无铅易切削锻造锰黄铜的组织和性能研究_杨磊.pdf

无铅易切削锻造锰黄铜的组织和性能研究 杨 磊，陈由熹，唐午媛（铜陵市特种设备监督检验中心，安徽 铜陵；铜陵市新桥中心小学，安徽 铜陵）摘 要：本文沿着两个思路对锰黄铜的组织、力学性能及其切削性能进行研究，实验结果表明，成分微调的锰黄铜，由于 相内部含细小的、弥散分布的颗粒，硬度提高到，相对切削率提高到；加 的锰黄铜，相内部含细小的、弥散分布的颗粒，且含有针状物，抗拉强度提高到，硬度提高到，延伸率降低为，由于塑韧性的降低，导致锻造加工困难，相对切削率为，但是实际使用下料、钻孔时切削能力提高明显。关键词：无铅锰黄铜；镁元素切削性能；显微组织中图分类号：文献标识码：文章编号：（）收稿日期：作者简介：杨磊（），男，工程师，从事特种设备检验检测工作。概述铅黄铜，俗称易切削黄铜，具有优异的切削性能和耐磨性能，由于铅黄铜的切削性优良，生产成本低（含 低），同时冷热加工性好，可通过不同的铸造工艺进行成形，因而被广泛应用于各种领域，由于铅易溶出，易造成环境污染，危害人们的身体健康，已经引起世界各国的重视。随着我国国民经济的发展和人民生活水平的提高，对环境和各种卫生许可的要求将逐渐与国际接轨，因此，研制无铅易切削黄铜已成必然，开发一种具有无毒、优良切削性能、良好力学性能、抗腐蚀性能且价格相对低廉的易切削黄铜将会产生巨大的经济效益和社会效益。无铅易切削黄铜的研究现状目前无铅易切削黄铜以铋黄铜为主，但铋黄铜切削性能仍与黄铜有一定差距，且铋黄铜的热加工性能比较差，退火工艺制度和锻造工艺制度尚不成熟，其它黄铜存在类似的问题。研究目的和内容含铅铜合金具有易切削和优良的物理、化学、力学性能，是广泛使用的一类铜合金。但是这类铜合金在生产和使用过程中会造成环境污染，危害人体健康，因而其应用日益受到严格的限制。为了降低铅的有害作用，科研人员就饮用水对黄铜的腐蚀机理及添加元素对黄铜的腐蚀性影响进行了系统的研究，并采取了多种措施，如添加锡、镍等合金元素来提高铅黄铜的耐蚀性能，或将可溶性的铅去除或抑制铅的浸出等。由于铅是黄铜的合金元素，黄铜中始终存在着铅，所以上述方法只能从一定程度上减轻铅的毒副作用，而无法根本上消除铅的有害作用。由于硒和铋的资源非常有限，而且价格较高，导致铋黄铜的成本较高。显然根据我国资源情况，开发出成本相对较低、能够进行冷热加工、拥有自主知识产权的新型无铅易切削铜合金，将会产生巨大的经济效益和社会效益。本文主要从以下两个方面着手提高黄铜的使用性能：成分微调对锰黄铜组织和性能影响的研究；加镁元素对锰黄铜组织和性能影响的研究。试验材料和方法 系锻造锰黄铜是作为阀门等产品使用，要求合金必须具有优良的切削性能，而其目前生产的 系锰黄铜的相对切削效 第 期锅 炉 制 造 年 月 率还不能达到要求，为了提高 系锰黄铜的机加工切削性能，本试验在以往工作基础上继续调整元素组成及其含量方面进行试验研究，以求提高 系锰黄铜的综合性能。试验为两条思路，锰黄铜成分微调试验和加镁锰黄铜试验。合金的成分设计合金的成分设计见表 和表。表 锰黄铜成分微调成分设计，合金牌号 余量 余量 余量 余量表 锰黄铜加镁元素成分设计，合金牌号 余量 余量 余量 加入 余量 组织分析方法对制备好的试样进行组织分析包括：金相分析、拉伸试验、切削力试验、硬度试验。成分微调对无铅易切削黄铜的组织和性能的影响 成分微调对无铅易切削黄铜组织的影响如表 为锰黄铜成分微调试验 、试样设计与实测的化学成分。