鑄造鉛黃銅合金因具有良好的力學(xué)性能和切削加工性能，廣泛應(yīng)用于衛(wèi)生潔具、水暖器材、儀器儀表、液壓閥門等方面。雖然鑄造鉛黃銅結(jié)晶溫度范圍小，充型能力強(qiáng)，有鋅的除氣和脫氧作用等，但由于黃銅在凝固過程容易形成粗大的柱狀晶，鑄造組織粗大，鑄造過程中容易熱裂，使用過程出現(xiàn)滲漏等現(xiàn)象，影響其使用性能，細(xì)化鑄造黃銅的組織是提高抗熱裂和致密性的有效途徑之一。目前，加入細(xì)化劑是細(xì)化鑄造黃銅組織的主要方法，文獻(xiàn)研究了硼對(duì)鋁黃銅組織細(xì)化的影響，加人硼可以有效細(xì)化鋁黃銅鑄態(tài)組織，文獻(xiàn)還研究了RE能夠細(xì)化鋁黃銅的鑄態(tài)組織，關(guān)于硼和稀土對(duì)鑄造鉛黃銅組織和脫鋅性能的影響研究的文獻(xiàn)較少。本文研究了稀土和硼細(xì)化處理對(duì)鑄造鉛黃銅鑄態(tài)組織和脫鋅腐蝕性能的影響。

1.試驗(yàn)材料及其過程

試驗(yàn)材料牌號(hào)為ZCuZn40Pb2鉛黃銅，化學(xué)成分(質(zhì)量分?jǐn)?shù))為36．4％Zn、1．70％Pb、0．62％、A1、Cu余量。稀土以10％RE．AI中間合金加入，硼以Cu-4．68％B中間合金加入。在井式電阻爐中放人石墨坩堝進(jìn)行合金的熔煉。試驗(yàn)鉛黃銅的熔煉工藝為：裝料熔化，溫度升至1 030℃時(shí)，分別用鐘罩法加入硼和稀土細(xì)化劑，進(jìn)行充分?jǐn)嚢瑁?0 min后，澆注預(yù)熱溫度為350℃左右的金屬型試棒和金屬型圓杯試樣。金屬型圓杯試樣法是鑄造銅合金企業(yè)檢驗(yàn)細(xì)化處理良好與否***簡單和直接的方法。具體方法為，澆注圓杯試樣，待凝固結(jié)殼后，迅速倒掉圓杯試樣心部未凝固的銅液，得到已凝固結(jié)晶面的殼杯試樣，通過觀察結(jié)晶面的形貌特征來判斷細(xì)化處理的效果。鑄造鉛黃銅的脫鋅試驗(yàn)腐蝕液為l％的CuCl2：溶液，溶液溫度為(75±10)℃，腐蝕時(shí)間24h，腐蝕完畢后取出，清洗烘干，從中心剖開試樣，制備金相試樣，利用顯微鏡觀察和測量腐蝕脫鋅深度，探討細(xì)化處理對(duì)鑄造鉛黃銅脫鋅腐蝕的影響。采用【PUS．PME3金相顯微鏡觀察顯微組織，組織的腐蝕液為5 gFeCl3+5 mlHCl+100 ml水溶液。

2.試驗(yàn)結(jié)果及其分析

2．1細(xì)化劑對(duì)鉛黃銅組織的影響

圖l是未細(xì)化處理和硼及稀土細(xì)化處理鉛黃銅的組織。可以看出，未細(xì)化處理的金屬型鑄造鉛黃銅的組織極為粗大(圖la)，根據(jù)銅鋅相圖分析，鑄態(tài)組織應(yīng)為α相(白色)+β相(黑色)+Pb相，Pb相以黑色單質(zhì)的小質(zhì)點(diǎn)分布在α相之上或α與β相之間，鑄態(tài)未細(xì)化處理的組織中α和β相呈粗的長板條分布。RE和B細(xì)化處理后，α和β相明顯細(xì)化，B細(xì)化處理后粗大的板條狀α與β相消失，變成短小片狀或等軸狀晶粒(圖1b)，RE細(xì)化處理組織與鑄態(tài)相比(圖1c)，組織明顯細(xì)化，β與α相由粗的長板條變?yōu)槎痰募?xì)板條。因此，對(duì)于鑄造黃銅合金，用RE和B細(xì)化處理可以明顯改善鑄造黃銅的鑄態(tài)組織，在本試驗(yàn)條件下，用硼處理的鑄態(tài)鉛黃銅組織細(xì)化效果要明顯好于用稀土細(xì)化處理的效果。

