摘要: 以制备一种新型的无铅易切削铋黄铜合金为目的，以替代现有应用广泛的易切削铅黄铜。采用熔铸挤压的方法制备了易切削铋黄铜棒材，利用XRD、金相显微镜、扫描电镜、动电位极化和交流阻抗等方法研究添加Ti、Al、Ce对铋黄铜的微观组织及耐蚀性的影响。并... 展开 以制备一种新型的无铅易切削铋黄铜合金为目的，以替代现有应用广泛的易切削铅黄铜。采用熔铸挤压的方法制备了易切削铋黄铜棒材，利用XRD、金相显微镜、扫描电镜、动电位极化和交流阻抗等方法研究添加Ti、Al、Ce对铋黄铜的微观组织及耐蚀性的影响。并利用电子万能试验机、金属切削机床等仪器测试了材料的力学性能和切削性能，着重研究了合金的腐蚀过程和切削机理，得出如下研究结果： 1)Ce对Cu-Zn-Bi合金铸态组织的细化作用明显，Al对合金加工后的组织具有一定的细化作用。添加了Al的铋黄铜的抗拉强度、屈服强度较Cu-Zn-Bi、Cu-Zn-Bi-Ce和Cu-Zn-Bi-Ti高，合金的塑性较好。 2)Cu-Zn-Bi合金中铋主要以薄膜状存在合金中，而Al、Ce的添加使得Bi的反润湿效应明显，添加了Ti、Al、Ce后，薄膜状的铋减少，主要以颗粒状存在于合金中。Cu-Zn-Bi和Cu-Zn-Bi-Al的平均脱锌层厚度在300μm左右，而Cu-Zn-Bi-Ce的耐腐蚀性能较差，脱锌层的平均厚度大于1000μm。 3)分别研究了Cu-Zn-Bi和Cu-Zn-Bi-Al合金在1.0％CuCl2溶液中的微观腐蚀形貌，发现挤压态合金的腐蚀表面存在一定的微裂纹，分析了腐蚀表面裂纹形成的微观机制，认为其主要是腐蚀过程和样品中的拉应力共同作用的结果。测量其在1.0％CuCl2溶液中的开路电位，分别为-40.72mV和-144.67mV。 4)研究了Cu-Zn-Bi和Cu-Zn-Bi-Al合金在1.0％CuCl2溶液中不同浸泡时间的交流阻抗图谱，分析表面膜形成过程，得到腐蚀的等效电路图。由腐蚀过程可知，其表面膜在腐蚀6h前形成，6h后被溶液中的Cl-侵蚀，表面膜破坏。Cu-Zn-Bi-Al合金中的表面膜先于Cu-Zn-Bi中的表面膜形成，Al的加入有利于合金中保护膜的生成。 5)根据脱锌层厚度计算了添加不同合金元素的铋黄铜中锌的扩散系数，其扩散系数的数量级在10-10～10-9之间，Cu-Zn-Bi-Al的扩散系数较Cu-Zn-Bi的小，而Cu-Zn-Bi的扩散系数较Cu-Zn-Bi-Ce的小。 6)Cu-Zn-Bi-Ti合金中，随着铋含量的增加，合金的切削性能提高：Cu-Zn-Bi-Al的切屑细小，呈针状，三向切削力均小于HPb59-1，切削性能优异；Cu-Zn-Bi-Ce的切屑主要呈螺旋状和小片状，但其切削力较HPb59-1有所增大。 7)研究了切削热对变形区的影响，发现切削变形时，在铋颗粒中产生的热应力，在温度变化很小时已经超过了铋颗粒的屈服应力，使铋颗粒发生变形。并应用Griffith的断裂理论计算了断屑时铋颗粒的临界尺寸，计算得到只要铋颗粒的尺寸达到0.3446μm时，切屑发生断裂。 8)所制备的Cu-Zn-Bi-Al合金具有较高的强度、塑性，耐腐蚀性能良好，并具备优异的切削性能，达到了预期的性能指标，可以替代现有的广泛应用的铅黄铜，具有一定的应用前景。 收起