硅黄铜熔体电脉冲处理
摘 要铅黄铜是一种应用广泛的合金,但是由于铅具有很大的危害作用,因此要制造无污染的新型黄铜。研究表明硅元素可以有效代替铅元素,但其切削性能的改善尚需进一步研究。本文对硅黄铜熔体进行了电脉冲处理,通过改变脉冲电压和脉冲频率,并进行固溶时效处理,分析固溶时效后的相的形态、尺寸和分布。同时结合不同参数试样的基体硬度变化,初步分析了电脉冲熔体处理与固溶时效工艺对硅黄铜最终组织的影响。并利用扫描电镜,对不同参数下试样进行检测,研究了不同固溶时效工艺参数对硅黄铜中相的形态、尺寸和分布的影响。结果表明,电脉冲处理对硅黄铜材料的组织和性能有一定的影响。电脉冲熔体处理加速了硅黄铜时效的进程,时效的时间缩短了2h。固溶时效后的相得到了细化,分布均匀,显微硬度呈波动性变化。本实验结果对电脉冲处理技术与固溶时效处理技术改善硅黄铜切削性具有一定意义。关键词：硅黄铜；电脉冲处理；固溶时效处理；显微硬度；晶粒细化AbstractLead brass is a widely used alloy, but since lead has a great harm, thus to create pollution-free new brass. Research shows that silicon can effectively replace the lead element, but its cutting performance improvement still need further research.This paper adopts the electric pulse melt treatment technology applied in silicon brass material, by changing the pulse voltage and pulse frequency. After solid solution and aging treatment, analysis after solid solution and aging treatment on morphology, size and distribution; and comparing different parameters the average strength of the substrate, a preliminary analysis of solid solution and aging and electrical pulses to the silicon brass mechanism. And the use of scanning electron microscopy, with different parameters of different samples were detected, solid solution and aging treatment parameters have certain effects on the silicon brassphase structure, morphology, size and distribution.The results show that, the electric pulse treatment on Microstructure and properties of silicon brass material has certain effect. Electric pulse melt treatment accelerated the silicon brass aging process, aging and shorten the time of 2h. After solid solution and aging treatment of phase got refining, distribution, micro hardness fluctuation. The experimental results of electrical pulse technology and solid solution and aging treatment technology for improving silicon brass cutting has a certain significance.Keywords:Silicon brass; Electric Pulse Modification; Solid solution and aging treatment; Micro hardness; Grain refinement目 录摘要I目录III第1章绪论11.1 课题研究背景及国外研究现状11.1.1课题研究背景11.1.2国外研究现状21.2 黄铜材料的发展历史及其工作特点41.2.1黄铜材料的发展历史41.2.2黄铜合金材料的成分、优缺点和工作特点41.3 电脉冲处理技术概述71.3.1电脉冲处理技术的研究进展71.3.2脉冲处理技术的作用机理71.3.3脉冲电流处理对金属凝固组织的影响91.3.4液相线温度以上电脉冲处理101.3.5液固两相区电脉冲处理111.3.6固溶时效处理121.4 电脉冲处理技术的发展前景131.5 选题的目的和本文研究容与创新点131.5.1选题的目的131.5.2 