熱處理工藝對C46500黃銅脫鋅腐蝕性能的影響

趙惠芬, ,

(寧波金田銅業(yè)(集團)股份有限公司,浙江 寧波 315034)

熱處理工藝對C46500黃銅脫鋅腐蝕性能的影響

趙惠芬,代文鋼,丁家圓

(寧波金田銅業(yè)(集團)股份有限公司,浙江 寧波315034)

研究了熱處理工藝對C46500黃銅顯微組織及其抗脫鋅腐蝕性能的影響.結果表明:C46500黃銅擠壓坯為α+β兩相組織,經(jīng)高溫退火處理后,組織中β相向α相轉變,在480℃時,固溶度達到極值,且β相由網(wǎng)狀結構向等軸狀轉變;C46500黃銅經(jīng)480℃+6h退火處理后,具有良好的抗脫鋅腐蝕性能.

C46500黃銅; 退火處理; 顯微組織; 脫鋅腐蝕

0 前 言

C46500黃銅被廣泛應用于飛機上的接頭零件,艦船上的小五金、螺栓、螺母、閥桿、冷凝器管和焊條等[1].同時,C46500黃銅具有良好的熱加工性和耐腐蝕性能,且鉛的質量分數(shù)<0.25%,成為飲用水系環(huán)保閥門的理想材料[2].C46500黃銅在使用過程中,存在脫鋅腐蝕現(xiàn)象,將導致構件出現(xiàn)微裂紋,甚至開裂,嚴重影響產品的使用壽命及安全性.因此,提高材料的抗脫鋅腐蝕能力成為提高產品質量的關鍵.本文通過研究熱處理工藝對C46500黃銅顯微組織以及不同的組織結構對其抗脫鋅腐蝕性能的影響,為提高其抗腐蝕能力提供理論指導.

1 試 驗

試驗用C46500黃銅為加砷(As)黃銅,采用50 kg中頻爐熔煉,φ145 mm鐵模澆鑄,1 250 t反向擠壓機擠壓,擠壓溫度為680 ℃,擠壓坯規(guī)格為φ21 mm,并對擠壓坯進行480 ℃退火處理.通過對比熱處理前后試驗合金性能的變化,了解熱處理工藝對試驗合金組織與性能的影響.

試驗用C46500黃銅的主要化學成分如表1所示.熱處理工藝如表2和表3所示.試驗合金的抗脫鋅腐蝕性能依據(jù)GB/T 11019—2008進行檢測.

表1 C46500黃銅主要化學成分Tab.l Main chemical elements of C46500 brass

表2 C46500黃銅不同退火溫度處理工藝Tab.2 Heat treatment of C46500 brass in different annealing temperature

表3 C46500黃銅不同冷卻方式熱處理工藝Tab.3 Heat treatment of C46500 brass in different cooling way

2 結果及分析

2.1 熱處理對C46500黃銅顯微組織的影響

經(jīng)不同熱處理工藝制備的C46500黃銅的顯微組織如圖1和圖2所示.

由圖1可以看出,C46500黃銅擠壓后由α和β兩相組織組成,經(jīng)高溫退火處理后,組織由網(wǎng)狀結構向等軸狀轉變,同時β相隨溫度變化出現(xiàn)先減少后增加的趨勢,在480 ℃時β相所占比例最少.

由Cu-Zn二元相圖可知,在α相中,Zn的室溫固溶度在30%左右,隨著溫度的升高固溶度增加,在456 ℃時達到極值(39%);溫度繼續(xù)升高,固溶度開始下降.因此,C46500黃銅在進行高溫退火處理時,β相出現(xiàn)先減少后增加的趨勢.

圖1 C46500黃銅不同退火溫度的金相組織Fig.1 Microstructure of C46500 brass after annealing in different temperature

由圖2可以看出,C46500黃銅經(jīng)480 ℃退火時,隨退火時間的延長,組織中β相進一步減少,基體組織以α相為主;同時隨著冷卻強度的降低,晶粒逐漸長大,組織中β相重新析出長大.在β相向α相的轉變過程中,將導致α相界面處Zn濃度升高,為促使相變繼續(xù)進行,組織中的原子必須通過長程擴散促進成分的均勻化.因此,長時間保溫可促使β相向α相進一步轉變.在材料進行冷卻時,快速冷卻(風冷)將抑制原子擴散,使α相以過飽和的形式保留至室溫,當冷卻速度較慢時,將發(fā)生α相向β相轉變,生成的β相將依附于原有相界面處形核,從而使β相出現(xiàn)偏聚長大的現(xiàn)象[3].

