新型铜合金铸造添加剂对HPb59_1组织和性能的影响

收稿日期: 2005�07�17; � � 修订日期: 2006�07�20 基金项目:西安工业大学校长基金资助项目: XGYXJJ0519 作者简介:刘志学( 1968� � ) ,陕西大荔人,硕士. 主要从事新材料、新工 艺的研究与应用工作. Email :l zx6835@ 163. com Vol. 27 No. 9 Sep. 2006 铸造技术 FOUNDRY TECHNOLOGY 新型铜合金铸造添加剂对 HPb59�1组织和性能的影响 刘志学,程巨强,倪自飞 (西安工业大学材料与化工学院, 陕西 西安 710032) 摘要:研制了一种新型铜合金铸造添加剂。研究了不同的添加剂加入量对 H Pb59�1 铸态组织和性能的影响, 及在不同截面尺 寸和不同铸造 方法 快递客服问题件处理详细方法山木方法pdf计算方法pdf华与华方法下载八字理论方法下载 条件下的使用效果。结果 表 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf 明, 不加铜合金铸造添加剂时 H Pb59�1 的铸态组织主要由粗大的 �和�相组 成, 加入添加剂后组织变为细小片状或等轴晶,明显改善铅黄铜的组织形态,有效的细化铅黄铜的组织; 加入 0. 02%的添加剂 可以提高铅黄铜的力学性能 20%以上;添加剂对不同截面尺寸和不同铸造方法得到的铸件组织,均有较好的细化效果。 关键词: 铸造黄铜添加剂; H Pb59�1 铅黄铜;细化; 组织;性能 中图分类号: 146. 1 � � 文献标识码: A � � 文章编号: 1000�8365( 2006) 09�0961�03 Effect of a New Type Copper Alloys Casting Additive on Microstructure and Properties of HPb59�1 LIU Zhi�xue, CHENG Ju�qiang, NI Zi�fei (Department of Materials Science and Chemical Engineering, Xi� an Technological University, Xi� an 710032, China) Abstract: A new type casting copper alloys additive has been developed. The effectof different adding content onmicrostructure and properties of HPb59�1 and their final effect on the castings with varied sectional size and different casting methods were studied. The results show that as�cast structure of HPb59�1 is composed of coarse � phase and � phase without additive . However, the microstructure was changed into thin plate or fine equiaxed grains with additive. the microstructure of lead brass was refined, the morphology and distr ibution were significantly improved; the tensile strength of lead brass has been improved above 20% with 0. 02wt% additive; the results also shows that the additive has better effects on the microstructure of lead brass casting with varied sectional size and different casting methods. Key words: Copper alloys casting additive; HPb59�1 Lead brass; Refine; Microstructure; Properties � � 铜合金具有较高的力学性能和耐磨性能,很高的 导热性和导电性,是工业生产中广泛应用的结构材料 之一。