【正文】 摘 要鉛黃銅是一種應(yīng)用廣泛的合金，但是由于鉛具有很大的危害作用，因此要制造無污染的新型黃銅。研究表明硅元素可以有效代替鉛元素，但其切削性能的改善尚需進(jìn)一步研究。本文對(duì)硅黃銅熔體進(jìn)行了電脈沖處理，通過改變脈沖電壓和脈沖頻率，并進(jìn)行固溶時(shí)效處理，分析固溶時(shí)效后的相的形態(tài)、尺寸和分布。同時(shí)結(jié)合不同參數(shù)試樣的基體硬度變化，初步分析了電脈沖熔體處理與固溶時(shí)效工藝對(duì)硅黃銅最終組織的影響。并利用掃描電鏡，對(duì)不同參數(shù)下試樣進(jìn)行檢測(cè)，研究了不同固溶時(shí)效工藝參數(shù)對(duì)硅黃銅中γ相的形態(tài)、尺寸和分布的影響。結(jié)果表明，電脈沖處理對(duì)硅黃銅材料的組織和性能有一定的影響。電脈沖熔體處理加速了硅黃銅時(shí)效的進(jìn)程，時(shí)效的時(shí)間縮短了2h。固溶時(shí)效后的γ相得到了細(xì)化，分布均勻，顯微硬度呈波動(dòng)性變化。本實(shí)驗(yàn)結(jié)果對(duì)電脈沖處理技術(shù)與固溶時(shí)效處理技術(shù)改善硅黃銅切削性具有一定意義。關(guān)鍵詞：硅黃銅；電脈沖處理；固溶時(shí)效處理；顯微硬度；晶粒細(xì)化 AbstractLead brass is a widely used alloy, but since lead has a great harm, thus to create pollutionfree 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 paring 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 brass γ phase 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 γ 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 錄摘 要 I目 錄 III第1章 緒論 1 課題研究背景及國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 1 1 2 黃銅材料的發(fā)展歷史及其工作特點(diǎn) 4 優(yōu)缺點(diǎn)和工作特點(diǎn) 4 電脈沖處理技術(shù)概述 7 7 7 9 10 11 12 電脈沖處理技術(shù)的發(fā)展前景 13 選題的目的和本文研究內(nèi)容與創(chuàng)新點(diǎn) 13 13 本文研究的內(nèi)容 13 14第2章 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與方法 15 實(shí)驗(yàn)材料與設(shè)備 15 15 15 實(shí)驗(yàn)過程與方法 15 16 16 17第3章 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析 19 硅黃銅微觀組織及其硬度對(duì)比分析 19 γ相對(duì)硅黃銅性能的影響 23 γ相的概述 23 γ相的組織形貌 23 顯微硬度分析 24 24 小結(jié) 25第4章 結(jié) 論 26參 考 文 獻(xiàn) 27致 謝 31附 錄A 譯 文 32附 錄B 英文材料 40第1章 緒論 課題研究背景及國內(nèi)外研究現(xiàn)狀鉛黃銅以優(yōu)良的冷熱加工性能、極好的切削性能和自潤滑性等特點(diǎn)，而被廣泛地應(yīng)用于制造各種形狀的機(jī)加工零部件，在整個(gè)銅行業(yè)中占有較大的比例，是世界上公認(rèn)的重要基礎(chǔ)材料[13]，廣泛應(yīng)用于供水系統(tǒng)、五金件、手表零件、電子器件、汽車零件、制冷設(shè)備、家電以及輪船、飛機(jī)等。含鉛黃銅之所以具有優(yōu)良的切削性能，是由于鉛質(zhì)點(diǎn)能起到斷屑作用，且具有潤滑效果。