变形量

 

　　H.S. Kim等人研究了等通道转角挤压后的热处理对黄铜的影响（如图11、图12、图13所示）。所谓的等通道转角挤压是指将多晶试样压入一个特别设计的模具中以实现大变形量的剪切变形工艺，主要通过变形过程中的近乎纯剪切作用，使材料的晶粒得到细化，从而材料的机械和物理性能得到显著改善，是一种有效的制备超细晶材料的方法。经过等通道转角挤压后的热处理能够有效的改善黄铜的力学性能，在不降低延伸率的情况下提高其屈服强度和拉伸强度。不同的变形量，对材料的组织产生不同的影响。F.A.Sadykov等人[14]对比了不同工艺处理的耐磨黄铜（Cu59.71%,Zn39.40%,Pb0.89%）的亚微观结构，如图14所示。从图中可以看出原始状态的黄铜组织为α+β相，晶粒较为粗大；经过840℃淬火后获得晶粒粗大的β单相组织；若先在240℃下进行轧制，然后在840℃下淬火则会获得晶粒较细的α+β相组织。

 

 

　　图11 不同道次的的ECAP对 Cu-40%Zn黄铜显微硬度的影响

 

 

　　图12 Cu-40%Zn黄铜经过不同道次的等通道转角挤压后的显微组织 （a） 1 道次 （b） 2 道次，（c） 3 道次 （d） 4 道次

 

 

　　图13 Cu-40%Zn黄铜经过1道次（a）和4道次（b）等通道转角挤压后的TEM图片

 

 

　　图14 经过不同变形量热处理的黄铜的组织结构：（a）原始状态（b）840℃下淬火处理（c）240℃下轧制+840℃下淬火处理

 

　　加热温度和保温时间

 

　　加热温度和保温时间是黄铜热处理的两个重要的参数。加热温度过高，保温时间过长会导致黄铜的组织粗化，力学性能下降，严重影响黄铜的正常使用；而加热温度过低，保温时间不足则达不到黄铜热处理的目的。因此黄铜的热处理过程通常确定的加热温度范围和保温时间，如锡黄铜HSn70-1,其去应力退火温度300-350℃，再结晶退火温度560-580℃；铝黄铜HAl77-2,其去应力退火温度300-350℃，再结晶退火温度600-650℃，具体的加热温度参考表2.

 

　　冷却速率和压力

 

　　S. V. Anakhov 和 S. I. Fominykh研究了LMtsKNS黄铜重熔后冷却速率对其组织的影响。他们发现再结晶阶段熔化物的冷却速率会对LMtsKNS黄铜的组织和性能产生显著地影响，并借助高速表面热处理技术在黄铜表面获得一层较细的熔覆层，显著地提高了该黄铜的强度和耐磨性能。Y. W. Liu等人研究了高压热处理对黄铜微观结构和耐蚀性能的影响。他们发现当温度不变，热处理压力为3Gpa时，黄铜显微结构发生了明显的细化，但耐蚀性能却大大降低；当温度不变，热处理压力为6GPa时，黄铜的耐蚀性能大大提高，但显微结构没有发生明显的细化。

 

　　合金元素

 

　　在普通黄铜中加入Fe、Mn和Si等元素后，经过合适的热处理温度，可在基体中形成Mn5Si3或Fe3Si颗粒相，从而可大幅度提高黄铜的强度和耐磨损性能。对这类黄铜进行淬火和回火处理，可改变显微组织中颗粒相的粒度、分布和致密度，从而可进一步改善材料的性能，尤其是当合理地控制回火温度和时间，使显微组织中出现少量α相时，可使材料的耐磨损性能达到最佳状态。Li, S. F等人将合金以粉末冶金的方式，通过提高热处理温度，研究了质量分数为1.0%的Ti对Cu40Zn黄铜中相转变、析出物行为以及显微硬度的影响。他们发现随着热处理温度的升高α相含量增加，但Ti的固溶度却不断下降；沉淀相以Cu2TiZn金属间化合物（如图15所示）的形式均匀的分布在铜基体上，抑制了相和晶粒的长大。Mg对黄铜的组织也会产生明显的影响。Haruhiko Atsumi等人通过粉末技术工艺研究了Mg元素对Cu40%Zn黄铜组织和性能的影响。他们通过SPS（spark plasma sintering）设备将质量分数为0.5-1.5%纯Mg粉末加入到简单黄铜当中，并通过光学显微镜观察了该组织结构，如图16所示，从中不难发现Mg含量对α相、β相及IMC相的形态、数量和分布产生显著地影响。此外，在简单黄铜中加入Al可起到固溶强化的作用，这是因为Al是强烈的β相稳定元素，它的加入可以使Cu-Zn二元相图的α+β相区向富铜的方向移动。

 

 

　　图15  Cu40Zn1.0Ti 黄铜的组织和能谱分析

 

 

　　图16 通过SPS设备获得的不同含Mg量的Cu40%Zn黄铜的组织结构：Cu40%Zn

（a） ,Cu40%Zn+0.5%Mg （b）， Cu40%Zn+1.0%Mg （c）， Cu40%Zn +1.5%Mg （d）