文章编号:1005-2046(2006)03-0003-04
闫 静1
，唐生渝2
，赵 桢2
，李文兵1
，沈保罗
1
(1.四川大学材料科学与工程学院，四川成都 610064;
2.四川莱特新材料责任有限公司，四川成都 610066)
摘 要：研究用连铸2挤压2冷拔的组合工艺生产一种含Bi 的易切削黄铜棒，并用光学显微镜和X 射线研究了该黄铜的显微组织，用拉伸试验机测定了该黄铜的抗拉强度和塑性。研究
发现，该黄铜主要由α(Cu 0164Zn 0136)、
β(CnZn )两相组成,Bi 以单质的形式分布在晶界和相界上。冷拔使该黄铜强度增加(大于600MPa )，塑性下降5%～9%。该黄铜完全可以取代现 行的HPb5921黄铜。
关键词：无铅黄铜；铋；显微组织；冷拔；力学性能
广东海洋大学学报中图分类号:TG 14611+
1 文献标识码:A
Study of Cold Dra w n U nleaded Bismuth Containing Free 2cutting Brass
Y AN Jing 1,T ANG Sheng 2yu 2,ZH AO Z hen 2,LI W en 2bing 1,SHE N Bao 2lu o
1
(1.Material Science &Engineering Institute o f Sichuan Univer sity ,Chengdu 610064,China ;
2.Sichuan Laite New Material Co.Ltd.,Chengdu 610066,China )
Abstract :The captioned brass was induction melted ,semi 2continuously cast ,hot extruded and cold drawn into rods.By means of optical microscope and XRD ,it was found that the brass is com posed of α(Cu 0164Zn 0136)and β(CuZn )and Bi is located on grain boundaries.The tensile strength of the brass in 2creases (greater than 600MPa )while the plasticity decreases (5%～9%)after cold drawing.This brass can substitute HPb5921totally as a free 2cutting brass.
K ey w ords :unleaded free 2cutting brass ;bismuth ;microstructure ;cold drawing ;mechanical proper 2ties
收稿日期:2006201210
作者简介：闫静(1983～)，女，河北承德人，在读硕士研究生，主要从事有金属材料的研究。
1 前 言
HPb5921铅黄铜是常用的一种铅黄铜。它具
有优异的切削性能，这是因为它含有一定量的铅元素，铅以游离的状态分布在合金中。由于铅几乎没有什么强度，所以造成被机床切削下来的切
屑呈细小的片状，从而改善了基体的切削性能
[1]
。铅是一种对环境和人体都有害的物质，目
前美国、日本和欧盟等国都对铜合金中的铅含量和饮用水中的铅含量作了严格的限制
[2]
。因此,
国内外先后研制出了许多无铅铜合金，但据所报道的资料来看，这类铜合金大多为高铜合金，或
第27卷 第3期
上海有金属
毕达哥拉斯定理V ol 127 N o 132006年9月
SH ANG H AI NONFERROUS MET A LS
Sept.
2006
者加入碲、硒或锡等价格高的金属，生产成本较高，与现行通用的HPb5921和HPb6323相比，市场竞争力较差[3,4]。
本实验用铋代铅，生产一种新型易切削黄铜。铋在黄铜中的分布与铅有很大的区别，铅比较容易进入β相内，而铋却大部分分布在α相界，从而既引起“热脆”，也造成“冷脆”，对加工性能的危害比铅还严重[5,6]。 本文实验采用连铸2挤压2冷拔的组合工艺生产一种含Bi的易切削黄铜棒，用显微镜和X衍射研究显微组织，用拉伸试验测定其力学性能。杂志创刊词
2 实 验
211 材料的制备
该黄铜在300kg工频感应炉中熔炼，原料为纯铜、纯锌、电解锰和精铋。用<115mm的结晶器进行半连续铸造，用水急冷；然后采用613M N 的挤压机，热挤压成<10mm的棒材；最后用10K N的拉拔机进行冷加工。
含Bi易切削黄铜的化学成分如表1。
表1 含Bi易切削黄铜的化学成分(%)
Cu Zn Bi Mn杂质
56～60余量015～215110～210<1(Pb、C d<01003)
212 实验方法
采用60K N材料实验机测定其抗拉强度和延伸率。用扫描电子显微镜观察金相。用D/max ⅡA型X衍射仪分析物相。参照IS O368521977(E)标准，在C620机床上，采用硬质合金刀具切削，测定其刀具耐用度，结合切削下的断屑来评价该合金的切削性能。
3 结果及分析
311 金相组织
双辽教育网
图1和图2分别为该黄铜半连续铸造和挤压后的金相组织和X衍射图。由图1(a)可见，半连续铸造后急冷组织主要由呈针状和不规则块状的α(白)和β(灰)两相组成,α相含量相对较多,Bi呈颗粒状分布在α相以及α和β两相的相界上。由图2(a)可见，热挤压后,α相呈不规则块状分布，其含量相对减少。并且Βi除了颗粒状外，还呈薄膜状分布。将图1(b)和图2(b)的X衍射图谱与标准卡片相对照，发现其衍射峰均与5021333、6526321和6229190三种标准PDF卡片相符合，即α相为Cu
0164
Zn0136,β相为CuZn电子化合物，另外一相为Bi相(含量很少)。没有发现含Mn化合物的衍射峰。根据α相和β相的最高衍射峰计算有，铸造后α相相对含量为7315%，而挤压后α相相对含量为53