大多數(shù)方法均采用添加某種元素作為變質(zhì)劑來達(dá)到改善鉛黃銅組織中Pb質(zhì)點(diǎn)的尺寸、形態(tài)和分布，進(jìn)而達(dá)到改善鉛黃銅的切削性能和力學(xué)性能的目的[414]。但變質(zhì)劑的加入同時(shí)也給鉛黃銅合金造成污染，為后續(xù)的再利用帶來很大的麻煩。本實(shí)驗(yàn)采用電脈沖處理技術(shù)，通過改變脈沖參數(shù)對(duì)鉛黃銅熔體進(jìn)行處理，改善鉛黃銅組織中鉛質(zhì)點(diǎn)的尺寸、形態(tài)和分布，達(dá)到相近或優(yōu)于變質(zhì)劑處理的組織和性能。但是，醫(yī)學(xué)研究表明[1526]，鉛對(duì)人體造血和神經(jīng)系統(tǒng)特別是兒童的腎及其他器官損害較大。隨著人們對(duì)環(huán)境和健康要求的提高，越來越多的國家和地區(qū)重視到環(huán)境和健康問題。因此，各國政府相繼出臺(tái)了對(duì)鉛使用的限制令[27]，嚴(yán)格限制和禁止鉛黃銅的使用[28]。如，2007年7月1日，由國家標(biāo)準(zhǔn)委和衛(wèi)生部聯(lián)合發(fā)布的《生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》（GB 57492006）強(qiáng)制性國家標(biāo)準(zhǔn)和13項(xiàng)生活飲用水衛(wèi)生檢驗(yàn)國家標(biāo)準(zhǔn)將正式實(shí)施；美國的加利福尼亞州發(fā)布AB1953號(hào)法令，從2010年1月1日起，使鉛黃銅在該州永久退出衛(wèi)浴/管道市場(chǎng)等[29,30]。研制低成本無鉛易切削黃銅將會(huì)對(duì)社會(huì)和經(jīng)濟(jì)帶來很大效益?；谝陨系臋C(jī)理人們先后開發(fā)了無鉛易切削鉍黃銅[3133]、鎂黃銅[34,35]、硅黃銅[36]、銻鎂黃銅等一系列合金來替代鉛黃銅。因此，考慮以硅等元素代替鉛，并減少銅的含量，得到金相組織為(β+γ)的兩相合金。通過電脈沖處理技術(shù)設(shè)法使第二相質(zhì)點(diǎn)γ相細(xì)化且彌散分布，以起到類似鉛的斷屑作用。本文擬利用電脈沖技術(shù)對(duì)黃銅熔體進(jìn)行處理，從合金凝固組織的研究入手，將研制的試樣進(jìn)行切削加工，并將其切屑與鉛黃銅的切屑進(jìn)行比較，測(cè)得該易切削黃銅的切削性能指標(biāo)。同時(shí)研究黃銅切削性能與第二相γ相的組織形態(tài)、分布、數(shù)量、性質(zhì)之間聯(lián)系，從本質(zhì)上探求電脈沖處理的機(jī)理，從而為電脈沖熔體處理技術(shù)提供堅(jiān)實(shí)的理論基礎(chǔ)。普通黃銅的組織結(jié)構(gòu)黃銅（銅鋅合金）包括銅一鋅二元合金和銅鋅中加其它組元的多元合金。黃銅有良好的工藝性能、機(jī)械性能和耐蝕性，有的還有：較高的導(dǎo)電性及導(dǎo)熱性，是有色金屬中應(yīng)用最廣的合金材料之一。廣泛應(yīng)用于電力、熱工、化工、儀表、造船機(jī)械制造等工業(yè)部門。而且，絕大部分的黃銅都有悠久的生產(chǎn)歷史，生產(chǎn)工藝也相當(dāng)成熟。鋅大量固溶于銅，在銅鋅系中，固態(tài)下分別具有一定范圍的α、β、γ、δ、ε、η等六個(gè)相[36]，如圖21所示。圖21 CuZn合金相圖黃銅的機(jī)械性能與其相結(jié)構(gòu)密切相關(guān)。現(xiàn)階段，工業(yè)上應(yīng)用的黃銅，含鋅量一般不超過46%，故金相組織只涉及α和β(或β’)兩相。當(dāng)鋅含量較高時(shí)，鑄態(tài)組織中會(huì)出現(xiàn)γ相。過去認(rèn)為γ相的出現(xiàn)會(huì)使合金的機(jī)械性能變差，但近年來高鋅黃銅的研制說明經(jīng)過適當(dāng)?shù)淖冑|(zhì)處理[37]，可改變?chǔ)孟嗟姆植技捌湫螤钌踔疗湫阅?。各相性能如下：α：Zn溶于Cu中的固溶體，具有與銅相同的晶格（面心立方），隨含鋅量的增加由紫變黃，質(zhì)軟而塑性大，鑄態(tài)下呈樹枝狀或針狀，退火后呈多邊形晶粒組織。