论文部分内容阅读
铅黄铜以优良的冷热加工性能、切削性能和耐磨性能被广泛地应用于各种形状的机加工零部件,是为世界上公认的重要基础材料之一。但是科学研究发现铅黄铜中的铅元素对人体有毒害作用,而不含铅的黄铜其切削性能相对较差,不能满足精密机械加工的要求。因此,研究使用无毒或低毒害元素代替铅黄铜中的铅,使其达到或接近传统铅黄铜的各种性能,以满足工业上的需要显得尤为重要。本课题组近些年对以Bi代Pb的环保黄铜做了大量的研究,结果发现以微量Se元素与Bi共同作用可以实现与铅黄铜相似的切削性能、力学性能和耐磨、耐蚀性能。但是试验发现硒、铋无铅黄铜的切削稳定性不够理想,其可能的原因是Se元素熔点低、易氧化且在黄铜合金中的存在形式及平衡相尚未确定。考虑到多元的复杂性,本研究通过扩散实验和理论计算相结合的方式对Cu-Zn-Se三组元间在不同温度和保温时间的条件下形成的平衡相组织及成分进行了深入的研究。具体内容如下：1)通过Cu/Se、Zn/Se扩散实验的组织形貌观察,结合扩散动力学模型的模拟结果可以发现：低温短时间扩散反应时,两种扩散反应均不明显,但是随着加热温度的升高扩散层厚度明显增加,其中Cu/Se扩散层的增加速度要远远快于Zn/Se扩散速度；当保温时间不断延长时,低温条件下扩散厚度增加的速度非常缓慢；高温时扩散层厚度受保温时间的影响较大。另外当温度升高到200℃时,Cu/Se间扩散层在靠近扩散界面处开始出现Cu2Se扩散层。2)从H62/Se扩散反应实验中可以发现,在低温和短时间的扩散过程中,黄铜基体与硒的接触面上同时发生铜/硒、锌/硒扩散反应。其中铜/硒间扩散速度明显快于锌/硒,但是随着加热温度的升高或扩散时间的延长,锌/硒间逐渐形成一层致密的化合物扩散层并对铜/硒间的扩散反应起到阻碍作用；在平衡状态下ZnSe化合物的稳定性要高于Cu-Se间化合物。3)在高温的Cu-Zn-Se三元平衡扩散反应时,当硒含量较高、锌含量较少时合金的平衡相组织中会形成Cu2Se、CuSe和ZnSe等化合物；当硒含量较低、锌含量较高时平衡相组织中富硒相主要为ZnSe;过量的锌会与铜形成黄铜组织的平衡相。由此可知,含少量硒元素的Cu-Zn-Se三元合金中,硒元素主要与锌发生反应以ZnSe化合物形式存在。4)针对Cu-Zn-Se三元系互扩散过程,利用FactSage软件计算的‘’Reaction"、"Equilib"和"Phase Diagram"等模块计算分析了Cu-Zn-Se三组元间最稳定的物相及平衡时相组成,通过与扩散实验结果对比分析,其理论形成平衡相与实测结果基本吻合。