环保型无铅硅黄铜的制备及性能研究

摘要

铅黄铜因具有良好的机械性能和切削性能,且价格低廉,在仪器仪表、日用五金、饮水系统等方面得到了广泛应用,然而铅严重危害了人类健康与自然环境,开发无铅黄铜,作为铅黄铜的替代品是减少铅污染的主要途径。
　　 本文选硅为代铅元素,通过添加稀土、硼、锆微量元素优化合金性能,开发出了一种无铅硅黄铜。借助金相显微镜、扫描电子显微镜、X射线衍射仪、电子能谱仪等先进实验设备,研究了硅黄铜的微观组织以及微量元素对它的影响,并测定了硅黄铜的力学性能、耐磨性能、脱锌腐蚀性能以及切削性能；且对其脱锌腐蚀机理、切削机理进行了初步探讨。经过实验对比分析,得出了如下结论:
　　 (1)针对目前应用广泛的Hpb59-1铅黄铜设计了成分为Cu:59.0％、Si:3.0％、P:0.3％、Ni:0.2％、Zn为余量的硅黄铜,该黄铜的显微组织主要是由β相和γ相两相组成；在稀土、硼、锆的作用下,显微组织形貌变化很大,其中0.01％硼的细化效果最好,γ相呈细小均匀的球状小颗粒,明显提高了其力学性能,尤其是塑性。
　　 (2)在脱锌腐蚀实验测试中,发现合金元素稀土硼锆对脱锌腐蚀性能均有一定的提高作用。未变质硅黄铜的脱锌层深度为392.0 um；而0.004％B的黄铜脱锌层薄得几乎无法测量；0.05％RE的硅黄铜脱锌层厚度是66.44 um；0.05％Zr硅黄铜为242.4 um。其中0.05％RE硅黄铜和0.004％B硅黄铜的耐脱锌腐蚀性能优于对比试样HPb59—1黄铜。实验中还发现:γ相晶粒的大小,可以改变腐蚀相的优先顺序,γ晶粒小时优先腐蚀γ相；γ晶粒大时则优先腐蚀β相。
　　 (3)在切削性能实验测试中,结果如下:未变质硅黄铜刀具耐磨度T=37.63min:0.01％B硅黄铜T=47.75 min；HPb59-1黄铜T=50.12 min；0.01％B硅黄铜的切削性能是HPb59-1黄铜的95％；在刀具磨损量测量时HPb59-1黄铜磨损量最小,为6.90g;未变质硅黄铜的最大,为8.23g；HPb59-1黄铜和0.01％B硅黄铜的断屑,经观察形貌相似。
　　 (4)所制备的无铅硅黄铜合金,在经过0.01％B变质后,强度、塑性,耐腐蚀性能良好,并具备优异的切削性能,达到了预期的性能指标,具有一定的应用前景,基本上可以代替铅黄铜应用各大行业里。

目录

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第一章 绪论

1.1 引言

1.2 黄铜的组织、特性及用途

1.2.1 黄铜的组织

1.2.2 黄铜的性能

1.2.3 黄铜的用途

1.3 易切削黄铜的市场前景

1.3.1 铅黄铜性质及应用现状

1.3.2 无铅易切削黄铜的发展趋势

1.4 黄铜的脱锌腐蚀性能

1.4.1 黄铜脱锌腐蚀机理

1.4.2 脱锌腐蚀的影响因素

1.5 黄铜的切削加工性能

1.5.1 切削加工性能的影响因素

1.5.2 切削性能的测定方法

1.6 选题的目的和意义

第二章 试样制备与实验方法

2.1 合金元素及成分确定

2.1.1 代铅元素的选择

2.1.2 低铜高锌的成分设计

2.1.3 其它合金元素的选择

2.1.4 合金的成分设计

2.2 变质剂及成分的确定

2.2.1 变质剂的要求及作用

2.2.2 变质剂的选择及成分确定

2.3 合金性能分析方法

2.3.1 金相分析

2.3.2 X射线衍射分析

2.3.3 扫描电镜分析

2.3.4 能谱分析

2.4 黄铜实验技术路线

第三章 变质剂对硅黄铜组织性能的影响

3.1 前言

3.2 实验过程及方法

3.2.1 配料

3.2.2 熔炼工艺

3.2.3 力学性能检测方法

3.3 实验结果

3.3.1 硅黄铜的成分确定

3.3.2 硅黄铜的组织确定

3.3.3 稀土硼锆对硅黄铜显微组织的影响

3.3.4 稀土硼锆对硅黄铜力学性能的影响

3.3.5 稀土硼锆对硅黄铜硬度及耐磨性的影响

3.4 稀土硼锆作用机理分析

3.5 本章小结

第四章 硅黄铜的脱锌腐蚀性能研究

4.1 前言

4.2 合金的脱锌腐蚀性能检测

4.3 脱锌腐蚀实验结果

4.4 脱锌腐蚀形貌分析

4.4.1 脱锌腐蚀表面金相分析

4.4.2 脱锌腐蚀表面SEM形貌观察

4.4.3 脱锌腐蚀表面EDS能谱分析

4.4.4 脱锌腐蚀表面XRD物相分析

4.5 γ相的细化对脱锌腐蚀性能的影响

4.6 脱锌腐蚀的讨论

4.7 本章小结

第五章 无铅硅黄铜切削性能的检测

5.1 前言

5.2 切削性能实验方法

5.3 切削性能实验结果

5.3.1 刀具耐磨度的测量

5.3.2 刀具磨损量的测量

5.3.3 断屑形貌的观察

5.4 切削机理的讨论

5.5 本章小结

第六章 结论

参考文献

攻读硕士期间发表的论文