如图 为 试样的显微组织；如图 为 的显微组织；图 为 的显微组织。成分微调对无铅易切削锻造锰黄铜的力学性能影响 如表，为 、试样的力学性能，试样的抗拉强度、延伸率、硬度及相对切削率都比 试样的高，所以各方面力学性能都优于 ，原因可能是一方面 中加入的 元素比 多，能细化晶粒，提高试样的力学性能，另一方面 相比例相对 多，硬度和抗拉强度等性能好，相对切削率大。试样的硬度是三个试样中最大的一个，切削性能也是最好的一个，原因可能是加入了铁，提高了锰在黄铜中的固溶度，固溶强化效果比表 锰黄铜成分微调实测成分，元素试样 设计 余量实测 设计 余量实测 设计 余量实测 第 期 杨 磊，等：无铅易切削锻造锰黄铜的组织和性能研究 图 （）图 （）（边部）；（）（心部）图 （）表 锰黄铜的力学性能试样名称抗拉强度（）延伸率（）硬度（）相对切削率（）较好，且加入的铝元素多，组织相对 、细小，且 相中具有大量弥散分布的小颗粒相，故硬度和切削性能都是最好。对无铅易切削锻造锰黄铜的组织和性能影响 锰黄铜加镁化学成分如表 所示，、试样设计化学成分与检测化学成分。表 、试样设计成分与检测成分，元素合金牌号 设计 余量实测 设计 余量实测 设计 加入 余量实测 对无铅易切削锻造锰黄铜的组织的影响图 为 试样的显微组织；图 为 试样的显微组织；图 为 试样的显微组织。对无铅易切削锰黄铜性能的影响如表，、为此批加 试样，这三个试样的抗拉强度都提高了，其中 抗拉强度、硬度提高了最多，延伸率也降低了锅 炉 制 造 总第 期最多，切削性能也是三个试样中最差的一个，测量值为。这是因为 相中的颗粒相弥散分布，颗粒的弥散强化作用特别大，但其显微结构尺寸最小。的切削性能和 的一样，都比 好，因为 、的 相中均存在镁的软质点相，起到断屑作用，力学性能相对来说也是比较好的一种，故这一批加 的试样中，是综合性能最好的一个。同批次没加镁的试样，经试验测量切削率为，可是经实际下料及打孔等加工观察，加 后的试样切削性能明显优于没有加镁的，原因可能是相中出现了含镁的软质点。图 （）图 （）图 （）表 试样的性能合金牌号抗拉强度 延伸率 硬度切削力（）（），形及小卷屑，较硬（），形及小卷屑，较硬 （），形及小卷屑，较硬 结论本次试验分为锰黄铜的成分微调和加镁锰黄铜的组织和性能研究，试验结果如下：）成分微调的锰黄铜组织中 相中铝含量比较高，所以组织比较细小，相为等轴状，相中存在弥散分布细小的颗粒，且尺寸比较小，所以抗拉强度、延伸率及硬度这些力学性能都提高了，但是切削率降低，原因可能是塑韧性能过于优越，导致切削的时候不易断屑。）加 的锰黄铜组织，在 相中普遍含有小棒状结构，其成分为、，以及另外一种含、元素的一种颗粒结构，由于这两种软质点相的存在，可有效改善合金切削性能，虽然切削率测试数据显示切削率降低，但切削形貌较好，现场下料、打孔等切削效果较好，抗拉强度、硬度等力学性能提高，但不足之处是延伸率较低，有的试样锻造性能不大好。参考文献 舒学鹏 无铅锑黄铜的制备及组织性能研究长沙：中南大学，：贾静丽 无铅易切削铋黄铜的制备及腐蚀、切削性能研究 长沙：中南大学，：舒来鹏，肖来荣，易丹青，等 锑黄铜组织与性能的研究 铸造，（）：黄劲松，彭超群，章四琪，等 无铅易切削镁黄铜的组织与性能 材料科学与工程学报，（）：第 期 杨 磊，等：无铅易切削锻造锰黄铜的组织和性能研究