硫化物黄铜的制备工艺、显微组织和性能研究

发布时间：2017-10-10 09:21

  本文关键词：硫化物黄铜的制备工艺、显微组织和性能研究

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【摘要】：切削性是许多金属材料在应用过程中所需要考虑的问题,它直接影响产品的制造成本和生产效率。传统的易切削黄铜多为铅黄铜,它兼有优良的力学性能和切削性能,被广泛应用在供水饮水系统、电子仪表零件等领域。然而随着全球环保意识的加强,含铅产品对环境和人体的多重危害也逐渐显现。尽管近年来国内外对于无铅易切削黄铜的研究已经取得一定进展,有些产品也已经投入了工业应用,但产品价格过于昂贵并且切削效果均未达到传统含铅黄铜的水平。本文的目的在于开发出一种低成本环境友好无铅易切削黄铜。本文以CuS为原材料,采用原位合成熔铸工艺在H62黄铜中引入ZnS颗粒,以制备切削性能优异的硫化物黄铜。本文系统研究了硫化锌添加工艺及硫化锌引入量对H62黄铜显微组织和性能的影响规律,取得了具有实用价值的结果；另外本文还研究了Zn元素和Si元素的含量对硫化物黄铜的显微组织和性能的影响规律。研究发现,CuS以预制块的方式在熔炼过程中添加,可以成功将ZnS引入到H62黄铜基体中,显著改善黄铜的切削性能,并且对合金的力学性能、抗应力腐蚀性能影响较小。当预制块中Cu粉与CuS粉质量比1：2时,有利于硫化物在铜液中的分散,此种添加工艺制备的硫化物黄铜切削性能最佳；而随着ZnS加入量的提高,黄铜的切削性能逐步改善,当添加1.5wt.%ZnS,H62黄铜已经能够获得理想的切削性能(与H59-1切削性能相当)；随着Zn含量的增大,黄铜基体由单一的α相向α+β两相过渡,最终变为单一β相,硫化物黄铜的抗拉强度逐步提高,延伸率下降,抗应力腐蚀性能也随之变差,同时切削性能恶化。当黄铜基体中含有一定体积分数的β相时,合金显微组织没有硫化物颗粒分布,黄铜的切削性能也随之恶化。在引入1.5wt.%ZnS的H62硫化物黄铜中添加Si元素,发现随着Si元素含量的增加,合金基体中分布的ZnS颗粒的数量急剧减少,显微组织从α单相组织向α+β两相组织转变,β相体积分数不断增多,合金的强度提高,而塑性下降,切削性能逐渐变差,抗应力腐蚀性能逐渐变好。当Si含量达到1.0wt.%之后,合金的切屑呈现连续状,切削性能大幅恶化；Si含量达到1.5wt.%、2.0wt.%,合金具有较好的耐腐蚀能力,初始裂纹出现时间达到510min、600min。含1.5wt.%Si的高铜硫化物黄铜1.5ZnS-H72-1.5、1.5ZnS-H76-1.5,合金显微组织为单一的α相,分布有数量较多的硫化物颗粒,颗粒尺寸较大(2-6um),形状为不规则的长条状,此种形态尺寸的硫化物颗粒起不到易切削相的作用,切屑呈连续的螺旋状,切削性能较差,而抗应力腐蚀性能较好,合金1.5ZnS-H72-1.5的初始裂纹出现时间达到600min,合金1.5ZnS-H72-1.5在80MPa应力条件下24h未出现裂纹。
【关键词】：黄铜 易切削 硫化物 硅 抗应力腐蚀
【学位授予单位】：东南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TG146.11;TG243
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第一章 绪论9-21
• 1.1 黄铜的基本性质9-13
• 1.1.1 普通黄铜9-11
• 1.1.2 复杂黄铜11-12
• 1.1.3 合金元素在黄铜中的作用12-13
• 1.2 传统易切削黄铜13-16
• 1.2.1 铅黄铜的组织13-14
• 1.2.2 铅黄铜的性能14-16
• 1.2.3 铅对环境的污染及环保要求16
• 1.3 无铅易切削黄铜的研究现状16-18
• 1.4 原位合成法在铜合金制备中的作用18-20
• 1.5 本文的研究背景、目的及内容20-21
• 1.5.1 选题背景及研究目的20
• 1.5.2 本文研究内容20-21
• 第二章 实验过程及研究方法21-27
• 2.1 工艺路线21
• 2.2 合金的成分及制备21-23
• 2.2.1 合金的成分设计21-22
• 2.2.2 合金的制备22-23
• 2.2.3 形变加工23
• 2.3 显微组织分析23
• 2.3.1 金相显微分析23
• 2.3.2 X-射线衍射(XRD)分析23
• 2.3.3 扫描电镜(SEM)分析23
• 2.4 力学性能测试23-24
• 2.4.1 硬度测试23-24
• 2.4.2 室温拉伸性能测试24
• 2.5 切削性能测试24
• 2.6 抗应力腐蚀性能测试24-27
• 第三章 硫化物黄铜的组织与性能27-47
• 3.1 硫化锌原位合成工艺探索27-32
• 3.1.1 显微组织27-30
• 3.1.2 合金的性能30-32
• 3.2 硫化物的添加量对硫化锌黄铜的影响32-37
• 3.2.1 显微组织33-35
• 3.2.2 合金性能35-37
• 3.3 锌含量对硫化锌黄铜的影响37-43
• 3.3.1 显微组织38-40
• 3.3.2 合金性能40-43
• 3.4 分析与讨论43-46
• 3.4.1 硫化锌引入工艺分析43
• 3.4.2 硫化物颗粒改善合金切削性能的机理分析43-45
• 3.4.3 锌含量对硫化物黄铜组织与性能的影响45-46
• 3.5 本章结论46-47
• 第四章 含硅硫化物黄铜的组织与性能47-65
• 4.1 硅含量对黄铜的影响47-52
• 4.1.1 显微组织47-49
• 4.1.2 合金性能49-52
• 4.2 硅含量对硫化锌黄铜的影响52-57
• 4.2.1 显微组织52-54
• 4.2.2 合金性能54-57
• 4.3 含硅高铜硫化锌黄铜57-61
• 4.3.1 显微组织57-60
• 4.3.2 合金性能60-61
• 4.4 分析与讨论61-64
• 4.4.1 硅元素对黄铜合金显微组织的影响61-62
• 4.4.2 硅元素对硫化物黄铜合金性能的影响62-63
• 4.4.3 硫化物对含硅黄铜的组织与性能的影响63-64
• 4.5 本章结论64-65
• 第五章 主要结论65-66
• 参考文献66-70
• 致谢70

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本文编号：1005570