HSi70—2新型无铅硅黄铜的性能研究

HSi70—2新型无铅硅黄铜的性能研究
作者：查昭皮常青
来源：《科技创新与应用》2015年第20期
摘要：黄铜包括铜-锌二元合金和铜锌中加入其他组元的多元合金。

黄铜有优良的机械性能、耐腐蚀性能、导电导热性能，同时具有良好的工艺性能，是有色金属中应用最广泛的合金材料之一，但是一般黄铜都是含铅黄铜，而铅是一种严重危害人类健康的重金属元素，它可影响神经、造血、消化、泌尿、生殖和发育、心血管、内分泌、免疫、骨骼等各类器官，主要是神经系统和造血系统。

因此研究无铅的环保黄铜成为现时的主要课题，文章主要研究一种符合美国AB1953法令的无铅硅黄铜的性能。

（AB1953又被称为“加州上水管道产品铅含量法令”，它的适用范围是一切为居民提供饮用水或烹饪用水的设备，包括水管、阀门、水龙头等。

该法令要求所有这些产品都必须达到新的无铅化标准。

）
关键词：无铅黄铜；硅黄铜；耐脱锌性能；切削性能
黄铜包括铜-锌二元合金和铜锌中加入其他组元的多元合金。

黄铜有优良的机械性能、耐腐蚀性能、导电导热性能，同时具有良好的工艺性能，是有色金属中应用最广泛的合金材料之一。

普通黄铜中的铅不固溶于铜，呈黑色质点存在于晶界上，经过压力，呈游离态的孤立分布于固溶体中，有相当强的润滑与减磨作用，使合金具有极高的可加工性能，易于切削，但是由于铅元素对人体危害大，美国环境保护署（EPA）将铅及其化合物定性为17种严重危害人类寿命与自然环境的化学物质之一，铅通过渗入地下水系统而进入动物或人类的食物链，它可影响神经、造血、消化、泌尿、生殖和发育、心血管、内分泌、免疫、骨骼等各类器官，其危害引起人们的高度重视，为了降低铅的有害作用，日本的三菱公司已研制C69300无铅铜合金，并已应用于水龙头、阀门等供水部件上，我们也进行了研究，添加了一些其他的元素来替代铅元素，提高黄铜的机械性能、加工性能、耐腐蚀性等，文章主要探讨了浙江万得凯铜业有限公司自主研发的HSi70-2黄铜的实验方法、特性，该合金与C69300切屑性能相当。

1 实验方法
研究所用的材料是HSi70-2硅黄铜为挤压棒。

挤压铜棒主要生产工艺流程为：电炉熔炼→潜液转流→水平连铸→锯断→车外皮→挤压→拉拨→退火→拉拨→矫直→检验出厂。

HSi70-2硅黄铜的化学成分见表1。

表1 HSi70-2化学成分
试样状态分为原始态、去应力退火态、再结晶退火态。

去应力退火和再结晶退火态采用的热处理工艺见表2。

表2 HSi70-2去应力退火与再结晶退火工艺条件
温室拉伸试验采用国标GB/T 228.1-2010 标准，拉伸试样的尺寸如图1所示。

耐脱锌试验采用澳州标准AS 2345-2010要求见表3。

氨薰试验：
将107±0.1g氯化铵NH4CI溶解于离子水中，配成体积为500ml溶液并保存于1000ml容积的磨口瓶中试验温度为25±1℃，将样件放于磨口瓶中，样件不直接接触溶液，24小时后取出样件，用热碱溶液除油脂后，放在显微镜下观测。

金相试样制备腐蚀剂采用：
三氯化铁盐酸水溶液3.5g FeCl3，25ml HCl，75ml。

切削试验：
在CK6140数控机床上进行，加工方式为车削，进给速度为0.05mm/rev 主轴转速为
1000r/min。

2 结果特性
2.1 金相组织（图2）
图2
2.2 抗脱锌性能
分别将两种材料裁剪为100mm2试片镶嵌后，在75±5℃恒温水浴，用250ml CuCI2稀释于1000ml 溶液浸泡24小时后，用800#砂纸抛光后，放在以100X显微镜下观测，两种铜材的抗脱锌性都是符合AS2345标准的要求，并且两者性能相当。

（图3）
图3
2.3 切削性能
测试条件：转速480r/min，10mm钻孔，钻孔过程中，两种铜材排屑顺畅，从图4中可以看出，切屑大小基本相同，切削性能相当，这是由于刀刃的切削刃在切屑时接触到大量的硅粒，这些硅粒分割的同时也使刀具的磨损减小，另外，晶界中的铜磷共晶体也有改善切削性能的作用。

2.4 机械性能（图5）
图5
2.5 抗压性能
首先用车床将铜棒加工成10mm孔径，壁厚1.5mm管材，之后用台虎钳夹持。

从图6中可以看出HSi70-2铜棒抗压能力好C69300。

（a）（b）
图6
2.6 抗应力腐蚀性能（氨熏实验）
图7
首先用车床将铜棒加工成10mm孔径，壁厚1.5mm 总长为30-50mm，铜管放与容器内，在22±1度温度下24小时，氨熏后显微镜下未见开裂。

（图7）
3 结束语
（1）HSi70-2材料在铅含量小于0.09%时，抗脱锌、耐腐蚀性能仍较好，切削性能与
C69300相当。

降低对环境的污染，有利于人体的健康，可以替代高铅黄铜。

（2）加入适量的硅、磷可以使切削性能得到改善，加入微量砷使抗脱锌性能符合相应的标准要求。

（3）该材料从生产工艺、化学元素、热处理等环节的质量控制必须严格按技术文件操作。

参考文献
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[6]朱权利，刘楷周，等.新型无铅黄铜的耐蚀性能研究[J].热加工工艺，2009：83-87.
作者简介：查昭（1982，4-），男，湖北省浠水县，现供职于浙江万得凯铜业有限公司，机械工程师。

皮常青（1984，8-），男，江西省新余市，现供职于浙江万得凯铜业有限公司，助理工程师。