黃磊

摘要：在工業(yè)生產(chǎn)中鉛黃銅被廣泛應用，由于鉛黃銅本身的優(yōu)良特性，化工專業(yè)領域中該方面的研究比較多。鉛黃銅容易發(fā)生鉛的析出，鉛元素對環(huán)境和人類的健康有一定的危害。研究人員采用磷、鈣元素代替鉛元素，對合金成分進行優(yōu)化，在實際的化學研究中判斷該種無鉛磷鈣黃銅合金的力學、耐脫鋅腐蝕性都比較適中?；诖?，本文將對無鉛磷鈣黃銅的組織以及性能進行研究。

關鍵詞：無鉛磷鈣黃銅；組織；性能；研究

在機械制造工業(yè)金屬材料加工中，很多零件的加工幾何精度比較高，如在汽車工業(yè)、精密儀表工業(yè)等行業(yè)，一方面需要考慮零件的加工精度，另一方面需要考慮零件加工的成本，在實際的零件加工環(huán)節(jié)中保障材料性能的基礎上提高零件的切削加工性能。

1 磷鈣黃銅生成實驗

在磷鈣黃銅生成實驗中，主要的實驗原料有電解銅、工業(yè)純鋅錠、P-Cu合金（P含量在14%左右）。對熔鑄爐進行檢驗，確保以上合金能夠?qū)崿F(xiàn)燒鑄；對燒鑄溫度進行合理控制，對以上材料使用熔鑄工藝制備無鉛磷鈣黃銅，以便對該合金進行力學性能實驗、電鏡掃描以及能譜分析。在實際的實驗中，主要的設備有250kg中頻感應爐、微機控制電子萬能試驗機、INCAX-act能譜儀、自行研制的恒溫水槽、顯微鏡等。

2 磷鈣黃銅顯微組織分析

2.1 金相組織分析

對磷鈣黃銅的顯微組織進行分析，在放大了的金相組織分析中，放大倍數(shù)為500，從顯微鏡下觀察到的金相組織如圖1所示，合金鑄態(tài)組織成分并不單一，主要由亮白色。相、灰色的β相組成，與這兩相在同一界面上存在類似的球狀顆粒。在磷鈣合金凝固時，能從液相中析出β相；當溫度發(fā)生變化時，開始從β相中析出α相，溫度逐漸降低時析出的α相逐漸增加，伴隨著β相逐漸減小。在實際的實驗環(huán)節(jié)中，冷速比較快，兩個金相之間的擴散不充分，不能達到一定的平衡。當溫度低至456℃時，該二相進行有序轉(zhuǎn)變，β相與α相結(jié)合，并形成了α+β相為主的兩相組織。合金中的P、Ca增加時，合金內(nèi)部的第二相顆粒逐漸增加。

2.2 SEM組織分析

對1-6號試樣SEM照片進行分析，該六組照片與金相照片進行對比，β與α相的清晰度更高；在1-3號試樣中當P含量逐漸增加時，α相也逐漸增加，但是伴隨著β相減小。在5號試樣中，P、Ca含量增加時，第二相顆粒比較多。在6號試樣中，α相出現(xiàn)了細密的連續(xù)網(wǎng)狀Cu-P等中間合金共晶組織，該共晶組織為金屬與非金屬的層片結(jié)構(gòu)，在實際連接上比較紊亂。這種紊亂是由于鋅被逐漸燒損，α相與β相也比較混亂。為了避免這種情況，首先需要嚴格控制實驗的溫度。磷鈣黃銅的SEM組織圖譜如圖2所示。

在黃銅中加入其他元素時，可以認為其他元素將黃銅中的鋅元素取代，因此可以發(fā)現(xiàn)鋅在β相與α相之間的溶解度發(fā)生變化。

在進行物相分析時，在試樣4-6中添加磷與鈣，可能產(chǎn)生的合金種類增加。對產(chǎn)生的合金種類進行X射線衍射分析，發(fā)現(xiàn)磷鈣黃銅成分主要由α相（Cu0.61、Zn0.39）和β相（Cu、Zn）組成。在試樣4中并沒有發(fā)現(xiàn)新的相產(chǎn)生。隨著P含量的增多，研究人員能夠從試樣5的衍射譜中觀察到，新的衍射峰出現(xiàn)；同樣去觀察試樣6號，該型號試樣的峰值更加明顯。5號和6號試樣出現(xiàn)的衍射峰位置相同，在多個實驗中可推測出合金中存在Cu3P相。

3 無鉛磷鈣黃銅性能分析

3.1 力學性能

對磷鈣黃銅合金的性能進行分析，在其力學性能方面取六組不同P含量的合金，研究力學性能。合金的力學性能指標分別為硬度（HB）、抗拉強度（MPa）、延伸度（%）。在正常情況下，磷鈣黃銅能呈現(xiàn)出比較好的力學性能。當P含量逐漸增加時，合金的硬度逐漸增加，同時意味著其塑性比較低。當P含量一直增加，最終增加到15時，將會出現(xiàn)一定的脆性。

3.2 切削性能

將以無鉛磷鈣黃銅取代鉛黃銅，需要對合金的切削性能進行分析，在P含量不同的情況下其切削性能不同。一般情況下，對切削性能進行判斷，可以直接通過斷屑進行判斷。由于金屬材質(zhì)的原因，切屑表面比較光亮，斷屑痕跡比較明顯。分別對1-6試樣進行觀察，在5號試樣中其切屑呈現(xiàn)的形狀為C型，切屑比較小，并且其實際的尺寸、形態(tài)與鉛黃銅HPb59-1的切屑比較相似，而5號試樣的性能參數(shù)分別為硬度（HB）105.0、抗拉強度（MPa）362.7、延伸度（%）15.0。與其他類型相比，5號試樣的磷鈣黃銅試樣的切削性能最佳。

4 結(jié)論

綜上所述，鉛黃銅在實際的零件切削以及生產(chǎn)中應用較多，但由于鉛元素有毒，零件中會析出鉛，因此在實際的精密零件生產(chǎn)中將磷、鈣元素加入，取代鉛元素，能達到同樣的合金性能。因此，本文對無鉛磷鈣黃銅的組織與性能進行分析。在磷鈣黃銅顯微組織分析中，分別對金相組織、SEM組織進行研究，并分別從力學性能與切削性能等角度探討無鉛磷鈣黃銅的性能。