圖2 C46500黃銅不同冷卻速度的金相組織Fig.2 Microstructure of C46500 brass after solution treatment in different cooling rate

2.2 微觀組織對C46500黃銅抗脫鋅性能的影響

經(jīng)不同工藝退火處理后C46500黃銅的抗脫鋅腐蝕性能如表4所示.

表4 不同退火工藝C46500黃銅的抗脫鋅性能Tab.4 Dezincification corrosion property of C46500 brass after different annealing process

由表4可以看出,與擠壓坯料相比,C46500黃銅經(jīng)高溫退火處理可提高其抗脫鋅腐蝕性能.同時,當基體組織以α相為主時,材料具有良好的抗脫鋅腐蝕性能.

研究[4-6]表明,在加As黃銅中,As與Cu2+反應生成Cu1+和As3+,抑制了Cu2Cl2形成Cu2+.在兩相黃銅中α相電位在Cu2+/Cu和Cu1+/Cu之間,而β相電位比Cu2+/Cu和Cu1+/Cu都低,As能抑制Cu2+形成,抑制α相脫鋅腐蝕,但對β相影響很小.在材料擠壓坯組織中,β相以網(wǎng)狀形式存在,材料在發(fā)生脫鋅腐蝕時,網(wǎng)狀β相將成為腐蝕通道,加劇了材料的腐蝕程度,而當β相以等軸狀形式存在時,腐蝕通道被α相阻隔,從而抑制脫鋅腐蝕的進一步進行.

圖3為C46500黃銅的脫鋅腐蝕形貌照片.從圖3中可以看出,脫鋅腐蝕沿β相擴展(A區(qū)),而當β相被α相分隔時,腐蝕減緩或停止(B區(qū)).因此,與擠壓組織相比,材料經(jīng)480 ℃+6 h高溫退火后,組織中β相向α相轉變,形貌由網(wǎng)狀向等軸狀變化,提高了材料的抗脫鋅腐蝕性能.

圖3 C46500黃銅的脫鋅腐蝕形貌照片F(xiàn)ig.3 Dezincification corrosion morphology of C46500 brass

3 結 論

(1) 降低C46500黃銅中β相比例、改善β相形態(tài),使其由網(wǎng)狀向等軸狀轉變,可提高抗脫鋅腐蝕性能.

(2) C46500黃銅經(jīng)480 ℃+6 h退火處理后,具有較好的抗脫鋅腐蝕性能.

[1]張智強,郭澤亮,雷竹芳.銅合金在艦船上的應用[J].材料開發(fā)與應用,2006,21(5):43-46.

[2]倪平.閥門用銅合金材料選用與研究[J].閥門,2008(4):15-22.

[3]譚樹松.有色金屬材料學[M].北京:冶金工業(yè)出版社,1993:31.

[4]李勇黃.銅脫鋅腐蝕的研究進展[J].南方金屬,2005(12):15-l8.

[5]甘復興,郭海.砷抑制黃銅脫鋅的機理研究[J].中國腐蝕與防護學報,1991,11(1):75-82.

[6]劉增才,林樂耘.實海暴露雙相黃銅脫鋅的擴散機制[J].材料研究學報,2000,14(1):145-149.

EffectsofHeatTreatmentonDezincificationCorrosionPropertiesofC46500Brass

ZHAOHui-fen,DAIWen-gang,DINGJia-yuan

(NingboJintianCopper(Group)Co.,Ltd.,Ningbo315034,China)

The paper research effects of heat treatment on microstructure and dezincification corrosion properties of C46500 brass.The results confirm that the extrusion microstructure hasαandβphases, theβ-phase transform toα-phase by the high temperature annealing treatment,the solubility reaches extremes at 480 ℃.And the network microstructure ofβorganized changes to equiaxed organization by high temperature annealing; the material of C46500 brass has good anti-dezincification property after 480 ℃+6 h annealing treatment.

C46500 brass; annealing treatment; microstructure; dezincification corrosion

1005-2046(2014)01-0024-03

2013-04-03

趙惠芬(1972-),女,工程師,主要從事銅合金生產加工技術的研發(fā).E-mail:zhaohf@jtgroup.com.cn.

TG146.1+1

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