60Cu-Zn-xMg合金组织与性能研究

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1、中南大学硕士论文摘要摘要铜及铜合金由于具有一系列的优良性能：电导率与热导率高、耐腐蚀性能强、加工成型性能好、强度高等，在国民经济的各个部门获得了广泛的应用。铅黄铜因其优异的力学性能和切削性能而广泛应用，由于含有害元素铅，铅黄铜的应用受到极大限制，研制开发无铅易切削黄铜是当前世界各国共同关注的焦点，已成为材料工作者的重要研究课题。因此，论文作者采用熔铸、挤压的方法制备了Cu．Zn．Mg、Cu．Zn-Mg-A1和Cu．Zn．Mg-Bi系列镁黄铜合金，借助光学显微镜、扫描电子显微镜、透射电子显微镜、差热分析仪、X射线衍射仪以及硬度计等手段，研究了镁对

2、铜镁合金相转变、相组成、组织演变、熔点的影响，分析讨论了不同镁含量的镁黄铜微观组织、力学性能、切削性能及耐腐蚀性能，同时研究了少量铝、铋对镁黄铜微观组织、力学性能、切削性能和耐腐蚀性能的影响，初步探讨了镁黄铜切削机理和腐蚀机理。主要结论如下：1)针对目前广泛使用的Hpb59．1铅黄铜设计了60Cu．Zn．xMg系列合金，研究了合金中㈣p相转变过程的微观组织演变，测量并分析了镁含量对合金相变点和熔点的影响。结果表明：在60Cu．Zn．xMg合金中，随着镁含量的增加，合金物相组织出现变化，由a相和B相双相组织逐渐变为三相组织(0【相、D相和Cu2M

3、g相)。当镁黄铜中镁含量低于o．8wt％时，合金由a和B双相组成；当镁黄铜中镁含量大于1．6wt％时，合金由a、B和Cu2Mg三相组成。随着镁含量的增加，合金0【jp相转变温度降低。随着镁含量的增加，60Cu．Zn．xMg合金熔点呈下降趋势。2)采用熔铸挤压的工艺制备了60Cu-Zn-xMg合金，分析了合金微观组织变化及其力学性能，同时研究了添加少量铝、铋对镁黄铜微观组织及力学性能的影响。结果显示：60Cu．Zn-xMg三元体系中，当镁含量为1．6wt％时，镁黄铜综合力学性能较好，晶粒较为细小，细晶强化明显，抗拉强度较高。添加微量铋元素后，铋颗

4、粒主要分布在p相以及仅相与p相交界处，合金塑性有所下降。微量铝元素的添加，可以使镁黄铜晶粒细化，合金强度有一定提高。3、)对镁黄铜系列合金的切削性能进行了测试，研究了其它因素中南大学硕士论文摘要对合金切削性能的影响，并初步探讨了合金的切削机理。结果表明：60Cu．Zn．xMg---元体系中，随着镁含量的增加，合金切屑变小，切削力变小，镁黄铜切削性能逐渐提高。添加铝和铋元素均使镁黄铜切屑更加细小，切削力降低，切削性能提高，其中60Cu．Zn．2．4Mg一0．3A1的切削性较好。切深对合金切削力影响较大，其次是进给量，切削速度影响较小。根据Grif

5、fith的脆性断裂理论计算出含Cu2Mg相颗粒的临界尺寸为0．701am。4)通过分析合金的脱锌层厚度来评判镁黄铜的耐腐蚀性能，初步研究了不同合金元素对合金腐蚀性能的影响。结果显示：在60Cu．Zn．xMg三元合金中，随着镁含量的增加，脱锌层厚度增加，镁黄铜耐腐蚀性能下降。添加少量铝元素的60Cu．Zn．2．4Mg-0．3AI合金耐腐蚀性能较好。5)通过优化60Cu．Zn—xMg体系中镁的含量，根据所制备合金的力学性能、切削性能和腐蚀性能，优化镁元素含量。结果表明：60Cu．Zn-xMg=元体系中，添]Jl：12．4wt％Mg合金综合性能优良，

6、抗拉强度为494．39MPa，屈服强度为388．56Mpa，伸长率为9．03％，硬度HV为139．5，切屑细小，呈碎块状，颗粒大小较为均匀，约为0．5mm，切削性能较好，横向和纵向平均腐蚀深度为863．81am和1213．81am(国家标准GBl0119．88)。6)在最优化60Cu．Zn．xMg体系合金的基础上，对比研究了添加少量铝元素和铋元素对所制备合金的力学性能、切削性能和腐蚀性能的影响。结果表明：添3Ho．3wt％铝元素的60Cu．Zn．2．4Mg一0．3A1四元合金综合性能优异，抗拉强度为542．73MPa，屈服强度为375．24Mp

7、a，伸长率为8．16％，硬度HV为153，切屑细小，呈碎块状，颗粒大小较为均匀，约为0．4mm，切削性能较好，横向和纵向平均腐蚀深度为588．O岬和643．89m(国家标准GBl0119—88)。关键词：无铅黄铜，镁黄铜，Cu2Mg，性能中南大学硕士学位论文ABSTRACTTheapplicationofcopperandcopperalloysisveryextensiveforexcellentperformance．Leadbrassalloysareappliedinvariousfields，suchashouseholdelectr

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