C89320無(wú)鉛鉍青銅的組織及力學(xué)性能

董秀文，李 巖

(遼寧出入境檢驗(yàn)檢疫局，大連 116001)

C89320無(wú)鉛鉍青銅的組織及力學(xué)性能

董秀文，李 巖

(遼寧出入境檢驗(yàn)檢疫局，大連 116001)

采用OPM、SEM及EDS等檢測(cè)手段研究C89320無(wú)鉛鉍青銅宏觀、微觀組織特征及力學(xué)性能。結(jié)果表明：該合金以連鑄方式生產(chǎn)，顯微組織由α相、富磷α相、粒狀金屬鉍和Cu3P組成。粒狀金屬鉍和Cu3P只在富磷α相內(nèi)生成，其分布、形態(tài)、數(shù)量和大小與富磷α相成分有關(guān)。鑄態(tài)下，該合金的屈服強(qiáng)度為148 MPa、抗拉強(qiáng)度為300 MPa、斷后伸長(zhǎng)率為36.5%、硬度為70.5 HBW、抗壓強(qiáng)度為146 MPa、夏比沖擊吸收能量為28 J。常溫沖擊斷口呈韌窩狀，具有良好的切削加工性能。

C89320無(wú)鉛鉍青銅；Bi；Cu3P；富磷α相；力學(xué)性能

鉛黃銅具有優(yōu)異的切削和耐磨性能，被廣泛用于制造電子電器零件、飲水系統(tǒng)管件以及發(fā)動(dòng)機(jī)液壓系統(tǒng)等部件。但鉛是一種有毒物質(zhì)，以游離狀態(tài)存在于銅中，容易從基體中剝落而污染環(huán)境，危害人類(lèi)健康。近年來(lái)，隨著人們環(huán)保意識(shí)的增強(qiáng)，各國(guó)相繼制訂了嚴(yán)格限制含鉛材料使用的標(biāo)準(zhǔn)和法令。因此，研制新型環(huán)保的無(wú)鉛易切削銅合金已成為必然趨勢(shì)。目前，國(guó)內(nèi)該領(lǐng)域研究大多集中在無(wú)鉛黃銅方面，即在銅?鋅合金基體上通過(guò)添加鉍、錫、鎂、銻、硅、碲和碳(石墨)等元素來(lái)替代鉛，已取得了較為理想的效果[1?8]。而國(guó)外除了無(wú)鉛黃銅，還在開(kāi)展無(wú)鉛青銅的研究，以滿足更多用途的需求。C89320是國(guó)外最近幾年研制出的無(wú)鉛鉍青銅，已應(yīng)用于多個(gè)領(lǐng)域，并正式列入ASTM標(biāo)準(zhǔn)[9]，但目前尚未見(jiàn)國(guó)內(nèi)有相當(dāng)成分的無(wú)鉛青銅的研究報(bào)道。據(jù)了解，除C89320外，國(guó)外還有已實(shí)現(xiàn)工業(yè)應(yīng)用的C89325無(wú)鉛鉍青銅，其成分與C89320的相近，但鉍含量略低。

本文作者以C89320無(wú)鉛鉍青銅為研究對(duì)象，測(cè)定該合金基體的化學(xué)成分和各相的微區(qū)成分，觀察分析其宏觀和微觀顯微組織特征并測(cè)定其力學(xué)性能，以期對(duì)無(wú)鉛鉍青銅作更加深入的了解。

1 實(shí)驗(yàn)