黄铜合金因具有良好的力学性能和切削加工性 能,广泛应用在卫生洁具、水暖器材、仪器仪表、液压阀 门等方面[ 1, 2] 。虽然黄铜结晶温度范围小, 充型能力 强,有自发的除气作用等,但由于黄铜在凝固过程容易 形成粗大的柱状晶, 铸造组织粗化,在铸造过程中容易 热裂和使用过程存在出现渗漏等现象, 影响其使用性 能,细化铸造铅黄铜的组织是提高抗热裂和提高致密 性的有效途径之一。本文研究了新研制的铜合金添加 剂对铸造铅黄铜组织和性能的影响, 为细化铅黄铜铸 造组织提供了一种新的途径,也为这种新型铜合金添 加剂的应用奠定试验依据。 1 � 试验材料及其过程 试验原材料选用铅黄铜,成分牌号相当于 HPb59� 1,化学成分为 36. 4% Zn, 1. 70% Pb, 0. 62% Al, Cu 余量,采用含硼、钛、锆等元素的合金添加剂进行变质 处理。实验室熔炼采用井式电炉, 熔炼工艺为:配料进 行熔化,温度升至 1 010 时,用钟罩法加入添加剂, 之后进行充分搅拌, 保温10 min浇注到预热的金属型 中,得到�8 mm 标准 excel标准偏差excel标准偏差函数exl标准差函数国标检验抽样标准表免费下载红头文件格式标准下载 抗拉试样,同时浇注�18 mm 和 �50 mm金属型试棒。工厂试验采用 250 kg 的连续熔 化炉,铸造方法有低压铸造和金属型重力铸造,浇注成 铸件和铸锭, 铸锭单件重量为 11 kg。采用 Neophot� 30型光学显微镜观察显微组织( FeCl3+ H Cl+ 蒸馏水 腐蚀 ) , 用 WE30 型万能材料试验机进行拉伸性能 !961! � FOUNDRY TECHNOLOGY Vol. 27 No. 9 Sep. 2006 测试。 2 � 试验结果及分析 2. 1 � 细化剂加入量对组织的影响 图 1是铅黄铜加入不同量添加剂后的铸态组织 (试样取自于�18 mm 试棒)。结合铜锌二元相图分 析, 其组织为白色的 �相和黑色的 �相及少量粒状的 黑色 Pb相组成。不加添加剂(图 1a) , 组织中的 �相 呈粗片状分布, 板条较长。加入不同量的添加剂后, 与不加添加剂组织相比, 铅黄铜的组织均有不同程 度的细化,当添加剂加入量在 0. 01%和 0. 02%时细 化效果较好, 此时的 �相变成细板条状或粒状 (图 1b、c)。添加剂加入量为 0. 04% 时, �相又变粗 (图 1d) ,添加剂过量加入会使黄铜组织变粗, 这与过多 的添加剂加入量会造成添加剂中的元素在熔体中形 成的难溶质点偏析程度增加, 保温时晶核发生集聚 长大, 使细化效果急剧下降有关 [ 3] , 因此细化铅黄铜 的铸造组织, 添加剂的最佳加入量应在0. 01% ~ 0. 02%。 图 1 � 不同加入量对铅黄铜组织的影响 � ∀ 200 F ig. 1� Effects of different content of addit ive on micr ostructure of lead brass 图 2� 添加剂对铅黄铜不同尺寸截面组织的影响 � ∀ 200 F ig. 2� Effects of addit ive on micr ostr ucture of casting with varied sectional size 2. 2 � 添加剂对不同尺寸试样铸造组织的影响 图 2是加入 0. 02%添加剂浇注不同截面尺寸的 铅黄铜试样的组织。可以看出, 无论是浇注铜棒(图 1a)和铜锭(图 1c) , 不添加添加剂时, 组织为 �相 (白 色) + �相(黑色) + 少量的 Pb相, �相和 �相的板条很 长,组织粗大,端面组织均匀性差。加入添加剂后, 铜 棒(图 1b)和铜锭(图 1d)组织中 �相和�相长板条消 失, �相由板条状转变为块状, �相有向等轴晶转变的 趋势,细化明显,断面组织均匀性提高。因此添加剂对 不同尺寸的黄铜合金有良好的细化效果。 2. 