锑黄铜组织与性能的研究

维普资讯 http://www.cqvip.com Ｊａｎ．２ｏ０８　Ｖｏ１．５７　Ｎｏ．１　铸　造　・　５９　・　ＦＯＵＮＤＲＹ　锑黄铜组织与性能的研究　舒学鹏，肖来荣，易丹青，覃静丽，张路怀，张喜民　（中南大学材料科学与工程学院，湖南长沙４１００８３）　摘要：采用熔铸、轧制的方法生产出了以锑代铅的环保型无铅易切削黄铜板材。通过ＳＥＭ、ＯＭ对锑黄铜的微观组织　进行了分析，并对其力学性能进行了研究。结果表明，锑主要以金属间化合物存在于ｐ相以及ｎ和ｐ相的相界处；主要　力学性能与ＨＰｂ５９．１铅黄铜相当，锑黄铜的抗拉强度为４６１．７２ＭＰａ，屈服强度为２１３．３　ＭＰａ，伸长率为１５．６７％。研制的锑　黄铜替代铅黄铜，具有可行性。　关键词：无铅黄铜；锑；组织结构；力学性能　中图分类号：ＴＧ１４６．１　１文献标识码：Ａ文章编号：１００１－－４９７７（２００８）Ｏ１—００５９—０４　Ｍｉｃｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅ　ａｎｄ　Ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ　ｏｆ　Ｓｔｉｂｉｕｍ　Ｂｒａｓｓ　ＳＨＵ　Ｘｕｅ－ｐｅｎｇ，ＸＩＡＯ　Ｌａｉ－ｒｏｎｇ，ＹＩ　Ｄａｎ－ｑｉｎｇ，ＱＩＮ　Ｊｉｎｇ—ｌｉ，ＺＨＡＮＧ　Ｌｕ—ｈｕａｉ，ＺＨＡＮＧ　Ｘｉ—ｍｉｎ　（Ｓｃｈｏｏｌ　ｏｆ　Ｍａｔｅｒｉａｌ　Ｓｃｉｅｎｃｅ　ａｎｄ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｃｅｎｔｒａｌ　Ｓｏｕｔｈ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｃｈａｎｇｓｈａ　４１　００８３，　Ｈｕｎａｎ，Ｃｈｉｎａ）　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ａ　ｎｅｗ　ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌ　ｆｒｉｅｎｄｌｙ　ｆｒｅｅ　ｃｕｔｔｉｎｇ　ｂｒａｓｓ　ｃｏｎｔａｉｎｉｎｇ　ｓｔｉｂｉｕｍ　ｉｎｓｔｅａｄ　ｏｆ　ｌｅａｄ　ｗａｓ　ｐｒｏｄｕｃｅｄ　ｂｙ　ｃａｓｔｉｎｇ　ａｎｄ　ｒｏｌｌｉｎｇ。Ｉｔｓ　ｍｉｃｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅ　ｗａｓ　ｏｂｓｅｒｖｅｄ　ａｎｄ　ｉｔｓ　ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ，ｄｅｚｉｎｃｉｎｇ　ａｎｄ　ｃｕｔｔｉｎｇ　ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ　ｗｅｒｅ　ｓｔｕｄｉｅｄ．