使用美國(guó)MAGNOLIA金屬公司生產(chǎn)的d44 mm和d50 mm C89320無(wú)鉛鉍青銅棒材，其化學(xué)成分見(jiàn)表1。其中，銅與規(guī)定元素的總含量應(yīng)不低于99.5%(質(zhì)量分?jǐn)?shù))，允許添加表1以外的元素。采用ICPS?8100電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜儀測(cè)定合金的鉍含量，其余元素采用QSN?750光電發(fā)射光譜儀測(cè)定。沿棒材徑向和橫向截取試片，依次經(jīng)機(jī)械拋光、化學(xué)拋光(磷酸50 mL+冰醋酸28 mL+硝酸22 mL)、侵蝕(氯化高鐵5 g+鹽酸25 mL+乙醇100 mL)制成金相分析樣品。用DMI5000M+IA32光學(xué)顯微鏡及荷蘭Philips XL?30掃描電鏡觀察顯微組織和沖擊斷口。用美國(guó)EDAX超薄窗X射線能譜儀測(cè)定合金的微區(qū)化學(xué)成分。用FM?700顯微硬度計(jì)測(cè)定不同組織區(qū)域的顯微硬度，試驗(yàn)力為0.098 N。用INSTRON 300LX拉伸試驗(yàn)機(jī)和JB30A沖擊試驗(yàn)機(jī)測(cè)定合金的拉伸、壓縮和沖擊性能。

2 結(jié)果與討論

2.1 化學(xué)成分

從表1可知，該合金銅含量為89.80%～90.22%(質(zhì)量分?jǐn)?shù))，錫含量為5.13%～5.28%(質(zhì)量分?jǐn)?shù))，接近規(guī)定值下限，鉛含量為0.010%，遠(yuǎn)低于規(guī)定值，鉍含量為4.25%～5.13%，在規(guī)定值的中、下限之間，d44 mm棒材的磷含量為0.11%，d50 mm棒材的磷含量為0.30%，其他元素含量均顯著低于規(guī)定值，化學(xué)成分符合ASTM B505/B505M—10標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定。上述分析結(jié)果表明，C89320合金的基體成分屬于錫青銅，但元素鉍的含量較高。

2.2 宏觀組織

圖1所示為C89320無(wú)鉛鉍青銅橫截面和縱截面的宏觀組織(腐蝕劑：50%硝酸水溶液)。由圖1(a)所示的橫截面可見(jiàn)，合金的宏觀組織由表層細(xì)等軸晶區(qū)、柱狀晶區(qū)和中心粗大等軸晶區(qū)3部分組成，其中，柱狀晶區(qū)所占比例較高。圖1(b)所示為合金縱截面的宏觀組 織。從圖1(b)可以清楚地看到，柱狀晶粒的生長(zhǎng)方向與棒材的軸線有明顯傾斜角度，形成了斜生柱狀晶，且隨著冷卻速度的減小，由表及里斜生柱狀晶逐漸趨于水平分布。斜生柱狀晶的產(chǎn)生是由于水平冷卻方向與棒材垂直運(yùn)動(dòng)合成而形成的，這種形態(tài)晶粒的出現(xiàn)表明合金結(jié)晶過(guò)程是在動(dòng)態(tài)下進(jìn)行的，即具有連續(xù)鑄造結(jié)晶特征。

表1 C89320無(wú)鉛鉍青銅化學(xué)成分規(guī)定值和測(cè)定值Table 1 Nominal and measured contents of C89320 lead-free bismuth tin bronze (mass fraction,%)

圖1 C89320無(wú)鉛鉍青銅的宏觀組織Fig. 1 Macrostructures of C89320 lead-free bismuth tin bronze: (a) Transversal section; (b) Longitudinal section

2.3 顯微組織

2.3.1 OPM觀察

C89320無(wú)鉛鉍青銅光學(xué)顯微鏡下的顯微組織如圖2所示。低倍金相組織觀察顯示出明顯的枝晶狀組織(見(jiàn)圖2(a))，高倍金相組織觀察清楚顯示出4種不同的組織，如圖2(b)中的A、B、C和D相。A相區(qū)的顏色較亮，呈白色；B相區(qū)的顏色較深，呈淺灰色；在B相區(qū)內(nèi)還有顏色更深一些的C、D兩相組織。C相呈深灰色，D相呈藍(lán)灰色。金相觀察表明：C和D兩相總是出現(xiàn)在B相內(nèi)，并具有共晶產(chǎn)物特征，但在A相區(qū)內(nèi)沒(méi)有觀察到C和D兩相組織。

