环境友好无铅易切削黄铜的开发及性能研究

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HPb59-1铅黄铜以其优异的耐腐蚀性能,易切削性能和成型性能而广泛应用在各个领域。但是铅在环境中是极其有害的物质。因而,考虑到黄铜的易切削性能,用无毒的Bi来代替Pb是最合适的。本文的研究目的在于开发出的一种环境友好无铅易切削黄铜用来代替传统的HPb59-1黄铜。本文采用铸造+热挤压+冷拔和铸造+热轧的两种组合工艺成功的生产出无铅易切削Bi黄铜,其主成分按照HPb 59-1传统铅黄铜设计,Bi含量为0.8-1.5%,Mn含量为1.5%-2%。同时其含铅量小于0.01wt%(铅浸出量小于0.004mg/L),符合环保要求。针对本文所开发的无铅易切削黄铜,采用X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、力学性能测试,切削性能测试,脱锌腐蚀性能测试,静态挂片腐蚀实验和恒电位测试等测试分析手段,对不同Bi含量的Bi黄铜的力学性能、切削性能以及腐蚀影响进行了系统深入的研究。该黄铜的显微组织主要是由α相(Cu0.64Zn0.36)、β相(CnZn)和少量Bi相组成。Mn对基体起固溶强化的作用。不同的加工状态下显微组织的形貌不一致。不同状态下Bi在黄铜中的形态和分布如下:铸造缓冷后个别的Bi晶粒尺寸约为10μm×20μm左右,呈颗粒状分布在α相和α相界上。铸造急冷后的Bi晶粒尺寸较小,只有不到2μm,其形态为球状和长条状,分布在α相和α相界上,同时分布比较均匀。热轧后的Bi晶粒为大约为几um的不规则块状,Bi偏聚在α相和α相界上,且数量较多,偏聚程度比较严重。热挤压后的Bi晶粒大部分为2—10um的块状,少量还呈薄膜状分布在α相和α相界上,并且分布不均匀。该黄铜经过冷拔加工后其耐腐蚀性能随着冷变形量的增加而下降,这是由冷变形后β相沿着冷加工方向分布,残余应力和位错密度增加而造成的。可以通过退火处理来改善。在250℃退火时,该铋黄铜具有最好的耐脱锌腐蚀性能。热轧和热挤压状态的该无铅易切削黄铜,由于在热加工加工过程中发生的回复和再结晶,减少了位错的密度和残余应力,使其耐腐蚀性能和铸态相当。该铋黄铜在自来水中的腐蚀速度随着温度的升高而呈二次函数形式增加,但不易被腐蚀;在含有Cl-1和含有SO42-的溶液中,会产生钝化现象。同时该无铅易切削黄铜的腐蚀对Cl-较敏感。其腐蚀速度要比在SO42-离子溶液中高5-6倍;在酸性溶液中的腐蚀电流密度要大于其在中性溶液中的腐蚀电流密度。而其在NaOH碱性溶液中则具有很好的钝化性能,只有当极化电压升高到700Mv(vs.SCE)以后才开始活性溶解。本文所开发的无铅易切削黄铜的力学性能,切削性能、腐蚀性能均可以和HPb59-1相比,并且随着Bi含量的增加,其耐脱锌腐蚀性能得到改善。同时满足环保对无铅的要求,因而可以用来替代现行的HPb59-1黄铜。
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