Ｔｈｅ　ｒｅｓｕｌｔｓ　ｓｈｏｗｅｄ　ｔｈａｔ　ｓｔｉｂｉｕｍ，ｍａｉｎｌｙ　ａｓ　ｉｎｔｅｒｍｅｔａｌｌｉｃｓ，ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ　ｉｎ　１３　ｐｈａｓｅ　ａｓ　ｗｅｌｌ　ａｓ　ａｔ　ｔｈｅ　ｉｎｔｅｒｆａｃｅ　ｏｆ　ｏ【，ｐ　ｐｈａｓｅ．Ｔｈｅ　ｔｅｎｓｉｌｅ　ｓｔｒｅｎｇｔｈ，ｙｉｅｌｄ　ｓｔｒｅｎｇｔｈ，ｅｌｏｎｇａｔｉｏｎ　ｏｆ　Ｓｂ—ｂｒａｓｓ　ｉｓ：４６１．７２　ＭＰａ，２１　３．３　ＭＰａ　ａｎｄ　１　５．６７％，ｒｅｓｐｅｃｔｉｖｅｌｙ．Ｓｏ　ｉｔ　ｉｓ　ａ　ｆｅａｓｉｂｌｅ　ｓｕｂｓｔｉｔｕｔｅ　ｆｏｒ　ＨＰｂ５９．１．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ￣ｕｎｌｅａｄｅｄ　ｂｒａｓｓ；ｓｔｉｂｉｕｍ；ｍｉｃｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅ；ｍｅｃｈａｎｉｃａＩ　ｐｒｏｐｅｒｔｙ　铅黄铜具有优异的切削性能和耐磨性能，广泛应　用于如电子电器接插件、仪表零件、饮水系统的水管、　模铸扁锭；并在７００－－－８５０℃进行铸锭均匀化处理，然　后在７００－－－８００℃进行热轧加工，最终板材厚度约２　ｎ３Ｔｎ。　合金成分如表１所示。　表１合金成分　Ｔａｂｌｅ　１　Ｃｈｅｍｉｃａｌ　ｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ　ｏｆ　ａｌｌｏｙ　（％）　水龙头、阀门、管接头以及汽车、消防和飞机等使用　的液压阀门等各种领域，但铅是一种有毒的元素【Ｉ－３］，　各国相继出台了对含铅铜合金应用的限令，铅黄　铜的应用将面临严格的和挑战　，因而开发无铅易　切削铜合金来替代铅黄铜已成为当今世界金属材料制　造业的重大课题　。　１．２力学性能检测　在材料电子万能试验机ＣＳＳ．４４１００上进行室温拉伸　试验，测定其抗拉强度和伸长率，在６９．１型布洛维光　学硬度仪上测定材料的布氏硬度；分别在　ＰＯＬＹＶＡＲ－ＭＥＴ金相显微镜和Ｓｅｒｎｉｒ２００型场发射扫描　目前，国外对无铅易切削黄铜的研究也刚刚开始［８－１ｑ。　考虑到代替铅元素的合金元素必须既要保证其切削性　能，又要兼顾其无毒性和市场前景，作者使用Ｓｂ替代　有害的Ｐｂ，添加一定量的Ｔｉ和ｃｅ来改善合金性能，对　其组织和性能进行研究，为无铅易切削黄铜的研究开　发进行初步的研究探讨。　电镜下进行显微组织观察。　２试验结果及分析　２．１锑黄铜显微组织　图１～图５分别为锑黄铜铸态、均匀化退火态、热轧　纵向、热轧横向和再结晶退火态的金相照片。由金相　照片可以看出，锑黄铜铸态组织中枝晶组织发达，晶　粒相对粗大，晶界比较宽，这是由于在熔炼过程中晶　１　试验方法　１．１合金制备　在中频感应炉进行熔炼，原料为２　电解铜、纯Ｚｎ、　ｃｕ　Ｔｉ中间合金和纯Ｓｂ，采用１　２００℃加ｃｕ、Ｃｕ　Ｔｉ合　金，４５０￣５５０℃加Ｓｂ、ｚｎ和Ｃｅ的方法进行熔炼；用铁　基金项目：国家“十一五”重点课题支撑计划（２００６ＢＲＥ０３Ｂ０２）。收稿日期：２００７－１０－２９。　作者简介：舒学鹏（１９８３－），男，河南洛阳人，硕士研究生，研究方向：无铅易切削黄铜合金。Ｅ—ｍａｉｌｔ　ｊｘｗｓｏｎｇ０４０３＠ｓｉｎａ．ｃｏｎｒ　维普资讯 http://www.cqvip.com 维普资讯 http://www.cqvip.com