本文研究的容131.5.3创新点14第2章实验容与方法152.1 实验材料与设备152.1.1实验材料152.1.2实验设备152.2 实验过程与方法152.2.1浇注温度的选择162.2.2铸件的制备162.2.3金相试样制备与组织观察17第3章实验结果与分析193.1 硅黄铜微观组织及其硬度对比分析193.2 相对硅黄铜性能的影响233.2.1 相的概述233.2.2 相的组织形貌233.3 显微硬度分析243.3.1不同热处理后硬度参数243.4 小结25第4章结论26参考文献27致31附录A 译文32附录B 英文材料40 / 第1章绪论1.1课题研究背景及国外研究现状1.1.1课题研究背景铅黄铜以优良的冷热加工性能、极好的切削性能和自润滑性等特点,而被广泛地应用于制造各种形状的机加工零部件,在整个铜行业中占有较大的比例,是世界上公认的重要基础材料1-3,广泛应用于供水系统、五金件、手表零件、电子器件、汽车零件、制冷设备、家电以及轮船、飞机等。含铅黄铜之所以具有优良的切削性能,是由于铅质点能起到断屑作用,且具有润滑效果。大多数方法均采用添加某种元素作为变质剂来达到改善铅黄铜组织中Pb质点的尺寸、形态和分布,进而达到改善铅黄铜的切削性能和力学性能的目的4-14。但变质剂的加入同时也给铅黄铜合金造成污染,为后续的再利用带来很大的麻烦。本实验采用电脉冲处理技术,通过改变脉冲参数对铅黄铜熔体进行处理,改善铅黄铜组织中铅质点的尺寸、形态和分布,达到相近或优于变质剂处理的组织和性能。但是,医学研究表明15-26,铅对人体造血和神经系统特别是儿童的肾及其他器官损害较大。随着人们对环境和健康要求的提高,越来越多的国家和地区重视到环境和健康问题。因此,各国政府相继出台了对铅使用的限制令27,严格限制和禁止铅黄铜的使用28。如,20XX7月1日,由国家标准委和卫生部联合发布的生活饮用水卫生标准GB 5749-2006强制性国家标准和13项生活饮用水卫生检验国家标准将正式实施；美国的加利福尼亚州发布AB1953号法令,从20XX1月1日起,使铅黄铜在该州永久退出卫浴/管道市场等29,30。研制低成本无铅易切削黄铜将会对社会和经济带来很大效益。基于以上的机理人们先后开发了无铅易切削铋黄铜31-33、镁黄铜34,35、硅黄铜36、锑镁黄铜等一系列合金来替代铅黄铜。因此,考虑以硅等元素代替铅,并减少铜的含量,得到金相组织为<+>的两相合金。通过电脉冲处理技术设法使第二相质点相细化且弥散分布,以起到类似铅的断屑作用。本文拟利用电脉冲技术对黄铜熔体进行处理,从合金凝固组织的研究入手,将研制的试样进行切削加工,并将其切屑与铅黄铜的切屑进行比较,测得该易切削黄铜的切削性能指标。同时研究黄铜切削性能与第二相相的组织形态、分布、数量、性质之间联系,从本质上探求电脉冲处理的机理,从而为电脉冲熔体处理技术提供坚实的理论基础。1.1.2国外研究现状普通黄铜的组织结构黄铜铜锌合金包括铜一锌二元合金和铜锌中加其它组元的多元合金。黄铜有良好的工艺性能、机械性能和耐蚀性,有的还有：较高的导电性及导热性,是有色金属中应用最广的合金材料之一。广泛应用于电力、热工、化工、仪表、造船机械制造等工业部门。而且,绝大部分的黄铜都有悠久的生产历史,生产工艺也相当成熟。锌大量固溶于铜,在铜-锌系中,固态下分别具有一定围的、等六个相36,如图2-1所示。图2-1 Cu-Zn合金相图黄铜的机械性能与其相结构密切相关。现阶段,工业上应用的黄铜,含锌量一般不超过46%,故金相组织只涉及和<或>两相。当锌含量较高时,铸态组织中会出现相。过去认为相的出现会使合金的机械性能变差,但近年来高锌黄铜的研制说明经过适当的变质处理37,可改变相的分布及其形状甚至其性能。各相性能如下：Zn溶于Cu中的固溶体,具有与铜相同的晶格面心立方,随含锌量的增加由紫变黄,质软而塑性大,铸态下呈树枝状或针状,退火后呈多边形晶粒组织。：以电子化合物CuZn为基的固溶体,具有体心立方晶格,灰黄色,强度和硬度比。相大,塑性比相小,但比相具有高的高温塑性38。相比相容易被腐蚀,故在显微镜下呈暗色。：为相的有序化转变相,其硬度比相稍大一些。：以电子化合物为基的固溶体,呈淡黄色,铸态下质硬而脆,在传统黄铜中作为不利相予以避免,各相的结构特征如表2-1所示39,40。表2-1 Cu-Zn合金各相的结构特征锌含量原子相名称电子化合物晶格类型分子式价电子比原子数0-38面心立方45-49CuZn3/2无序体心立方有序体心立方55-66Cu5Zn821/13复杂立方74.5-75.4CuZn37/4有序体心立方77-86CuZn37/4密集六方98-100密集六方表2-2简单黄铜按相组织分类组织分类含锌围不同状态下的室温组织特征-黄铜36铸造状态：铸态下的高倍组织,显枝晶偏析,枝轴部分含铜高,难浸蚀,发亮。枝间部分含锌高,易浸蚀,发黑。含锌高的黄铜,在生产条件下,由于冷却速度快,铸态下常出现不平衡组织,铸态组织中常出现少量相,加工和退火状态：带双晶的等轴晶粒,晶粒大小与冷加工率及退火温度时间无关。+黄铜36-46.5铸造状态：呈针状析出,平行于晶粒的111方向,而且冷却速度愈大,愈细愈长。在侵蚀的当时,呈亮色,呈黑色。-黄铜46.5-49铸态下显示出晶粒,只用作焊料。目前,国外在高性能黄铜领域的研制力量主要集中在产业界,它们凭借先进的生产工艺和试验条件,通过合金成分调整、工艺调整等手段积极地进行新。1.2 黄铜材料的发展历史及其工作特点1.2.1黄铜材料的发展历史传统黄铜中
