熱處理對(duì)CW713R特殊黃銅組織及性能的影響

馮衛(wèi)+黃紹輝+劉欽雷+裘桂群+巢國輝

摘要：采用金相顯微鏡（OM）、萬能試驗(yàn)機(jī)、維氏硬度計(jì)和磨粒磨損試驗(yàn)機(jī)等設(shè)備研究不同熱處理工藝對(duì)CW713R特殊黃銅的微觀組織、力學(xué)性能及耐磨性能的影響.研究結(jié)果表明：退火溫度從200℃升高到300℃，a相呈針狀析出，基體β相基本未發(fā)生變化；退火溫度從300℃升高到450℃，a相長大，呈短棒狀或等軸狀，基體β相發(fā)生長大并粗化；退火溫度從450℃升高到550℃，a相消失，轉(zhuǎn)變?yōu)棣孪?，基體β相顯著粗化.a、β相含量和形態(tài)的變化必然導(dǎo)致其性能也隨之變化，比較不同熱處理工藝下的各性能指標(biāo)，擠壓坯小加工量延伸后進(jìn)行300℃x3h熱處理，獲得的材料綜合性能最佳。

關(guān)鍵詞：CW713R特殊黃銅；退火；耐磨材料；微觀組織；力學(xué)性能

黃銅作為銅合金產(chǎn)品中重要的合金之一，具有優(yōu)良的力學(xué)性能、耐腐蝕性能及冷熱加工性能等.在簡單黃銅中添加少量的合金元素，如Mn、A1、Fe等，使其成為復(fù)雜黃銅，可以明顯提高合金的強(qiáng)度和耐磨性能，被廣泛應(yīng)用于對(duì)強(qiáng)度和耐磨性能要求較高的精密制造行業(yè)，以β相為基的高強(qiáng)耐磨多元復(fù)雜黃銅是新近發(fā)展起來并得到廣泛應(yīng)用的新型高技術(shù)含量、高附加值的銅合金產(chǎn)品，具有廣闊的市場發(fā)展空間.耐磨復(fù)雜黃銅不但對(duì)合金微觀的強(qiáng)度、韌性有較高的要求，而且要求有硬度極高的耐磨相均勻、穩(wěn)定地分布在基體上。

CW713R特殊黃銅的磨損性能主要取決于合金組成相的種類、數(shù)量、形狀、大小和分布，而熱處理是獲得良好微觀組織的主要手段之一.通過熱處理獲得一定a相和β相的比例、彌散分布的Si、Mn等耐磨相，來提高合金的耐磨性因此對(duì)CW713R特殊黃銅基體組織的研究顯得尤為重要，本文主要從熱處理工藝方面研究該合金的組織和力學(xué)性能

2試驗(yàn)結(jié)果及分析

2.1金相組織

圖1是經(jīng)不同溫度退火后的CW713R特殊黃

1試驗(yàn)

試驗(yàn)用CW713R特殊黃銅試樣棒以紫銅、黃雜銅、鋅錠、廢鋁絲（或鋁錠）、鉛錠、錳銅中間合金、硅銅中間合金、耐磨黃銅生產(chǎn)角料及銅沫為原料.采用工頻爐進(jìn)行熔煉，水平連鑄生產(chǎn)φ245mm鑄錠，采用3150T反向擠壓機(jī)進(jìn)行擠壓，擠壓溫度為580～620℃，擠壓速度為12～15mm/s，擠壓坯規(guī)格為φ22mm，對(duì)擠壓坯進(jìn)行一定量的延伸加工，并對(duì)其進(jìn)行不同溫度低溫退火處理，通過對(duì)比低溫?zé)崽幚砬昂蟛牧闲阅艿淖兓?，了解低溫?zé)崽幚砉に噷?duì)材料組織與性能的影響.