2.3.2 SEM像

合金的SEM像見(jiàn)圖3。由圖3可見(jiàn)，A相區(qū)組織呈淺灰色、B相區(qū)組織為深灰色，C相組織則變?yōu)榘咨?，D相組織呈深灰色，C相、D相與B相區(qū)的界面清晰，共晶特征明顯(見(jiàn)圖3(b))。在高倍SEM像中仍未在A相區(qū)中發(fā)現(xiàn)C和D相的存在。

2.3.3 微區(qū)成分分析

對(duì)圖3(b)所示的A相區(qū)、B相區(qū)和C和D相 組織的成分進(jìn)行EDS分析，結(jié)果見(jiàn)圖4及表2。

A相區(qū)：含96.53%Cu和3.47%Sn(質(zhì)量分?jǐn)?shù))，因此，A相區(qū)應(yīng)為錫溶入銅中的固溶體，即通常所說(shuō)的α相，它是錫青銅中最基本的組成相。由于此相區(qū)的銅含量較高，不易腐蝕，在光學(xué)顯微鏡下呈白亮色。

B相區(qū)：含88.32%Cu、9.64%Sn和2.04%P，參考Cu-Sn相圖，B相區(qū)也應(yīng)為α相。由于枝晶間錫含量逐漸增高，銅含量相對(duì)較低，故易受侵蝕而顏色變得較深，光學(xué)顯微鏡下呈淺灰色。此相區(qū)的磷含量遠(yuǎn)高于表1中合金的平均含量，為了與前面所說(shuō)的α相區(qū)別，將其命名為富磷α相。

C相：含94.79%Bi和5.21%Cu，結(jié)合組織形態(tài)確定該相為單質(zhì)金屬鉍，而5.21%的銅可能是樣品制備過(guò)程中，鉍被周?chē)你~所污染或者是電子束激發(fā)鉍時(shí)反射了周?chē)你~元素信號(hào)所致。此外，根據(jù)Cu-Bi二元合金相圖，鉍與銅的共晶溫度為278 ℃，共晶點(diǎn)成分為99.8%Bi，固態(tài)下鉍在銅中沒(méi)有溶解度變化，不能固溶在銅中，在合金凝固過(guò)程中，這種低熔點(diǎn)共晶體直接形成，由此亦可以進(jìn)一步證明C相為單質(zhì)金屬鉍。

圖2 C89320無(wú)鉛鉍青銅的OPM形貌Fig. 2 OPM morphologies of C89320 lead-free bismuth tin bronze: (a) Low magnification; (b) High magnification

圖3 C89320無(wú)鉛鉍青銅SEM像Fig. 3 SEM images of C89320 lead-free bismuth tin bronze: (a) Low magnification; (b) High magnification

圖4 C89320無(wú)鉛鉍青銅各微區(qū)EDS譜Fig. 4 EDS patterns of various regions in C89320 lead-free bismuth tin bronze: (a) RegionA; (b) RegionB; (c) RegionC; (d) RegionD

表2 C89320無(wú)鉛鉍青銅各微區(qū)EDS分析結(jié)果Table 2 EDS analysis results of various regions (mass fraction, %)

D相：含85.68%Cu和14.32%P。從相圖上看，Cu-Sn合金加入磷后，α相區(qū)會(huì)顯著向銅角縮小而生成Cu3P，結(jié)合光學(xué)顯微鏡下呈藍(lán)灰色的形貌特征，D相應(yīng)為Cu3P。

2.4 顯微硬度

各相顯微硬度平均值如下：α相130 HV、富磷α相145 HV，略高于α相的，這與富磷α相中錫含量高于α相以及磷的偏聚有關(guān)[10?11]。傳統(tǒng)錫青銅中經(jīng)常出現(xiàn)Cu31Sn8的δ相，光學(xué)顯微鏡下也呈藍(lán)灰色，不易與Cu3P合金相區(qū)別[12]。EDS分析沒(méi)有發(fā)現(xiàn)符合Cu31Sn8成分的合金相。鉍的脆性較高，在測(cè)試過(guò)程已經(jīng)碎裂，無(wú)法得出準(zhǔn)確值，而Cu3P的尺寸過(guò)小，沒(méi)能檢測(cè)其硬度。