1
6%，这和工艺是相对应的。因为挤压过程中
的二次加热是一个均匀化过程，所以使得α相相
对含量减少，而β相含量增加。
312 力学性能
经过半连续铸造后，热挤压为<10mm的棒
材，抗拉强度为440MPa～450MPa，延伸率为
32%～33%。而根据G B4423292的标准,HPb5921
的拉制棒材(Y2)的抗拉强度为390MPa以上,
(a)(b)
图1 半连续铸造后的金相组织和X衍射图
4
上 海 有 金 属第27卷
(a)(b)
图2 挤压后的金相组织和X衍射图
延伸率为12%以上，所测定的Bi黄铜再经过不
同道次的冷拔，其抗拉强度和延伸率见表2。
表2 Bi黄铜冷拔后的力学性能
冷拔方法
<10mm→
<815mm
<10mm→<9mm
→<815mm
<10m m→<9m m→
<8m m→<716m m
抗拉强度/MPa602665720
延伸率/%955
由表2可见，经过冷拔以后,
该黄铜产生了
明显的加工硬化，使得其抗拉强度达到600MPa
以上，完全可以与同条件加工下的HPb5921相
比。
313 切削性能
所切削下的车屑见图3。Bi黄铜的切削性能
和HPb5921黄铜(热轧状态)相当。同时在同等
天堂的条件下切削，所用刀具的耐用度见图4。其原因
是Bi也分布在晶界，并且其熔点(27113℃)低
于Pb的熔点(32714℃)，在切削时同样起到断
屑和润滑作用，所以其切削性能很好。
4 结 论
(1)本实验通过连铸2挤压2冷拔的组合工艺
成功地生产出无铅易切削含Bi黄铜棒。
(2)该黄铜主要由α(Cu0164Zn0136)和β
(CnZn)两相组成,Bi以单质的形式存在。铸造
后,α相呈针状和不规则块状分布，其含量相对
较多,Bi以颗粒状存在，热挤压后,α相呈不规
则块状分布，其含量相对减少,Bi以颗粒和薄
膜状分布。
(a)HPb5921(b)Bi黄铜
图3 Bi黄铜和HPb5921切削下的车屑
(下转第20页)
5
第3期闫 静等：冷拔无铅含Bi易切削黄铜的研究
合理，故Nd
2
O3的质量较好且稳定。如可获得
Nd2O395115%～96108%，而非稀土杂质(Fe、Ca、Si)为0131%～0169%，效果较好。如果使用废料的组分较复杂，且杂质量较多较杂，则将
影响Na
2
mzg振动给料机O3的质量、回收率和成本等。因此，在建厂时，要高度重视废料的来源、状态及组分等，以获得更好的经济效益和产品质量。
4 结 论
根据多次综合实验的结果，获得了如下几点结论。
(1)选用酸溶2复盐沉淀化学法，从含80% NdFeB的废料(烧结法的NdFeB废料)中综合回
收Nd
2
O3的工艺技术及设备是稳定可行的，且具
有较大的优越性：废料含钕量较高，易于处理
;
工艺流程简便，过程易于作业；使用的设备较少，易于解决；产品质量好，成本低及回收率高；过程中不排出有害污染物，保护了环境。
(2)实验结果表明，可获得Nd2O395%～96%，产品总实收率为8515%，比预期的效果更好(如Nd
2
O3≤95%及实收率≤82%)，且获得
了较好的经济效益，处理110t废料(含Nd2 FeB80%)可得纯利润为0155万元～0160万元。
(3)在实验中没有回收Fe的研究，今后可补充进行综合回收Fe的实验。可将Fe制成铁红
(Fe
2
O3)和纯Fe的产品，且具有较好的效益和用途。
(4)利用本实验的工艺技术建立回收工厂，关键在于寻到更好更多的原料，若此问题能很好地得到解决，则可保证取得较好的经济效益和社会效益，也是一种节约资源的新途径。
参考文献:
[1]《稀土》编写组.稀土(上册)[M].北京：冶金工业出版
社,1978.306～314.
[2]潘叶金主编.有金属提取冶金手册(稀土金属)[M].北
京：冶金工业出版社,1993.175～176.
[3]徐光宪主编.稀土(上册)(第2版)[M].北京：冶金工
业出版社,1995.816～818.
(上接第5页)
图4 无铅易切削环保黄铜和H5921
铅黄铜材料刀具耐用度对比
(3)该黄铜的切削性能优于HPb5921，并且经过冷拔后，其强度很高(大于600MPa)，完全可以取代现行的HPb5921黄铜。参考文献:
[1]庞晋山，肖寅昕.无铅易切削黄铜的研究[J].广东工业
大学学报,2001,(18):63～66.
[2]Nakano A,H igashiiriki K,R ochman N T.Rem oval of Lead from
Brass Scrap by C om pound2separation M ethod[J].Journal of the Japan Institute of M etals,2005,69(2):198～201.
[3]海亮集团浙江铜加工研究所有限公司，海亮集团有限公司.
含硅无铅易切削黄铜合金[P].中国专利: 20041008915010,2005205218.
[4]三越金属株式会社.无铅易切削黄铜合金材料和它的制造
方法[P].日本专利:021*******,2003212217.
[5]李箭，连震青.提高HPb5921铅黄铜塑性的热处理工艺
[J].通信与广播电视,2004,(4):64～70.
[6]谭树松.有金属材料学[M].北京：冶金工业出版社,
1999.22～39.
[7]Chang Y A,Newman J P,M ikula A.Phase Diagrams and Ther2
m odynamic Properties of T ernary C opper M etal Systems[M].
NSRDS,US A:International C opper Research Ass ociation,1979.
543.
02
上 海 有 金 属第27卷
豫公网安备41160202000603
站长QQ:729038198
关于我们
投诉建议