铅黄铜组织和性能的改善

　　0 前 言

　　铅黄铜由于具有易切削、生产成本低、冷热加工性能好以及可通过不同的铸造工艺进行生产等特点[1-3]，已成为广泛使用的一种铜合金，用于电子电器接插件、仪表零件、饮水系统的水管、水龙头、阀门、管接头等，发达国家仅黄铜水管的使用率就高达90%以上. 然而，铅黄铜在生产中经常会出现质量不稳定，特别是关于热处理工艺对材料组织性能的影响了解不够，在制定加工工艺时存在一定困难. 为了更好地了解热处理对产品质量的影响，本文研究了热处理温度与冷却条件对产品组织性能的影响.

　　1 试 验

　　试验样品为C3604铅黄铜，规格为Φ5.7mm×300mm，状态为Y2.样品放置于箱式电阻炉中回火，回火温度分别为300℃、400℃和500℃，保温3h，保温结束后采用水冷、空冷和随炉冷三种冷却方式. 在JSM-5610LV型扫描电镜上观察显微组织，用HVS-100型数显显微硬度计测量显微硬度，载荷为0.1kg，保载时间10s，抗拉强度在型号为AG-I250的电子拉伸试验机上测试.

　　2 结果与讨论

　　2.1 金相组织观察

　　图1为不同冷却条件下合金的金相组织.

　　由图1可见，500℃回火后晶粒明显大于未回火样品，同一温度、不同冷却速度下其晶粒大小，α、β相形貌都相差不大，可见冷却速度对组织的影响不大.

　　2.2 SEM 观察及能谱分析

　　图2为500℃回火+水冷和500℃回火+炉冷样品的SEM照片.从图2中可以看到，500℃回火+水冷样品中的β相比500℃回火+炉冷的粗大且含量高，即水冷的β相要比随炉缓冷的粗大，这也说明冷却速度大，β相含量高. 同时，可以看到，500℃回火+炉冷样品中的小质点要比500℃ 回火+水冷样品多. 也就是说炉冷样品基体中分布的小质点多而弥散，而水冷样品相对小质点较少，而且有些质点溶入了β相中. 这些小质点可能是Pb，说明炉冷可以使Pb质点分布均匀、细小、弥散，而水冷使Pb含量减少，而且有部分溶入基体中. 这是由于C3604铅黄铜在454℃以上时α相会部分转变β相[4]，而Pb能溶于β相，即Pb在高温下分布于β相晶粒内. 因此，500℃下回火，Pb有部分溶于晶内，而不是分布在晶界上. 当采用水冷方式时，能保留高温下合金的组织结构，β相含量高、尺寸大，Pb部分分布于β相晶粒中.

　　2.3 不同冷却速度对力学性能的影响

　　图3和图4 分别为300℃、400 ℃和500℃回火温度下，不同冷却速度样品的抗拉强度和延伸率曲线.

　　从图3、图4中可以看到一个规律: 冷却速度越快，抗拉强度越高，延伸率越大; 而冷却速度越慢，抗拉强度和延伸率都会下降. 在500℃回火温度下，水冷样品抗拉强度和延伸率比炉冷样品高3.2% 和14.2%; 在300℃回火温度下，水冷样品的抗拉强度和延伸率比炉冷样品高4.5%和33.7%.