RB—1型铜合金铸造添加 剂对HPb59—1黄铜组织的影响

RB—1型铜合金铸造添加 剂对HPb59—1黄铜组织的影响 RB—1型铜合金铸造添加 剂对HPb59—1 黄铜组织的影响 镑24卷第l期 2002年3月 南昌大学(工科版) JournalofNanchangUniversity(Engine.ering&Iechnolog:/ 文章编号:1006—0456(2002)01—0019—04 VO1.24NO.1 Mar.2002 RB一1型铜合金铸造添加剂对HPb59—1 黄铜组织的影响 曾秋莲-,章爱生,周浪,魏秀琴,杨青 (1.南昌大学化学与材料科学学院,江西南昌330047;2.龙南稀土材料厂.江西赣州341ooo) 摘要:研制了一种新型的铜合金铸造细化变质剂(RB—1),通过试验考察了它在HPb59一l黄铜中的作用添 加剂显着地细化了该合金的组织,消除了宏观柱状晶,同时增大了组织中a相的相对含量,并改善了其形态,提高 了其分布均匀性.RB—l的添加量(重量百分数)在小于0.4%的范围内细化效果显着,而大于1%时细化作用消 失,重新出现柱状品. 关键词:黄铜;铜合金添加剂;铸态组织 中图法分类号:TG146.1l文献标识码:A 1前言 晶粒细化是材料工作者一直关注的课题.一些铜材加工厂的生产实践表明,黄铜在连续铸造过程中易形 成粗大的柱状品组织,使热挤压加工困难,导致成品率下降.国内虽然有一些关于 稀土铜晶粒细化剂的报 道[卜引,但工业生产中还没有普遍成熟的应用;王吉会等J研究了硼在铜和铝黄铜中的作用,得出硼能有效 地细化黄铜组织,并且能改善铝黄铜的耐蚀性能,对机械性能有一定的影响.德国生产了一种黄铜晶粒细化 剂FKM2000.但1998年,FasoyiuFA【5的研究表明,该产品的细化效果并不理想,而且显示单纯添加硼对铸 态黄铜的机械性能没有明显的提高.迄今为止,对铜和铜合金中品粒细化剂的研究还缺乏系统性,也未形成 一 种可供生产应用的成熟的铸造添加剂,因此很有必要对细化剂的研制作进一步的探讨.我们基于凝固结晶 理论和国内外有关资料研制了一种用于铜合金铸造生产的细化变质剂RB一1.本文就RB一1型铜合金添加 剂对HPb59—1黄铜铸造组织的影响进行研究. 2实验方法与材料 以商用HPb59—1黄铜,纯锌为原料,在井式电阻炉石墨坩埚中配制HPb59—1黄铜.待加入的原材料 全部熔化后,加入RB一1型添加剂,搅拌均匀后升温至1150?,浇入尺寸为20mm×50mm的水冷钢模 中.将铸态试样沿中间横截面锯开,采用Image—ProandImage—ProPlus图像分析仪和MeF3金相显微镜 对截面分别进行宏观和微观组织分析,腐蚀液采用FeCI盐酸酒精溶液和重镉酸钾硫酸溶液. 采用HV一120型维氏硬度计对试样进行硬度的多点测定,取其平均值. 3结果分析与讨论 3.1RB一1添加剂对HPb59—1黄铜试样宏观组织的影响 HPb59—1黄铜试样组织随着RB一1添加剂加入量的增加而变化的宏观照片如图1所示.从图1可以 看出,未加添加剂时组织为发达的柱状品和中U少量的等轴品共存,随着添加剂的加入,柱状晶很快被消除. 当加入量(重量百分数)小于0.4%时完全消除了宏观柱状晶,但添加量为1%时,柱状晶又重新出现,即RB 一 1型添加剂对合金的细化作用消失,组织反而变得粗大.实验中还发现,加入重量百分数为O.5%的添加剂 时试样表面上出现一些很耐磨的硬质点,使表面的光洁度明显下降,这些硬质点应该为添加剂中加入元素过 量时形成的化合物,很可能会对黄铜的机械和加工性能不利. 收稿日期:2001一ll一05 基金项目:江西省教育厅科技基金资助项目(J2000一Z1819) 作者简介:曾秋莲,女.1976年生,硕士研究生. 南昌大学(工科版) _0:.,; (a)未加RB一1(b)RB一1添加量小于04% ((:)RB一1添加量为0.5%(d)RB一1添加量为1% 图1RB一1添加量对HPb59—1黄铜试样宏观组织的影响 3.2RB一1添加剂对HPb59—1黄铜微观组织的影响 黄铜各试样外部放大组织如图2所示.同样可看出黄铜组织的演化过程.柱状晶在RB一1加入量小于 0.4%时消失,组织变得极其均匀细密,显示了它在品粒细化方面的显着效果.但是当添加量为0.5%时,RB 一 1对黄铜的细化作用减弱,a相反而开始变粗大.RB一1添加量增为1%时,相呈粗大的枝晶状,且a相中 黑色Pb粒子较大,其它夹杂物较多,0相呈网状分布于a相枝晶间,同时还出现许多较大的孔洞,所有这些 都将对HPb59—1黄铜的综合性能产生不良的影响. RB一1添加剂消除柱状晶,细化组织的作用可理解为:HPb59—1铜锌合金具有较窄的凝固温度范围, 实验中采用水冷钢模浇铸,造成了较高的温度梯度,界面前沿液态不易形成成分过冷区,于是在正温度分布 梯度下,固液界面呈平面向前推进,从而很容易地获得柱状晶组织.