的試樣, 在線切割機上均勻的加工成為直徑Φ12 mm、高(h)10 mm的柱狀試樣。經(jīng)打

磨、拋光, 使表面光滑、規(guī)則。脫鋅腐蝕的試樣要先鑲樣, 然后打磨、拋光。脫鋅腐蝕實驗采用國際標準[8]在恒溫水浴缸中進行。將試樣垂直放入裝有標準量的1.0% Cu C12溶液的燒 杯 中(溶 液 量 與 試 樣 面 積 成 正 比 , 每 平 方 厘 米240ml), 水浴溫度為75 ℃, 腐蝕時間為24 h。試驗設(shè)備如圖1 所示。

腐蝕完畢后, 取出試樣, 清洗、酒精清洗、吹干,置于干燥器中。若干天后, 將試樣從中心對稱軸線處線切割開, 打磨光滑。在顯微鏡下測其腐蝕層厚度。選取易切削黃銅的部分試樣與HPb59-1、H62試樣進行比較, 在金相顯微鏡下放大100倍后測出各試樣的腐蝕層厚度如圖2、3、4、5所示。

表2示出了圖2- 圖5易切削黃銅典型試樣的腐蝕層厚度。由表看出: ( 1) HPb59-1的抗脫鋅性能***差, 而試驗所得易切削黃銅的抗脫鋅性能普遍較好; ( 2)加

入鉍和稀土的易切削黃銅中Zn的含量越高, 其脫鋅層越厚。

2.3 硬度耐磨試驗結(jié)果及分析

試樣的制備: 硬度試驗時將帶編號的樣品加工成直徑Φ12 mm、高 ( h) 10 mm的柱狀試樣。而耐磨試樣則加工成標準樣20 mm×15 mm×12 mm。試樣硬度在布氏硬度計 ( 壓力=250 kg、壓頭直徑5mm) 上測量; 耐磨性測量在耐磨試驗機 ( 正壓力75kg,轉(zhuǎn)速400 r/min, 時間2 min) 上進行, 測試樣的失重。本試驗選取的部分試樣的硬度試驗結(jié)果見表3。

由表3看出: ( 1) 試驗得到的易切削Bi黃銅試樣的硬度比HPb59-1高, 約為鉛黃銅的121%～201% , 耐磨 性 能 遠 大 于HPb59-1, 磨 損 量 約 為 鉛 黃 銅 的9%～40% ; ( 2) 易切削Bi黃銅試樣隨銅含量的增加耐磨性能提高。

3.作用機理分析

( 1) 黃銅中的合金元素隨腐蝕的進行逐漸向表層擴散, 形成新的合金化表面膜層, 即合金元素改變了氧化亞銅膜的缺陷結(jié)構(gòu)[10], 從而使銅合金有了更為完善的表面保護膜, 阻止Zn

的擴散和流失。

( 2) Pickering和Wagner[11]提出表面的鋅首先在腐蝕過程中陽極溶解產(chǎn)生雙空位, 然后由于濃度梯度的影響, 雙空位向合金內(nèi)部擴散, 鋅原子向表面擴散,從而產(chǎn)生鋅的優(yōu)先溶解。銅中雙空位在25 ℃時的擴散率為1.310-l2cm2/s; 單空位在25 ℃時的擴散率僅為3×10-l9cm2/s[11]。由于鉍原子填充到雙空位處, 阻礙了Zn的擴散通道。強化了該黃銅(Cu-Zn合金)的晶界, 使晶界的腐蝕敏感性大大降低, 從而使脫鋅得到抑制, 耐蝕性得到提高。文獻[10]提出, 微量元素抑制脫鋅多是通過抑制Zn擴散來實現(xiàn)的, 集中表現(xiàn)在兩個方面: 一是參與形成保護膜層, 由膜層阻止Zn的擴散和流失;另一方面是填充到雙空位處阻礙Zn的擴散通道

( 3) 稀土的加入可以大大細化晶粒, 從而增大了晶界面, 為Zn的擴散增加了阻力。另一方面由于稀土元素的凈化變質(zhì)作用, 使稀土黃銅中雜質(zhì)、氣孔、疏松等減少, 從而使硬度提高

( 4) 在磨損過程中, 由于鉍彌散分布于基體中,形 成了理想的硬質(zhì)點 ( Bi本 身 較 硬) 加 軟 基 體 組 織( α+ β) , 在磨損過程中, 當軟基體磨損后硬質(zhì)點形成凸點, 支撐著摩擦表面, 從而大幅提高材料的耐磨性。硬質(zhì)顆粒形態(tài)圓整, 有利于基體組織的較好結(jié)合, 阻止裂紋的形核和擴展。微量稀土元素的加入也能明顯細 化 晶 粒 、 使α相 分 布 均 勻 。 根 據(jù) 磨 損 機 制 剝 層 理論[12], 這些在摩擦磨損過程中有利于釋放塑性變形產(chǎn)生的應(yīng)力, 遲緩裂紋的形核和擴展。

( 5) 本試驗制得的易切削黃銅的切削性能和硬度、耐磨性能都優(yōu)于傳統(tǒng)的鉛黃銅。

 來源：中國知網(wǎng)   作者：陳丙璇