CW713R特殊黃銅的化學(xué)成分如表1所示.試驗(yàn)通過對(duì)CW713R特殊黃銅擠壓坯進(jìn)行約0.2mm的延伸后，進(jìn)行熱處理，具體熱處理工藝如表2所示。銅試樣的金相組織照片.從圖1中可以看出，擠壓組織為β基體相+硅錳化合物，延伸變形后組織沒有變化.擠壓坯760℃x1h淬火處理后，基體β相晶粒長大、粗化，350℃時(shí)效后在晶界、晶內(nèi)析出針狀、粒狀a相；擠壓坯200℃退火，組織基本沒有變化；300℃退火組織中開始出現(xiàn)a相；隨退火溫度升高至450℃，a相由針狀向短棒狀轉(zhuǎn)變；當(dāng)退火溫度升高至550℃時(shí)，a相消失.

由Cu-Zn合金二元相圖可知，室溫下Zn在a相中的固溶度在30%左右.隨著退火溫度的升高，Zn的固溶度增加，在456℃時(shí)達(dá)到極值（39%）.之后，隨著溫度升高開始下降.由于材料以Cu-Zn合金為主體，其相轉(zhuǎn)變規(guī)律可近似套用.經(jīng)計(jì)算得到的Zn當(dāng)量約48%，所以CW713R特殊黃銅試樣在500℃以下退火時(shí)，組織中的β相會(huì)向a相轉(zhuǎn)變.隨著退火溫度的升高，a相形態(tài)、含量均變小；550℃退火時(shí)，發(fā)生a相向β相轉(zhuǎn)變，最終a相消失

2.2力學(xué)性能

為了滿足不同客戶對(duì)產(chǎn)品的需求，試驗(yàn)研究了退火溫度對(duì)CW713R特殊黃銅試樣力學(xué)性能的影響，試驗(yàn)結(jié)果如圖2所示.圖2中橫坐標(biāo)為與表2中對(duì)應(yīng)的熱處理工藝.

從圖2中可以看出，擠壓坯小加工量延伸后進(jìn)行760℃x1h和760℃x1h+350℃x3h熱處理（工藝2）后，強(qiáng)度和伸長率顯著降低.擠壓坯小加工量延伸后進(jìn)行不同溫度的退火，在450℃以下退火（工藝3～6），隨著退火溫度的升高，強(qiáng)度略微降低，伸長率顯著提高；300℃退火（工藝4），綜合力學(xué)性能最佳；450℃退火（工藝6）強(qiáng)度最低，伸長率最高；退火溫度提高至550℃退火（工藝7）時(shí)強(qiáng)度略有提高，伸長率顯著降低.

圖2中，強(qiáng)度的變化規(guī)律與伸長率的變化規(guī)律相反，固溶態(tài)（工藝2）的力學(xué)性能最差.結(jié)合圖1中的金相組織照片可知，主要原因是基體中β相晶粒的長大、粗化及基體中a相的析出及其形態(tài)的變化所致。

2.3國內(nèi)外擠壓黃銅棒材耐磨性能的對(duì)比

試驗(yàn)選取CW713R特殊黃銅擠壓坯（在300℃退火3h后）綜合力學(xué)性能最優(yōu)的棒材與國內(nèi)外產(chǎn)品在相同的條件下，進(jìn)行摩擦磨損試驗(yàn).試驗(yàn)條件為：轉(zhuǎn)速800r/min，68#液壓油，GCr15軸承鋼，載荷分別為20，30和50N.試驗(yàn)結(jié)果如圖3所示.從圖3中可以看出，在相同載荷條件下，CW713R特殊黃銅試樣的耐磨性能明顯優(yōu)于國內(nèi)同類產(chǎn)品，達(dá)到并超過國外產(chǎn)品。

3結(jié)論

（1）擠壓坯小加工量延伸后，300℃x3h退火為最佳熱處理工藝，其組織組成為等軸狀β相（基體）+硅錳化合物+極細(xì)小的針狀a相，此時(shí)，CW713R特殊黃銅試樣的耐磨性好，綜合力學(xué)性能最佳。

（2）相變（a相析出）從250℃左右開始，500℃左右結(jié)束；450℃以下，a相在晶內(nèi)的析出為針狀，450℃以上，晶粒長大，為短棒狀；500℃以上，a相消失，基體為單一β相；

（3）擠壓坯棒材退火處理后，力學(xué)性能變化規(guī)律與a相變化規(guī)律一致。