2.5 力學(xué)性能

表3所列為d44 mm C89320無(wú)鉛鉍青銅的拉伸、硬度、壓縮和沖擊性能實(shí)驗(yàn)結(jié)果。拉伸和沖擊試樣取自棒材的1/2半徑處。鑄態(tài)下，合金的屈服強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度、斷后伸長(zhǎng)率、硬度、抗壓強(qiáng)度、夏比沖擊吸收能量的平均值分別為148 MPa、300 MPa、36.5%、70.5 HBW、146 MPa和28 J，強(qiáng)度、塑性和韌性性能良好。

2.6 斷口形貌

圖5所示為合金沖擊試樣的斷口形貌。由圖5可以看到斷口呈韌窩狀，鑄造枝晶形態(tài)清晰可見(jiàn)(見(jiàn)圖5(a))，第二相呈顆粒或塊狀均勻、彌散分布，粒徑約為8 μm。由圖5(b)可以看到，許多第二相顆粒已經(jīng)從韌窩中脫出并碎裂，說(shuō)明它的脆性較高。EDS分析結(jié)果表明，第二相主要為金屬鉍，Cu3P較少。

表3d44 mm C89320無(wú)鉛鉍青銅力學(xué)規(guī)定值和測(cè)定值Table 3 Nominal and measured mechanical properties of C89320 lead-free bismuth tin bronze with diameter of 44 mm

2.7 切削性能

采用車(chē)削和銑削方法對(duì)C89320無(wú)鉛鉍青銅的切削加工性能進(jìn)行的試驗(yàn)結(jié)果表明，螺旋狀的切屑較少，基本上都是比較細(xì)小的切屑，切削面的光潔度較高，說(shuō)明C89320無(wú)鉛鉍青銅的切削性能良好。

3 討論

上述結(jié)果表明，C89320合金是一種無(wú)鉛鉍青銅，采用連鑄工藝生產(chǎn)，其顯微組織由α相、富磷α相、粒狀金屬鉍和Cu3P組成。金屬鉍和Cu3P以共晶方式形成，且只在富磷α相內(nèi)生成，且顆粒細(xì)小、分布彌散，鑄態(tài)下，具有很高的強(qiáng)度、很好的塑性和韌性，切削加工性能良好。比較而言，對(duì)于鉍和磷含量高的合金(d50 mm)，其顯微組織中金屬鉍及Cu3P的數(shù)量較多、顆粒較大；而鉍和磷含量低的合金(d44 mm)，其顯微組織中金屬鉍及Cu3P的數(shù)量較少、顆粒較小。

金屬鉍和Cu3P只在富磷α相區(qū)內(nèi)生成，說(shuō)明它們的形成與α相中的錫和磷含量即由此決定的合金結(jié)晶過(guò)程有關(guān)。磷在銅中的最大溶解度出現(xiàn)在714 ℃共晶溫度，磷含量為1.75%，室溫時(shí)其溶解度幾乎為0，當(dāng)磷含量高于0.3%時(shí)，會(huì)生成銅與Cu3P組成的共晶體[11]。顯微觀察和微區(qū)成分分析表明，該合金出現(xiàn)了含磷很高的α相，磷含量達(dá)2.04%，遠(yuǎn)高于化學(xué)分析的磷含量，這說(shuō)明合金結(jié)晶凝固速度很快，磷來(lái)不及析出，因而保留在α相內(nèi)。路俊攀和李湘海[13]指出，Cu-Sn合金加入磷后，緩冷時(shí)生成的Cu3P呈放射狀，激冷時(shí)呈藍(lán)灰色顆粒狀。本實(shí)驗(yàn)所觀察到的Cu3P均呈顆粒狀，說(shuō)明合金是在非平衡的快速冷卻條件下凝固結(jié)晶的。

圖5 C89320無(wú)鉛鉍青銅沖擊斷口的SEM像Fig. 5 SEM images of impact fracture of C89320 lead-free bismuth tin bronze: (a) Low magnification; (b) High magnification