维普资讯 http://www.cqvip.com Ｊａｎ。２ＯＯ８　ＦＯＵＮＤＲＹ　ＶＯＩ。５７　Ｎｏ。１　无铅锑黄铜和铅黄铜ＨＰｂ５９．１合金的切屑如图１　１中　照片所示，两种合金切屑的尺寸都较小。铅黄铜　ＨＰｂ５９．１合金的切屑细长，呈短针状，无铅锑黄铜的切　屑为碎片状，它的内表面呈光滑状；无铅锑黄铜的切　参考文献：　【１］徐进，徐立红．环境铅污染及其毒性的研究进展【Ｊ］．环境与职业　医学，２００５。２５（３）：２７１—２７４．　【２］王疆，李昆仑，郦剑，等．饮用水系统黄铜零部件无铅化处理技　术研究【Ｊ］．中国表面工程，２００４（６）：４３．　【３］Ｋａｒｌｅｋａｓ　ａＰ　Ｃ，Ｊｒ　Ｃｒａｕｎ　Ｇ　Ｆ．Ｌｅａｄ　ａｎｄ　ｏｔｈｅｒｔｒａｃｅ　ｍｅｔａｌｓ　ｉｎ　ｎｋ　ｗａｔｅｒｉｎｔｈｅｂｏｓｔｏｎｍｅｔｒｏｐｏｌｉｔａｎ　ａｒｅａ【Ｊ】．ＮｅｗＥｎｇｌａｎｄＷａｔｅｒＷｏｒｋｓ　Ａｓｓｏｅ，１９７６，９０：１６０－１７２．　削过程较平稳，波动较小，已加工的合金表面光滑，　表面粗糙度较小，可初步认定切削性能与铅黄铜　ＨＰｂ５９．１相当。　李晓欣，朱冬生．欧盟ＲｏＨｓ指令的有害物质替代研究【Ｊ］．电机电　器技术，２００５（１）：３４—３６．　【５］Ｊａｎｇ　Ｙ　Ｈ，Ｋｉｍ　Ｓ　Ｓ，Ｋｉｍ　Ｉ　Ｓ．Ｅｆｆｅｃｔ　ｏｆ　ａｌｌｏｙｉｎｇ　ｅｌｅｍｅｎｔｓ　ｏｎ　ｅｌｅｖａｔｅｄ　ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ　ｔｅｎｓｉｌｅ　ｄｕｃｔｉｌｉｔｙ　ｏｆＢｉ　ａｄｄｅｄ　Ｐｂ—ｆｒｅｅ　ｂｒａｓｓ【Ｊ］．　Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆｔｈｅＫｏｒｅａｎ　ｈｌｄａｔｕｔｅ　ｏｆＭｅｔａｌｓ　ａｎｄＭａｔｅｒｉａｌｓ，２００４，４２　（７）：５３７—５４２．　（ａ）锑黄铜　（ｂ）ＨＰｂ５９一ｌ铅黄铜　【６］Ｙｏｕ　Ｓ　Ｊ，Ｃｂｏｉ　Ｙ　Ｓ，Ｋｉｌｎ　Ｊ　Ｇ．Ｓｔｒｅｓｓ　ｃｏｒｒｏｓｉｏｎ　ｃｒａｃｋｉｎｇ　ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ　ｏｆ　图ｌｌ合金试样切屑　ｎｅｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌｌｙ　ｆｒｉｅｎｄｌｙ　ｕｎｌｅａｄｅｄ　ｂｒａｓｓｅｓ　ｃｏｎｔａｉｎｉｎｇ　ｂｉｓｍｕｔｈ　ｉｎ　Ｆ　．１ｌ　Ｔｈｅ　ｃｕｔｔｉｎｇｓ　ｏｆａｌｌｏｙ　ｍａｔｔｓｓｏｎ　ｓ　ｓｏｌｕｔｉｏｎ　ｔＪ】．Ｍａｔｅｒｉａｌｓ　Ｓｃｉｎｅｃｅ　ａｎｄ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ　Ａ，　２００３，３４５（１２２）：２０７—２１４．　