3 � 添加剂对不同铸造方式铸件组织的影响 图 3是添加剂在不同的铸造方法中的使用情况 (试样取自于壁厚 5 mm铸件)。对于低压铸造,不加 添加剂时组织较为细化(图 3a) , 加入 0. 02%的添加 剂, 组织更加细(图 3b) , 因此添加剂可以进一步细化 和改善低压铸造铸件组织。添加剂对金属型重力铸 造铸件组织的影响如图 3c、图 3d所示。不加添加剂 黄铜的组织较粗 (图 3c) , 加入 0. 02% 的添加剂, 金 属型重力铸造同低压铸造一样, 组织明显细化 (图 3d) ,添加剂的加入可以明显的改善重力铸造黄铜的 组织, 因此, 添加剂对不同铸造方法的铸件组织细化 均有效。 !962! � #铸造技术∃09/ 2006 � 刘志学等:新型铜合金铸造添加剂对 H Pb59�1 组织和性能的影响 图 3 � 添加剂对不同铸造方式铸件组织的影响 � ∀ 200 Fig . 3 � Effects o f additiv e on micro st ructur e of casting w ith different casting methods 2. 4 � 添加剂对黄铜力学性能的影响 表 1是加入 0. 02%添加剂和不加添加剂力学性 能比较。可以看出, 加入添加剂后黄铜的强度可达 436 MPa, 比不加添加剂的强度提高 20%,伸长率提高 50% ,因此,添加剂的加入可以提高铸造铅黄铜合金的 力学性能。 表 1� 添加剂对铅黄铜力学性能的影响 Tab. 1 � Effects of additiv e on mechanical pr operties of lead brass 状态 b / M Pa !5 ( % ) ∀ ( % ) 未加添加剂 363. 1 12. 6 20. 86 加入 0. 02%添加剂 436. 6 24. 3 27. 3 2. 5 � 细化机理的讨论 研制的添加剂的主要成分为 B、Zr、T i等元素。 目前,有关硼等元素在铜及其合金中的细化机理的研 究文献较少。文献[ 4~ 6]报道了硼对铜合金组织和性 能的影响,研究表明,微量 B 的加入使黄铜、青铜和白 铜的晶粒都明显细化,可以提高铜合金的强度,抗拉强 度增加了 40~ 50 MPa,屈服强度增加 40~ 60 MPa,合 金保持相当好的塑性和良好的加工性能。组织的细化 是由于 Ti和 B在 �与 �相界面上形成化合物,导致晶 界能下降, 减小了晶粒长大的驱动力,抑制了 �和�相 的长大。加入 T i和 B, 在熔体中会形成 TiAl3、TiB2 和 AlB2 等高熔点化合物, 这些化合物呈弥散分布,在 凝固过程中会形成非自发形核的核心而使晶粒细化。 文献[ 7]指出, 添加剂中这些元素在熔体中是活性元 素,会发生偏析而富集在固液界面前沿, 造成成分过 冷,促进 �相分枝、细化,形成大量细小的 �相枝晶,使 包晶反应后生成的 �相晶粒也变得更小, 活性元素在 晶界的偏聚也阻止了 �相和 �相晶粒的长大,细化组 织。同时添加剂带入的元素会加强非自发形核能力, 增加中心等轴晶区域,从而起到消除柱状晶, 达到细化 组织的效果。因此, 研制的含有 B、T i、Zr 等元素的铸 造黄铜添加剂中的这些元素有比较高的活性,固溶在 熔体中会偏聚在正在生长枝晶前沿,阻碍枝晶的长大, 同时细化剂中微量的 B、Ti和Zr与铅黄铜中的铜和铝 形成 Cu2T i、Cu3Zr 及( Al, T i) B2 或与铝形成 TiAl3、 ZrAl3 等难溶质点,这些质点可作为非自发形核,起着 结晶晶核的作用,增加晶核数量,起到细化黄铜的组织 核晶粒的作用。 3 � 结论 ( 1) 加入0. 01% ~ 0. 02%铜合金铸造添加剂可以 明显细化铅黄铜的铸态组织,组织由粗大的板条状变 为细小的针状或等轴状晶,添加剂的加入可以改善铅 黄铜的力学性能,加入 0. 02%的添加剂可使抗拉强度 提高 20%,伸长率提高 50%。 ( 2) 研制的添加剂对不同尺寸黄铜铸件及在低 压铸造和重力铸造生产条件下均具有良好的细化效 果, 添加剂加入量小, 细化组织和提高力学性能效果 显著。 参考文献 [ 1] � 朱达仁. 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