加入RB一1添加剂后,由于RB一1添加 剂带入的活性元素在合金固液两相中的分配系数忌《1,这些活性元素会发生严重的偏析而富集在固液界面 前沿,造成成分过冷,促进a相分枝,细化,这些大量细小的a相枝晶的形成,使包品反应后生成的口相品粒 也变得更小;另一方面,添加剂带入的元素加强了中心区域异质形核能力,使中心等轴品区域扩大,从而起到 细化组织,消除柱状晶的效果.活性元素在晶界的偏聚也阻止了相晶粒的长大,有利于等轴晶的形成. 在很大程度上会影响黄铜的黄铜组织中口相是一脆性相,a相和相相对量的多少, 机械和加工性能. 相过多,将使黄铜的塑性下降,压力加工困难.从图3可看出,HPb59—1黄铜试样中心区域随着RB一1添加 量的增多,黄铜组织中a相相对量增多.定量金相分析的结果也显示了这一趋势,如图4所示.对同一试样, 由于外部冷却速度大,组织中的a相体积分数一般偏小,而中心冷却速度小,组织中的a相体积分数则相对 偏大.为便于比较,图4为试样相同半径下的视场分析结果.在RB一1加入量为0,0.006%之间,a相的含 量明显增多,随着RB一1含量进一步加大,a相增多缓慢.综上所述,RB一1添加剂的加入,不仅细化了晶粒. 消除了宏观柱状品组织,而且促使了HPb59—1黄铜组织中口相向a相转化,从而可以预计RB一1添加剂将 使其性能发生改变. 第l期曾秋莲等:RB—l型铜合金铸造添加剂对HPb59一l黄铜组织的影响 (a】未加RB—l(b】RB一1添加量为0.006% (c】RB—l添加量为04%(d】RB—l添加置为1% 图2H~b59一l黄铜试样外部的显微组织 图5为RB一1添加剂添加量与试样硬度的关系,从图中可看出,当RB一1的添加量很微量时,对黄铜的 硬度的影响不大,但过量却使HPb59—1黄铜试样的维氏硬度显着下降,这和RB一1添加剂的加入量与黄 铜组织的变化关系一致.RB一1添加量小于0.4%时,促使黄铜晶粒细化和a相含量增多,两者对硬度的影 响相互抵消,所以黄铜试样硬度变化不大.当RB一1添加量大于0.5%时,对晶粒的细化作用减弱甚至消失, a相含量增加导致硬度的降低.可以认为,RB一1的添加量在小于0.4%的范围内,对HPb59—1黄铜实际应 用将有较大的意义.因为这时黄铜的组织已得到细化并消除了柱状晶,同时a相相对含量增加,这都将有利 于黄铜型材的冷加工成型. (a)未添加RB—l(b)RB—l添加量为0.006% 并? ?22?南昌大学(工科版)2002盏 \ 颉 蛏 霹 100/zru (c)RB一1添加置为0.1%(d)RB一1添加置为0.4% 图3HP',59—1黄铜试样中心区域的显微组织 6O, 55J一同一半径的a相体积分数一 50』)K---a相体积分数_均堡一一一 451睾,,一一40f If 351J 30jf 25』=IL———T————————T———— —————r———————T———1 0.00.10.20.304 RB一1添舵剂添加暨/ ljU r?120 110 Z \ 100 90 80 — 0.20.00.20.40.60.81.01.2 RB—l添加剂的加入量/% 囝4b .59—1翟銎驾积分数图5HPb59—1黄铜试样硬度与RB-1添加量的关系1随RB 一添加量的变化关系' 4结论 1)在HPb59—1黄铜中加入小于0.4%的RB一1添加剂时,可使该黄铜的铸态组织 得到显着细化,完全 消除柱状晶;加入量超过1%时,RB一1的细化作喟消失,重新出现宏观柱状晶. 2)RB一1添加剂的加入使黄铜组织中的a相相对量增加.当添加量为0.4%时,a相平均体积分数由未 加时的26.8%增为52.76%. 3)RB一1添加剂加入量小于0.4%时,对HPb59—1黄铜的维氏硬度的影响不明显. 参考文献: [1]刘技文.稀土铜铬锆合金性能的研究[J].上海金属(有色分册),1993,14(5). [2]廖乐杰,等.稀土添加剂在上引铸造无氧铜杆工艺中的应用[J].特种铸造及有色合金,1998,(4). [3]郭锋,等.稀土元素Ce对H62黄铜组织特征变化的作用[J].包头钢铁学院,2000,19(3):250—253. [4]王吉会,姜晓霞.加硼HA177—2铝黄铜的组织和力学性能[J].金属,1995,31(7):A315一A319. [53FasoyinuF,eta1.EffectofGrainRefinementonHotTearResistanceandShrikageCharact eristicsofPermancntM0ldCast YellowBrass(C85800)[J].AFSTransaction.1998,106:327—337. TheEffectofRB一1AdditiveforCastingCopperAlloys onHPb59———1BrassStructure (下转第5O页) ?50?南昌大学(工科版)2002正 塑性极限分析准则的压力容器大开孔结构补强方 法. 4结论 国内外学者对三维有限元分析法使用研究已做 了许多的工作,一些研究成果已经日臻成熟,将其引 用于内压容器大开孔接管补强问题研究,可以使人 们在解决此问题时,找出更为合理的补强方法.