鉍是一種脆而硬的無(wú)毒金屬，熔點(diǎn)只有271.4 ℃，它不固溶于α相，常以“離異共晶”呈網(wǎng)狀分布于晶界，銅中含十萬(wàn)分之幾的鉍就可使銅的大部分晶界形成低熔而脆的共晶薄膜，產(chǎn)生冷脆和熱脆，使材料的性能降低[11,13?14]。本實(shí)驗(yàn)在晶界上未觀察到網(wǎng)狀或膜狀的金屬鉍，而是在富磷α相內(nèi)觀察到了細(xì)小、彌散、呈顆粒狀分布的金屬鉍，對(duì)此可以從熱力學(xué)角度加以分析：液態(tài)鉍與先期形成的固相接觸時(shí)可能出現(xiàn)兩種情況，即液態(tài)鉍與固相接觸界面上的界面張力小于固相的表面張力時(shí)，液態(tài)鉍能潤(rùn)濕固相，鉍在晶界上以薄膜狀鋪展形成；反之，如果設(shè)法使液態(tài)鉍與固相接觸界面上的界面張力大于固相的表面張力，則液態(tài)鉍不能潤(rùn)濕固相，鉍將以球狀或點(diǎn)狀形態(tài)分布。顯然，加入提高鉍的表面張力或降低銅的表面張力的元素，均能促進(jìn)含鉍銅合金在凝固時(shí)鉍的球狀化。WHITING等[15]在研究硒和鉍對(duì)銅的性能影響時(shí)發(fā)現(xiàn)，錫有阻礙鉍向晶界偏析的作用，尤其當(dāng)錫含量高于5%時(shí)，這種作用更明顯。FONTAINE和KEAST[16]研究發(fā)現(xiàn)，在無(wú)鉛銅合金中加入適量的錫，可以抑制鉍在晶界上偏聚，從而改善銅合金的性能。黃勁松等[2]指出，磷、銦和錫等元素的表面能明顯低于銅的表面能，它們都能降低銅的表面張力，使得鉍以塊狀或球狀而不是以薄膜狀存在于晶界。本實(shí)驗(yàn)合金中α相的錫含量為3.47%，而富磷α相的錫和磷含量則分別高達(dá)9.64%和2.04%，正是由于富磷α相固溶了含量如此高的錫和磷，降低了銅的表面張力，使得金屬鉍優(yōu)先在表面張力更低的富磷α相內(nèi)共晶形成。另外，冷卻速度也是應(yīng)當(dāng)考慮的一個(gè)影響因素。合金采用連鑄工藝成型，其冷卻速度較快即過(guò)冷度較大，提高了鉍的形核率和形核部位，最終，合金形成了α相+富磷α相+金屬鉍＋Cu3P的顯微組織。它們的結(jié)晶形成由易到難的順序?yàn)棣料唷⒏涣爪料?、Cu3P和金屬鉍。至于金屬鉍和Cu3P為何伴生出現(xiàn)，它們之間的相互關(guān)系以及磷在合金結(jié)晶過(guò)程中的作用機(jī)理等還有待進(jìn)一步研究。

4 結(jié)論

1) C89320無(wú)鉛鉍青銅的顯微組織由α相、富磷α相、粒狀金屬鉍和Cu3P組成。金屬鉍和Cu3P只在富磷α相內(nèi)生成，其分布、形態(tài)、數(shù)量和大小與富磷α相有關(guān)。

2)α相的銅含量為96.53%、錫含量為3.47%，顯微硬度為130 HV；富磷α相的銅含量為88.32%、錫含量為9.64%，磷含量為2.04%，顯微硬度為145 HV。