2．2細(xì)化劑對(duì)殼杯試樣表面形貌及其組織的影響

圖2是同一爐銅液硼細(xì)化處理前后殼杯試樣結(jié)晶面的形貌。可以看出，未細(xì)化處理的銅液澆注的殼杯試樣表面粗糙(圖2a)，宏觀可以看出結(jié)晶表面存在許多不平的小凸起，圖3a是未細(xì)化處理結(jié)晶面及其附近組織形貌，可以看出，粗糙表面的組織為粗大的柱狀晶，粗糙的小凸起是銅液凝固時(shí)液／固界面留下的柱狀枝晶，由于試驗(yàn)時(shí)把未凝固枝晶間液體倒掉，因此液體中前沿形成的柱狀晶被完全保留下來，形成粗糙的表面。圖2b是硼細(xì)化處理殼杯試樣表面，與未細(xì)化處理的相比，表面光滑，沒有粗糙小凸起，表面光學(xué)顯微鏡組織如圖3b所示，結(jié)晶面不平，但結(jié)晶面光滑，光滑結(jié)晶面的組織呈現(xiàn)等軸晶化，因此細(xì)化處理可以改變鑄造鉛黃銅的凝固組織。

2．3細(xì)化處理對(duì)鑄造黃銅脫鋅性能的影響

圖4是細(xì)化處理對(duì)鑄造鉛黃銅脫鋅深度的影響。由于脫鋅腐蝕，表層的組織有不同于里邊的白色層，這是由于在腐蝕環(huán)境中表面的鋅產(chǎn)生腐蝕，濃度降低，組織中富鋅相(β相)減少，α相增多，出現(xiàn)明顯的組織差別。未細(xì)化處理的鉛黃銅的脫鋅深度比較大(圖4a)，定量測定其脫鋅層平均深度為17000um，稀土細(xì)化處理的脫鋅層深度次之(圖4b)，定量測定其脫鋅層平均深度為132.2um，硼細(xì)化處理的脫鋅層深度***小(圖4c)，定量測定其脫鋅層平均深度僅為57.2 um。這說明細(xì)化處理在細(xì)化鑄態(tài)組織的同時(shí)，可以有效地抑制鑄造黃銅的脫鋅腐蝕。特別是硼細(xì)化處理抑制鑄造黃銅脫鋅腐蝕效果更為明顯。關(guān)于鉛黃銅脫鋅腐蝕的機(jī)制，目前主要有兩種機(jī)制：一種是溶解．再沉積機(jī)制，另一種是鋅的優(yōu)先溶解機(jī)制，有時(shí)可能是兩者共同作用的結(jié)果。鋅的優(yōu)先溶解機(jī)制認(rèn)為黃銅腐蝕過程中，合金表面的鋅從黃銅中優(yōu)先溶解，產(chǎn)生雙空位，雙空位向合金內(nèi)部擴(kuò)散，鋅合金組分向表面擴(kuò)散，直到溶解。溶解．再沉積機(jī)制認(rèn)為黃銅脫鋅腐蝕包括兩種可能：一種是銅和鋅在陽極上同時(shí)溶解，當(dāng)溶液中的銅離子達(dá)到一定的濃度后，銅離子又被還原成金屬銅沉積在表面上，作為附加陰極加速合金中鋅的溶解；另一種是開始的很短一段時(shí)間內(nèi)，鋅優(yōu)先溶解進(jìn)入溶液，隨著鋅擴(kuò)散變得困難，銅鋅將同時(shí)溶解，并伴隨著銅的返沉積。硼細(xì)化處理能抑制黃銅的脫鋅，主要是由于硼加入到ZCuZn40Pb2鉛黃銅中，能充填到晶界和雙空位處田，增加該處的健合力，阻礙晶界和雙空位的遷移通道，降低鋅的遷移速度，從而降低ZCuzn40Pb2鉛黃銅腐蝕速率。RE細(xì)化處理能消除黃銅基體中的雜質(zhì)，當(dāng)ZCuZn40Pb2鉛黃銅中含有O、S等雜質(zhì)元素時(shí)，它們和基體的電極電位差較大，形成原電池，加速腐蝕，稀土能與O、S生成高熔點(diǎn)、低密度稀土化合物[81，容易上浮到渣中，從而凈化了基體，降低了腐蝕速度，稀土加入黃銅中，在其表面會(huì)形成一層極薄且致密的稀土氧化物，能阻止Zn、Cu原子向溶液的擴(kuò)散，降低溶解速度，從而延緩了腐蝕，提高了合金的脫鋅腐蝕性能。

3.結(jié)論

(1)RE或B細(xì)化處理能夠細(xì)化ZCuZn40Pb2鑄態(tài)組織，細(xì)化處理可以使黃銅粗大的長板條組織變?yōu)槎绦〉募?xì)板條或等軸晶組織。B細(xì)化處理的細(xì)化效果要比加入稀土細(xì)化處理的效果好。細(xì)化處理可以使殼杯試樣的表面由粗糙變?yōu)楣饣?，粗糙的表面層組織為柱狀晶，光滑的表面層組織為等軸晶。
(2)ZCuZn40Pb2合金進(jìn)行RE或B細(xì)化處理能抑制鑄態(tài)黃銅的脫鋅腐蝕，B細(xì)化處理抑制脫鋅性能要比RE細(xì)化處理抑制脫鋅性能明顯。

來源：銅合金熔鑄