硅黄铜的制备及析出相研究

发布时间：2017-09-09 20:07

  本文关键词：硅黄铜的制备及析出相研究

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【摘要】：铅黄铜以其良好的力学性能、切削性能、耐腐蚀性能而广泛应用于水管阀门、机械零件等各个领域,但是铅易析出,对人体有害。考虑到铅黄铜的应用价值,寻找一种能替代铅的环保元素是必要的。本课题组以硅代替铅,并添加改良元素镍,以及锡、磷和镧等元素,通过熔铸、热轧+冷轧的方法制备了无铅易切削硅黄铜。主要研究内容及结论如下:通过前期的研究,我们发现在硅黄铜中会析出第二相,且第二相主要由Si、Ni和P组成。本课题组研制的硅黄铜的易切削机理是:析出物弥散分布在合金基体中,能产生应力集中,使切屑易于断裂。由于第二相颗粒析出后能使硅黄铜中溶质原子浓度变小,而合金中溶质原子浓度的变化可以通过导电率的变化表现出来。故本试验拟用电阻法来分析第二相析出物的析出规律。考虑到铸态黄铜内位错密度小,不利于第二相的形核与长大,故设置了含有相同成分的轧制态合金。又溶质原子在室温下扩散慢,析出第二相很困难,所以对合金进行了时效处理。分别对铸态和轧制态硅黄铜进行时效处理,再通过金相显微镜观察,扫描电子显微镜检测,拉伸试验等手段,讨论了时效下硅黄铜的微观组织和力学性能,得出了以下结论:(1)通过扫描电镜检测发现,随着时效时间的延长,铸态硅黄铜基体中的析出物会增多。不过,在每个时效时间下,铸态硅黄铜基体中析出的第二相都很少。对热轧+冷轧态黄铜来说,组织沿轧制方向排列的规律被打破,α相逐渐球化。用EDS进行分析,无论是铸态合金还是热轧+冷轧态合金,第二相析出物均是Si、Ni、P的富集相,且随时效时间的延长,析出物中Si、Ni、P的含量均增多。(2)把不同镍含量的硅黄铜在800℃固溶处理3h后于450℃进行时效处理2h,铸态合金的晶界处有析出物,经EDS检测,证实该析出物为α相;且随着镍含量的增多,晶界处析出的α相增多,合金的抗拉强度逐渐下降,延伸率则逐渐上升。对热轧+冷轧态硅黄铜来说,在镍含量为0.5%时,合金的抗拉强度最高,镍含量为0.2%时,抗拉强度最低,延伸率则是在镍含量为0.2%时最高,在镍含量为0.5%时最低。(3)把含镍为0.5%的铸态硅黄铜于450℃分别进行时效处理1h、2h、4h和8h,晶界处会析出α相,且随着时效时间的延长,晶界处析出的α相增多,抗拉强度呈先上升后下降的趋势,在2h时达到峰值,为455MPa;而延伸率呈先降低后上升的趋势,在2h时最低,为26.5%。(4)把含镍为0.5%的热轧+冷轧态硅黄铜在800℃固溶处理3h后分别于400℃、450℃和550℃时效处理不同的时间。在同样的时效时间下,合金于450℃时效时的抗拉强度最高,550℃时效时次之,400℃时的抗拉强度最低;延伸率则是在400℃时最高,在450℃时最低。且无论在哪个温度下,合金的抗拉强度都是随时效时间的延长而递减的,而延伸率是随时效时间的延长而递增的。此外,在每个温度下,随时效时间的延长,合金的导电率均呈缓慢上升的趋势。(5)在铸态时,随着时效时间的延长,合金中的导电率会上升,但是上升的幅度很小;在热轧+冷轧态时,随着时效时间的延长,合金的导电率也是上升的,虽然上升的幅度比铸态时大,但整体上升得不多。对于热轧+冷轧态合金来说,在时效过程中,合金内会发生回复与再结晶,导致缺陷密度减少,晶界数增多,这些都会影响到其导电率。在导电率变化范围不大的情况下,难以分析析出物与导电率的关系。因此,通过用电阻法分析硅黄铜中第二相析出物的析出规律在实际操作中难以实现。
【关键词】：硅黄铜 第二相 时效 微观结构
【学位授予单位】：江西理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TG146.11
【目录】：

• 摘要3-5
• Abstract5-9
• 第一章 绪论9-20
• 1.1 概述9
• 1.2 黄铜的种类与性能9-12
• 1.2.1 普通黄铜的种类与性能9-10
• 1.2.2 特殊黄铜10-12
• 1.3 合金元素在黄铜中的作用12-13
• 1.3.1 锡在黄铜中的作用12
• 1.3.2 铅在黄铜中的作用12
• 1.3.3 锑在黄铜中的作用12
• 1.3.4 磷在黄铜中的作用12
• 1.3.5 镍在黄铜中的作用12-13
• 1.3.6 硅在黄铜中的作用13
• 1.3.7 铋在黄铜中的作用13
• 1.3.8 石墨在黄铜中的作用13
• 1.4 电阻法的原理13-14
• 1.5 硅黄铜的热处理工艺14-16
• 1.5.1 固溶处理14-15
• 1.5.2 时效处理15-16
• 1.6 无铅易切削黄铜的研究现状16-18
• 1.7 本课题研究的意义和目的18-19
• 1.8 实验主要创新点19-20
• 第二章 试验过程与方法20-27
• 2.1 合金成分的设计20
• 2.2 实验过程20-24
• 2.2.1 熔炼与浇铸21-22
• 2.2.2 热轧与冷轧22-23
• 2.2.3 固溶处理23
• 2.2.4 时效处理23-24
• 2.3 合金的性能检测24-27
• 2.3.1 金相分析24
• 2.3.2 抗拉强度测试24-25
• 2.3.3 导电率测试25
• 2.3.4 扫描电镜分析25-26
• 2.3.5 能谱分析26-27
• 第三章 硅黄铜的显微组织、力学性能及导电率分析27-40
• 3.1 合金成分设计27-28
• 3.2 硅黄铜的金相组织分析28-30
• 3.3 硅黄铜的显微组织分析30-35
• 3.4 硅黄铜的力学性能分析35-37
• 3.5 硅黄铜的导电率分析37-38
• 3.6 本章小结38-40
• 第四章 轧制态硅黄铜的显微组织、力学性能及导电率分析40-49
• 4.1 轧制态合金的显微组织分析40-44
• 4.2 轧制态合金的力学性能分析44-47
• 4.3 轧制态合金的导电率分析47-48
• 4.4 本章小结48-49
• 第五章 结论49-50
• 参考文献50-53
• 致谢53-54
• 研究学位期间的研究成果54-55

【引证文献】

中国重要会议论文全文数据库 前1条

1 宋练鹏;尹志民;罗丽;李振奎;;Cu-Ag、Cu-Zr和Cu-Ag-Zr合金的组织和性能[A];2004年中国材料研讨会论文摘要集[C];2004年

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本文编号：822493