无铅镁锑黄铜的性能研究

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铅黄铜由于具有良好的力学性能、热加工性能和切削性能,以及低廉的价格,被广泛地应用于各个行业。但铅黄铜中的铅元素有毒,危害人体健康和污染生态环境,现在世界各国纷纷出台相关法律法规限制铅的使用。因此,研制新型无铅易切削黄铜代替铅黄铜已势在必行。本课题组前期探索实验研制的镁锑黄铜的力学性能和切削性能已经达到HPb59-1的水平。本文在此基础上,对镁锑黄铜的热挤压性能、脱锌腐蚀性能、切削性能、热处理工艺和力学性能等进行了较全面的研究,得出以下主要结论:   (1)通过热挤压实验探讨了镁锑黄铜的热挤压工艺。结果表明:无铅镁锑黄铜具有优良的热挤压性能,可行的热挤压工艺为:坯料在700~780℃之间保温1小时;模具加热到450℃,保温1小时;挤压比为24~83;挤压速度为10~24mm/s。   (2)通过脱锌腐蚀实验测量了无铅镁锑黄铜的耐蚀性,运用金相显微镜、SEM、EPMA、EDS等分析方法对其脱锌腐蚀机理和微量元素Sn、Al对耐腐蚀性能的作用及机理进行了研究。结果表明:无铅镁锑黄铜的脱锌腐蚀首先发生在暴露于基体的β相,待β相脱锌完全后再沿着α相的晶界扩展到另一个β相;当α相周围的晶界和β相脱锌完全后,α相开始脱锌。添加微量铝和锡元素可以有效地抑制镁锑黄铜的脱锌腐蚀,使其抗脱锌腐蚀性能优于铅黄铜HPb59-1的水平,作用机理是:一方面,Sn向α晶界富集,强化了晶界,降低晶界的腐蚀敏感性;另一方面,向外表面聚集的Sn与Cu、O等形成了成分复杂的连续的致密保护膜,覆盖整个外表面,阻止了Zn的溶解,有效地抑制无铅镁锑黄铜的脱Zn。   (3)运用金相显微镜、SEM、EPMA、EDS等分析方法对合金显微组织和各合金元素的分布及作用进行研究。结果表明:镁锑黄铜主要由占多数的条状α相、少量β相和金属间化合物组成。锑元素的主要作用是与铜、镁形成颗粒状金属间化合物,其脆而不硬,弥散分布于基体上,切削时起到断屑作用。镁元素的作用是:一方面,参与颗粒状金属间化合物的形成;另一方面,溶于α相起到固溶强化的作用。随着镁含量的增加,合金的抗拉强度提高,延伸率下降。稀土元素在无铅镁锑黄铜中起到细化晶粒、均匀化组织的作用,并使金属间化合物均匀分布于基体上。   (4)对不同状态镁锑黄铜的显微组织和力学性能的研究表明:从铸造、热挤压、固溶到时效处理,镁锑黄铜的力学性能随着组织结构的变化而变化,挤压态时的综合力学性能最佳。金属间化合物在铸造态时呈颗粒状均布于基体上,在挤压态时沿着挤压方向呈短条状分布,固溶处理后分解溶入基体中,时效处理后镁、锑元素析出重新形成金属间化合物。   (5)通过切削性能实验研究了无铅镁锑黄铜的切削性能。结果表明:无铅镁锑黄铜的切削性能与铅黄铜HPb59-1相当,达到代替铅黄铜的水平。
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