3) C89320無(wú)鉛鉍青銅的沖擊試樣斷口呈韌窩狀，第二相金屬鉍分布均勻、彌散，粒徑小于8 μm。

4) 連鑄狀態(tài)下，C89320無(wú)鉛鉍青銅具有較高的強(qiáng)度、較優(yōu)的塑性和韌性。

5) C89320無(wú)鉛鉍青銅的車(chē)屑和銑屑短小，加工表面光潔，切削性能良好。

REFERENCES

[1]黃勁松, 彭超群, 章四琪, 黃伯云, 馬長(zhǎng)松. 無(wú)鉛易切削鎂黃銅的組織與性能[J]. 材料科學(xué)與工程學(xué)報(bào), 2006, 24(6): 854?859. HUANG Jin-song, PENG Chao-qun, ZHANG Si-qi, HUANG Bai-yun, MA Chang-song. Microstructure and properties of cutting lead-free brass containing magnesium [J]. Journal of Materials Science and Engineering, 2006, 24(6): 854?859.

[2]黃勁松, 彭超群, 章四琪, 黃伯云. 無(wú)鉛易切削銅合金[J]. 中國(guó)有色金屬學(xué)報(bào), 2006, 16(9): 1486?1493. HUANG Jin-song, PENG Chao-qun, ZHANG Si-qi, HUANG Bai-yun. Lead free cutting copper alloys [J]. The Chinese Journal of Nonferrous Metals, 2006, 16(9): 1486?1493.

[3]舒學(xué)鵬, 肖來(lái)榮, 易丹青, 覃靜麗, 張路懷, 張喜民. 銻黃銅組織與性能的研究[J]. 鑄造, 2008, 57(1): 59?62. SHU Xue-peng, XIAO Lai-rong, YI Dan-qing, QIN Jing-li, ZHANG Lu-huai, ZHANG Xi-min. Microstructure and properties of stibium brass [J]. Foundry, 2008, 57(1): 59?62.

[4]覃靜麗, 肖來(lái)榮, 易丹青, 舒學(xué)鵬. 鉍對(duì)無(wú)鉛易切削黃銅性能的影響[J]. 材料科學(xué)與工程學(xué)報(bào), 2008, 26(3): 457?459. QIN Jing-li, XIAO Lai-rong, YI Dan-qing, SHU Xue-peng. Effect of Bi on properties of leadless easy cutting brass [J]. Journal of Materials Science and Engineering, 2008, 26(3): 457?459.

[5]肖來(lái)榮, 舒學(xué)鵬, 易丹青, 張路懷, 覃靜麗, 胡加瑞. 無(wú)鉛易切削鉍銻黃銅的組織與性能[J]. 中南大學(xué)學(xué)報(bào): 自然科學(xué)版, 2009, 40(1): 117?122. XIAO Lai-rong, SHU Xue-peng, YI Dan-qing, ZHANG Lu-huai, QIN Jing-li, HU Jia-rui. Microstructure and properties of unlead free-cutting brass containing bismuth and stibium [J]. Journal of Central South University: Science and Technology, 2009, 40(1): 117?122.

[6]許傳凱, 胡振清, 黃勁松, 章四琪, 周忠誠(chéng), 袁志偉, 杜 丹,黃 湘. 無(wú)鉛易切削黃銅的研究進(jìn)展[J]. 有色金屬加工, 2009, 38(6): 11?15. XU Chuan-kai, HU Zhen-qing, HUANG Jin-song, ZHANG Si-qi, ZHOU Zhong-cheng, YUAN Zhi-wei, DU Dan, HUANG Xiang. Development and research of free cutting unleaded brass in China [J]. Nonferrous Metals Processing, 2009, 38(6): 11?15.

[7]許傳凱, 胡振清, 黃勁松, 章四琪, 周忠誠(chéng), 袁志偉, 杜 丹,黃 湘. 無(wú)鉛易切削黃銅的研究進(jìn)展(續(xù))[J]. 有色金屬加工, 2010, 39(1): 23?27. XU Chuan-kai, HU Zhen-qing, HUANG Jin-song, ZHANG Si-qi, ZHOU Zhong-cheng, YUAN Zhi-wei, DU Dan, HUANG Xiang. Development and research of free cutting unleaded brass in China(continual) [J]. Nonferrous Metals Processing, 2010, 39(1): 23?27.