在铅黄铜中，铅不溶于黄铜，呈游离态均匀分布，　【７］Ｎａｋａｎｏ　Ａ，Ｈｉｇａｓｈｉｉｒｉｋｉ　Ｋ，Ｒｏｃｈｍａｎ　Ｎ　Ｔ．Ｒｅｍｏｖａｌ　ｏｆｌｅａｄ　ｆｒｏｍ　切削时在刀头与屑的接触局部受热而瞬间熔化（热　ｂｒａｓｓ　ｓｃｒａｐ　ｂｙ　ｃｏｍｐｏｕｎｄ－ｓｅｐａｒａｔｉｏｎ　ｍｅｔｈｏｄ【Ｊ］．Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆｔｈｅ　Ｊａｐａｎ　脆），这有助于改变切屑的形状，并起到润滑工具的作　Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ　ｏｆＭｅｔａｌｓ，２００５，６９（２）：１９８—２０１．　用，故其切削性能良好。无铅锑黄铜中分布有含锑脆　【８］杨斌，张丽娜，刘柏雄，等．无铅易切削硒铋黄铜的研究　．热　性化合物第二相粒子【ｌ２】，与刀刃接触时在剪切应力的　加工工艺，２００７。３６（１）：ｌｌ—ｌ３．　作用下易于破碎，断口处接触的金属发生应力集中，　【９］Ｙｏｕ　Ｓ　Ｊ，Ｃｈｏｉ　Ｙ　Ｓ，Ｋｉｍ　Ｊ　Ｇ．Ｓｔｒｅｓｓ　ｃｏｒｒｏｓｉｏｎ　ｃｒａｃｋｉｎｇ　ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ　ｏｆ　ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔｌａｌｙ　ｆｒｉｅｎｄｌｙ　ｕｎｌｅａｄｅｄ　ｂｒａｓｓｅｓ　ｃｏｎｔａｉｎｉｎｇ　ｂｉｓｍｕｔｈ　ｉｎ　很容易萌生裂纹并扩展，使切屑很快断裂而不连续长　ｍａｔｔｓｓｏｎ’ｓ　ｓｏｌｕｔｉｏｎ【Ｊ】．Ｍａｔｅｒｉａｌｓ　Ｓｃｉｅｎｃｅ　ａｎｄ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ　Ａ，　大，减小切屑的尺寸，从而提高了无铅锑黄铜的切削　２００３，３４５（１２２）：２０７—２１４．　性能。　【１０］Ｎａｋａｎｏ　Ａ，Ｈｉｇａｓｈｉｉｒｉｋｉ　Ｋ，Ｒｏｃｈｍａｎ　Ｎ　Ｔ．Ｒｅｍｏｖａｌ　ｏｆｌｅａｄ　ｆｒｏｍ　３结论　ｂｒａｓｓ　ｓｃｒａｐ　ｂｙ　ｃｏｍｐｏｕｎｄ－ｓｅｐａｒａｔｉｏｎｍｅｔｈｏｄ【Ｊ］．Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆｔｈｅ　Ｊａｐａｎ　Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ　ｏｆＭｅｔａｌｓ。２００５，６９（２）：１９８—２０１。　（１）锑主要以金属间化合物形式存在于合金中，　【ｌ１］ＭｅｕｎｉｒｅＩ，Ｇａｙ　ＪＭ，ＬａｐｅｎａＬ，ｅｔａ１．Ａｔｏｍｉｃ　ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ　ｏｆｔｈｅ　ＳｂＣｕ　ｓｕｒｆａｃｅ　ａｌｌｏｙ：ａ　ｓｕｒｆａｃｅ　Ｘ—ｒａｙ　ｄｉｆｆｒａｃｔｉｏｎ　ｓｔｕｄｙ【Ｊ】．