按照 上述 方案 气瓶 现场处置方案 .pdf气瓶 现场处置方案 .doc见习基地管理方案.doc关于群访事件的化解方案建筑工地扬尘治理专项方案下载 建立基于塑性极限分析准则的内压容器大 开孔接管补强方法是可行的,且可为内压容器大开 孔结构及补强设计规定的制订,提供一定的理论依 据. 参考文献 [1]RodabaughEC,CloudRL.ProposedReinforcement DesignProcedure-forRadialNozzlesinSpheficMShell withInternalPressure(PhaseReportNo.1)[J].WRC Bulletinl33.1968. 薛明德,等.大开孔球壳径向平齐接管的补强方法[J]. 压力容器,1985.(5). 张映.等.大开孔球壳径向内伸接管的补强设计方法 [J]压力容器.1986.(5). 薛明德,等.球壳开孔接管的分析设计方法及其实验验 证[J].压力容器,l989,(1). 薛大年译.德国AD压力容器规范(1990年版)[S].上 海:化工部设备设计技术中心站,1990. StudyontheMethodofNozzle'——reinforcingofLargeOpening HoleundertheInternalPressure HUANGKe—rain.YANGChong. (EnvironmentalandChe~nicalEngineeringSchool,NanchangUniversity,Nanchang3300 29,China) Abstract:Pressurevesselsareextensivelyappliedinthepetrochemicalindustry.Theiargeop eningholeis wantedintheshellduetotherequirementofcraftandstructure.Therefore,thedesignrulesinth eGB150—98 aren'tapplicableonopeninganditsreinforcement,andtherelevantcodeshaven'tbeenwI2rke doutonthelarge openinghole.Themethodofnozzle— reinforcingoflargeopeningholeunderinternalpressureareanalysedinthis paper.Anothermethodbyusingthree— dimensionalfiniteelementisprovided,meanwhile,theimplementing projectisputforward. KeyWords:pressurevessel;largeopeninghole;nozzle—reinforcestructure;finiteelement (上接第22页) ZENGQiu—lian,ZHANGAi—sheng,ZH()ULang, WEIXiu,qin,YANGQing2 (1.SchoolofChemistryandMaterialsScience.NnwhangUniversity.I,小 't!ang330047,China: 2.LongnanRareEarthFactory,GanzhouJiangxi341000,China) Abstract:Anewrefinementadditiveforcopperalloys(RB一 1)hasbeendevelopedanditseffectonHPb59 — 1brasshasbeeninvestigated.Theresultsshowthattheadditivecanremarkablyrefinethegrainsand completelyeliminatethecolumnarstructureinthecastsamples.Meanwhile,therelativeamountofaphaseis significantlyincreased,andtheirmorphologyanddistributionareimproved.Ho'wever,greaterrefinementoccurs whentheamountofadditiveislessthan0.4%,andtheeffectofgrainrefinementofadditivevanisheswhenit amountsupto1%,whichresultsintherecurrenceofcolumnarstructure. KeyWords:brass;refinementadditive;castingstructure