热处理工艺对C46500黄铜脱锌腐蚀性能的影响

赵惠芬, ,

(宁波金田铜业(集团)股份有限公司,浙江 宁波 315034)

热处理工艺对C46500黄铜脱锌腐蚀性能的影响

赵惠芬,代文钢,丁家圆

(宁波金田铜业(集团)股份有限公司,浙江 宁波315034)

研究了热处理工艺对C46500黄铜显微组织及其抗脱锌腐蚀性能的影响.结果表明:C46500黄铜挤压坯为α+β两相组织,经高温退火处理后,组织中β相向α相转变,在480℃时,固溶度达到极值,且β相由网状结构向等轴状转变;C46500黄铜经480℃+6h退火处理后,具有良好的抗脱锌腐蚀性能.

C46500黄铜; 退火处理; 显微组织; 脱锌腐蚀

0 前 言

C46500黄铜被广泛应用于飞机上的接头零件,舰船上的小五金、螺栓、螺母、阀杆、冷凝器管和焊条等[1].同时,C46500黄铜具有良好的热加工性和耐腐蚀性能,且铅的质量分数<0.25%,成为饮用水系环保阀门的理想材料[2].C46500黄铜在使用过程中,存在脱锌腐蚀现象,将导致构件出现微裂纹,甚至开裂,严重影响产品的使用寿命及安全性.因此,提高材料的抗脱锌腐蚀能力成为提高产品质量的关键.本文通过研究热处理工艺对C46500黄铜显微组织以及不同的组织结构对其抗脱锌腐蚀性能的影响,为提高其抗腐蚀能力提供理论指导.

1 试 验

试验用C46500黄铜为加砷(As)黄铜,采用50 kg中频炉熔炼,φ145 mm铁模浇铸,1 250 t反向挤压机挤压,挤压温度为680 ℃,挤压坯规格为φ21 mm,并对挤压坯进行480 ℃退火处理.通过对比热处理前后试验合金性能的变化,了解热处理工艺对试验合金组织与性能的影响.

试验用C46500黄铜的主要化学成分如表1所示.热处理工艺如表2和表3所示.试验合金的抗脱锌腐蚀性能依据GB/T 11019—2008进行检测.

表1 C46500黄铜主要化学成分Tab.l Main chemical elements of C46500 brass

表2 C46500黄铜不同退火温度处理工艺Tab.2 Heat treatment of C46500 brass in different annealing temperature

表3 C46500黄铜不同冷却方式热处理工艺Tab.3 Heat treatment of C46500 brass in different cooling way

2 结果及分析

2.1 热处理对C46500黄铜显微组织的影响

经不同热处理工艺制备的C46500黄铜的显微组织如图1和图2所示.

由图1可以看出,C46500黄铜挤压后由α和β两相组织组成,经高温退火处理后,组织由网状结构向等轴状转变,同时β相随温度变化出现先减少后增加的趋势,在480 ℃时β相所占比例最少.

由Cu-Zn二元相图可知,在α相中,Zn的室温固溶度在30%左右,随着温度的升高固溶度增加,在456 ℃时达到极值(39%);温度继续升高,固溶度开始下降.因此,C46500黄铜在进行高温退火处理时,β相出现先减少后增加的趋势.

图1 C46500黄铜不同退火温度的金相组织Fig.1 Microstructure of C46500 brass after annealing in different temperature

由图2可以看出,C46500黄铜经480 ℃退火时,随退火时间的延长,组织中β相进一步减少,基体组织以α相为主;同时随着冷却强度的降低,晶粒逐渐长大,组织中β相重新析出长大.在β相向α相的转变过程中,将导致α相界面处Zn浓度升高,为促使相变继续进行,组织中的原子必须通过长程扩散促进成分的均匀化.因此,长时间保温可促使β相向α相进一步转变.在材料进行冷却时,快速冷却(风冷)将抑制原子扩散,使α相以过饱和的形式保留至室温,当冷却速度较慢时,将发生α相向β相转变,生成的β相将依附于原有相界面处形核,从而使β相出现偏聚长大的现象[3].

图2 C46500黄铜不同冷却速度的金相组织Fig.2 Microstructure of C46500 brass after solution treatment in different cooling rate

2.2 微观组织对C46500黄铜抗脱锌性能的影响

经不同工艺退火处理后C46500黄铜的抗脱锌腐蚀性能如表4所示.

表4 不同退火工艺C46500黄铜的抗脱锌性能Tab.4 Dezincification corrosion property of C46500 brass after different annealing process

由表4可以看出,与挤压坯料相比,C46500黄铜经高温退火处理可提高其抗脱锌腐蚀性能.同时,当基体组织以α相为主时,材料具有良好的抗脱锌腐蚀性能.

研究[4-6]表明,在加As黄铜中,As与Cu2+反应生成Cu1+和As3+,抑制了Cu2Cl2形成Cu2+.在两相黄铜中α相电位在Cu2+/Cu和Cu1+/Cu之间,而β相电位比Cu2+/Cu和Cu1+/Cu都低,As能抑制Cu2+形成,抑制α相脱锌腐蚀,但对β相影响很小.在材料挤压坯组织中,β相以网状形式存在,材料在发生脱锌腐蚀时,网状β相将成为腐蚀通道,加剧了材料的腐蚀程度,而当β相以等轴状形式存在时,腐蚀通道被α相阻隔,从而抑制脱锌腐蚀的进一步进行.

图3为C46500黄铜的脱锌腐蚀形貌照片.从图3中可以看出,脱锌腐蚀沿β相扩展(A区),而当β相被α相分隔时,腐蚀减缓或停止(B区).因此,与挤压组织相比,材料经480 ℃+6 h高温退火后,组织中β相向α相转变,形貌由网状向等轴状变化,提高了材料的抗脱锌腐蚀性能.

图3 C46500黄铜的脱锌腐蚀形貌照片Fig.3 Dezincification corrosion morphology of C46500 brass

3 结 论

(1) 降低C46500黄铜中β相比例、改善β相形态,使其由网状向等轴状转变,可提高抗脱锌腐蚀性能.

(2) C46500黄铜经480 ℃+6 h退火处理后,具有较好的抗脱锌腐蚀性能.

[1]张智强,郭泽亮,雷竹芳.铜合金在舰船上的应用[J].材料开发与应用,2006,21(5):43-46.

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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

赵惠芬(1972-),女,工程师,主要从事铜合金生产加工技术的研发.E-mail:zhaohf@jtgroup.com.cn.

TG146.1+1

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