[8]肖來(lái)榮, 覃靜麗, 易丹青, 舒學(xué)鵬. Al, Ce對(duì)易切削鉍黃銅組織和性能的影響[J]. 特種鑄造及有色合金, 2008, 28: 321?323. XIAO Lai-rong, QIN Jing-li, YI Dan-qing, SHU Xue-peng. Effects of Al and Ce on microstructure and properties of Bi-brass with cutting-free [J]. Special Casting and Nonferrous Alloys, 2008, 28: 321?323.

[9]ASTM B505/B505M?10. Standard specification for copper alloy continuous castings [S].

[10]崔 崑. 鋼鐵材料及有色金屬材料[M]. 北京: 機(jī)械工業(yè)出版社, 1981: 422?425. CUI Kun. Iron and steel materials and non-ferrous metal materials [M]. Beijing: China Machine Industry Press, 1981: 422?425.

[11]田榮璋, 王祝堂. 銅合金及其加工手冊(cè)[M]. 長(zhǎng)沙: 中南大學(xué)出版社, 2002: 259?270.TIAN Rong-zhang, WANG Zhu-tang. Handbook of copper alloy and processing [M]. Changsha: Central South University Press, 2002: 259?270.

[12]李炯輝. 金屬材料金相圖譜[M]. 北京: 機(jī)械工業(yè)出版社, 2007: 1489?1492. LI Jiong-hui. Photographical spectrum for metal materials [M]. Beijing: China Machine Press, 2007: 1489?1492.

[13]路俊攀, 李湘海. 加工銅及銅合金金相圖譜[M]. 長(zhǎng)沙: 中南大學(xué)出版社, 2010: 148?152. LU Jun-pan, LI Xiang-hai. Photographical spectrum for worked copper and copper alloys [M]. Changsha: Central South University Press, 2010: 148?152.

[14]上海交通大學(xué)《金相分析》編寫(xiě)組. 金相分析[M]. 北京: 國(guó)防工業(yè)出版社, 1982: 526?536. Shanghai Jiao Tong University Edition Group of Metallographic Analysis. Metallographic analysis [M]. Beijing: National Defense Industry Press, 1982: 526?536.

[15]WHITING L V, SAHOO M, NEWCOMBE P D, ZAVADIL R, PETERS D T. Detailed analysis of mechanical properties of SeBiLOYsⅠandⅡ [J]. AFS Transactions, 1999, 182: 343?351. [16]FONTAINE A L, KEAST V J. Compositional distributions in classical and lead-free brasses [J]. Materials Characterization, 2006, 57(4/5): 424?429.

(編輯 陳衛(wèi)萍)

Microstructure and mechanical properties of C89320 lead-free bismuth tin bronze

DONG Xiu-wen, LI Yan
(Entry-Exit Inspection and Quarantine Bureau of Liaoning Province, Dalian 116001, China)

The macrostructure, microstructure and mechanical properties of C89320 lead-free bismuth tin bronze were investigated by OPM, SEM and EDS techniques. The results show that when the C89320 is fabricated by continuous casting process, the microstructure mainly containsαphase, phosphorus-richαphase, particle-like Bi and Cu3P phases. Bi and Cu3P phases are associated with the phosphorus-richαphase, whose morphology, size and number are related to the composition of the phosphorus-richαphase. The yield strength, tensile strength, elongation, hardness, compressive strength and impact energy of the as-cast alloy are 148 MPa, 300 MPa, 36.5%, 70.5 HBW, 146 MPa, and 28 J, respectively. The impact fracture at the room temperature is typical dimple fracture pattern and the alloy has excellent cutting machinability.

C89320 lead-free bismuth tin bronze; Bi; Cu3P; phosphorus-richαphase; mechanical properties

TG146.1

A

遼寧出入境檢驗(yàn)檢疫局基金資助項(xiàng)目(LK34-2010)

2011-12-03；

2012-05-20

董秀文，研究員；電話：0411-82729937；E-mail: lndldl_cn@sina.com

1004-0609(2012)09-2546-07