Ｓｕｒｆａｃｅ　Ｓｃｉｅｎｃｅ，　在铸态下存在于　和Ｂ相内，经均匀化处理后，其主要　１９９９。４２２：４２—４９．　分布于　相以及　和　相的相界上。　【ｌ２］张明，谢潇，孟宪旗，等。生态环保新型无铅易切削低锑铋黄铜　（２）锑黄铜在热轧过程中出现了明显的动态再结　合金及其制造方法【Ｐ］．中国专利：２００５１００５０４２５．４，２００５．　晶现象。　【ｌ３］张明，章四琪，谢潇，等．无铅易切削黄铜合金【Ｐ］。中国专利：　（３）无铅锑黄铜的抗拉强度为４６１．７２］ＶＩＰａ，伸长　２００４１００１５８３６．５，２００４。　率为１５．６７％，屈服强度大约为２１３．３］ＶＩＰａ，综合力学性　【１４］Ｃｈａｔａｉｎ　Ｄ　Ｗ，Ｙｎｂｌａｔｔ　Ｐ，Ｒｏｈｒｅｒ　Ｇ　Ｓ．Ａｎｉｓｏｔｒｏｐｉｃ　ｐｈｅｎｏｍｅｎａ　ａｔ　能优异。　ｎｉｔｅｒｆａｃｅｓ　ｉｎ　ｂｉｓｍｕｔｈ－ｓａｔｕｒａｔｅｄ　ｃｏｐｐｅｒ　．Ｓｃｒｉｐｔａ　Ｍａｔｅｒｉａｌｉａ，　（４）合金的脱锌腐蚀性能良好，纵向平均脱锌层厚　２００４，５０（５）：５６５—５６９．　【ｌ５］陈丙璇，宋婧，钟建华。易切削黄铜耐摩耐腐蚀性能的研究【Ｊ】．铸　度约为２９５．４　ｍ，横向平均脱锌层厚度约为２１４．７　ｍ，　造，２００６，５５（５）：５ｌ６—５ｌ８．　优于铅黄铜ＨＰｂ５９—１。　（５）添加ｓｂ黄铜的切削性能与铅黄铜ＨＰｂ５９—１相　（编辑：田世江，ｔｓｊ＠ｆｏｕｎｄｒｙｗｏｒｌｄ。ｃｏｍ）　当，替代铅黄铜，具有可行性。　－—卜－—卜－—卜－　（上接第５８页）　【１４］ＴａｎｇＮ　Ｙ，Ｔａｐｌｉｎ　Ｄ　Ｍ　Ｒ，Ｄｕｎｌｏｐ　Ｇ　Ｌ．Ｐｒｅｃｉｐｉｔａｔｉｏｎ　ａｎｄ　ａｇｉｎｇ　ｉｎ　ｄｉａｇｒａｍ【Ｊ】．Ｈａｍａｌａｉｎｅｎ，　Ｌｉｌｉｕｓ　Ｋ　Ｈ．Ｓｃｒ．Ｍｅｔａｌ１．Ｍａｔｒｅ．，　ｈｉｇｈ－ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｉｙｔ　Ｃｕ—Ｃｒ　ａｌｌｏｙｓ　ｗｉｔｈ　ａｄｄｉｔｉｏｎｓ　ｏｆ　ｚｉｒｃｏｎｉｕｍ　ａｎｄ　ｌ９９５，３２：２００９．　ｍａｇｎｅｓｉｕｍ【Ｊ］．Ｍａｔｅｒ．Ｓｃｉ．Ｔｅｅｈ．，１９８５（１）：２７０－２７５．　【１７］ＡＳＭ　Ｈａｎｄｂｏｏｋ（Ｖｏｌｕｍｅ３）　Ａｌｌｏｙ　Ｐｈａｓｅ　Ｄｉａｇｒａｍｓ【Ｍ】．ＵＳＡ：Ｔｈｅ　【１５］Ｚｅｎｇ　Ｋ　Ｊ，Ｈａｍａｌａｉｎｅｎ　Ｈ．Ｔｈｅｏｒｅｔｉｃａｌ　ｓｔｕｄｙ　ｏｆｔｈｅ　ｐｈａｓｅ　ｅｑｕｉｌｉｂｒｉａ　ｉｎ　ＡＳＭ　Ｉｎｔｅｍａｔｉｏｎａｌ，ｌ９９２．　ｈｔｅ　Ｃｕ—Ｃｒ－Ｚｒ　ｓｙｓｔｅｍ【Ｊ］＿Ａｌｌｏｙ　Ｃｏｍｐｏｕｎｄ，１９９５，２２０：５３．　【１６］Ｚｅｎｇ　Ｋ　Ｊ．Ｐｈａｓｅ　ｒｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐｓ　ｉｎ　Ｃｕ—ｒｉｃｈ　ｃｏｍｅｒ　ｏｆｔｈｅ　Ｃｕ－Ｃｒ－Ｚｒ　ｐｈａｓｅ　（编辑：田世江，ｔｓｊ＠ｆｏｕｎｄｒｙｗｏｒｌｄ．ｃｏｍ）