β：以電子化合物CuZn為基的固溶體，具有體心立方晶格，灰黃色，強(qiáng)度和硬度比。相大，塑性比α相小，但比α相具有高的高溫塑性[38]。β相比α相容易被腐蝕，故在顯微鏡下呈暗色。β’：為β相的有序化轉(zhuǎn)變相，其硬度比β相稍大一些。γ：以電子化合物為基的固溶體，呈淡黃色，鑄態(tài)下質(zhì)硬而脆，在傳統(tǒng)黃銅中作為不利相予以避免，各相的結(jié)構(gòu)特征如表21所示[39，40]。表21 CuZn合金各相的結(jié)構(gòu)特征鋅含量％（原子）相名稱電子化合物晶格類型分子式價(jià)電子比原子數(shù)038α面心立方4549βCuZn3/2無序體心立方β′有序體心立方5566γCu5Zn821/13復(fù)雜立方αCuZn37/4有序體心立方7786εCuZn37/4密集六方98100η密集六方表22簡單黃銅按相組織分類組織分類含鋅范圍（％）不同狀態(tài)下的室溫組織特征α黃銅＜36鑄造狀態(tài)：鑄態(tài)下的高倍組織，顯枝晶偏析，枝軸部分含銅高，難浸蝕，發(fā)亮。枝間部分含鋅高，易浸蝕，發(fā)黑。含鋅高的α黃銅，在生產(chǎn)條件下，由于冷卻速度快，鑄態(tài)下常出現(xiàn)不平衡組織，鑄態(tài)組織中常出現(xiàn)少量β相，加工和退火狀態(tài)：帶雙晶的等軸α晶粒，晶粒大小與冷加工率及退火溫度﹑時(shí)間無關(guān)。（α+β）黃銅鑄造狀態(tài)：α呈針狀析出，平行于β晶粒的[111]方向，而且冷卻速度愈大，α愈細(xì)愈長。在侵蝕的當(dāng)時(shí)，α呈亮色，β呈黑色。β黃銅鑄態(tài)下顯示出β晶粒，只用作焊料。目前，國外在高性能黃銅領(lǐng)域的研制力量主要集中在產(chǎn)業(yè)界，它們憑借先進(jìn)的生產(chǎn)工藝和試驗(yàn)條件，通過合金成分調(diào)整、工藝調(diào)整等手段積極地進(jìn)行新。 黃銅材料的發(fā)展歷史及其工作特點(diǎn)傳統(tǒng)黃銅中的銅含量一般都較高，多為α單相或(α+β)兩相黃銅。為了滿足國民生產(chǎn)的要求，我國每年要進(jìn)口大量的電解銅，所以在某些特殊性能要求的黃銅中或制品中都應(yīng)設(shè)法減少銅含量，以求降低成本和合理利用資源。近年來我國材料工作者己在低銅高鋅合金領(lǐng)域內(nèi)作了大量的研究[41, 42]。但由于鋅含量的繼續(xù)升高必然使黃銅的組織轉(zhuǎn)變?yōu)棣聠蜗嗷?β+γ)兩相，γ相硬而脆，且多以星花狀分布于β相基體上，嚴(yán)重地影響黃銅的機(jī)械性能及壓力加工性能。為有效地改善γ相的形狀和分布，多采用變質(zhì)處理的方法[43]。采用適當(dāng)?shù)淖冑|(zhì)劑和科學(xué)的變質(zhì)工藝，不僅能夠使γ相呈細(xì)碎點(diǎn)狀分布于β基體上，而且能夠有效地減低其硬度和體積分?jǐn)?shù)，對(duì)鋅當(dāng)量在50%左右的高鋅黃銅性能得以改善，大大提高其切削性能、熱加工等性能。傳統(tǒng)工業(yè)上普遍使用的易切削黃銅均為含鉛黃銅，由于鉛黃銅具有極好的切削性能，它廣泛地被應(yīng)用于多種制造行業(yè)中。由于鉛黃銅中含有對(duì)人體有極大危害的重金屬，研制無鉛易切削黃銅已成為材料工作者亟待解決的課題。以無毒或低毒害物質(zhì)代替鉛，是減少鉛污染的主要途徑。為了減少多種制造業(yè)中鉛黃銅報(bào)廢后丟棄對(duì)環(huán)境造成的污染，必須采用不含鉛的易切削黃銅。但是不含鉛的一般黃銅，其切削性能極差，不適滿足精密機(jī)械加工的要求。無鉛易切削黃銅就是通過改良黃銅中的成分組成，適當(dāng)加入其它少量無毒害的元素代替鉛的功能，使其達(dá)到易切削的目的，即滿足工業(yè)的需要又保護(hù)了生態(tài)環(huán)境。、優(yōu)缺點(diǎn)和工作特點(diǎn)傳統(tǒng)工業(yè)上普遍使用的易切削黃銅均為含鉛黃銅，黃銅具有良好的機(jī)械性能、耐蝕性能、導(dǎo)電和導(dǎo)熱以及工藝性能,還具有較低的價(jià)格和色澤美麗的外觀,因此廣泛應(yīng)用到電子電訊、家電、飲用水工程、航空航天、五金裝飾、機(jī)械