錳黃銅金相組織和硬度

通過錳黃銅的金相組織可以看出，亮白色的不規(guī)則條狀或塊狀是以為主的固溶體組織α 相；α 相以外的暗灰色區(qū)是以電子化合物CuZn 為基的固溶體β 相；黑色(C 區(qū))的小點(diǎn)是硬質(zhì)點(diǎn)κ 相（富鐵相等），主要分布在β 相中，也有少部分存在于α 相中。鋯微合金化后，錳黃銅的晶粒更加細(xì)小、數(shù)量更多，分布也更加彌散。EDS 成分分析顯示，A 區(qū)成分為60.56Cu、35.51Zn、2.52Al、1.42Mn；B 區(qū)成分為56.84Cu、40.12Zn、1.15Al、1.89Mn；C 區(qū)成分為75.56Fe、8.26Si、6.96Al、3.06Mn、3.00Cu、2.05Zn、1.11Ni。鋯微合金化錳黃銅的硬度為175.3 HV0.2，而未微合金化錳黃銅的硬度為158.4 HV0.2，前者比后者硬度提高了9.6%。

錳黃銅具有優(yōu)異的力學(xué)性能、鑄造性能、切削性能以及成本低廉，成為螺旋槳的主要制造材料之一。錳黃銅除了用于制造螺旋槳外，還可用于制造汽車同步器齒環(huán)、軸承套、齒輪、冷凝器、閘門閥等。但是在污染海水中，錳黃銅會發(fā)生脫Zn 腐蝕，而且耐空泡腐蝕的性能也較差，導(dǎo)致錳黃銅螺旋槳易發(fā)生腐蝕疲勞斷裂。而銅-鋯二元相圖表明，鋯加入錳黃銅中會先析出Cu5Zr 或Cu3Zr 強(qiáng)化相，作為后續(xù)的形核質(zhì)點(diǎn)，起到細(xì)晶強(qiáng)化的作用。研制了一種新型鋯微合金化錳黃銅，測試分析了其硬度、微觀組織、均勻腐蝕性能、電化學(xué)腐蝕性能、摩擦性能以及力學(xué)性能的變化 。

通過合金均勻腐蝕的質(zhì)量損失、表面積以及腐蝕速率可以看出，鋯微合金化和未合金化的錳黃銅都處在腐蝕四級標(biāo)準(zhǔn)中的優(yōu)良級中，并且前者的腐蝕速率比后者降低了4.9%。

通過錳黃銅在3.5%NaCl 溶液中經(jīng)均勻腐蝕后的表面SEM 形貌可以看出，鋯微合金化和未合金化的錳黃銅均發(fā)生了腐蝕，并有一些凹坑。不同的是，未合金化的錳黃銅表面出現(xiàn)明顯凸出表面的塊狀組織以及相對較多、較大的凹坑。

說明α 固溶體腐蝕程度較輕，腐蝕主要發(fā)生在β 相和κ 相中。鋯微合金化的錳黃銅表面塊狀組織以及凹坑均很少。說明鋯微合金化的鑄態(tài)錳黃銅在3.5% NaCl 溶液中的耐蝕性能更好 。

通過未合金化和鋯微合金化錳黃銅在室溫3.5%NaCl 溶液中的動電位極化曲線。以及自腐蝕電位、腐蝕電流密度和腐蝕速率數(shù)值?？梢钥闯?，二者都發(fā)生了鈍化，但是鋯微合金化錳黃銅的鈍化電流密度更大?？梢钥闯?，鋯微合金化錳黃銅的自腐蝕電位比未微合金化的高，說明前者的腐蝕傾向更低?？赡苁怯捎阱i黃銅中的κ 相(富鐵相)發(fā)生了剝落，留下了自腐蝕電位較正的α 相即富銅相，在鋯微合金化錳黃銅中的α相更細(xì)，數(shù)量更多，從而使自腐蝕電位發(fā)生了正移。

采用傳統(tǒng)Tafel 擬合計(jì)算得出腐蝕速率。與未微合金化的錳黃銅相比，鋯微合金化的錳黃銅腐蝕速率降低了74.5%，說明其電化學(xué)耐蝕性更好。

通過錳黃銅在室溫下的濕摩擦系數(shù)隨磨損時(shí)間變化曲線可以看出，未合金化和鋯微合金化的濕摩擦系數(shù)變動幅度均較小，都有較優(yōu)的耐磨性能。但是鋯微合金化的錳黃銅具有更低的平均摩擦系數(shù)(0.0254)，與未合金化的錳黃銅(0.0315)相比降低了19.3%。

通過錳黃銅的磨痕形貌可以看出，摩擦后的表面特征有如下幾點(diǎn)：

①沿滑動方向上存在著明顯的犁溝，犁溝深且多；

②犁溝旁邊均出現(xiàn)了部分承載面。說明該區(qū)域在摩擦力的作用下發(fā)生了塑性變形，但沒有發(fā)現(xiàn)裂紋，表明無脆性斷裂現(xiàn)象 。

通過鑄態(tài)錳黃銅的拉伸性能可以看出，微量元素鋯的加入，使錳黃銅的抗拉強(qiáng)度提高5.5%，屈服強(qiáng)度提高了24.2%，但是伸長率降低了6.5%。這是由于鋯在錳黃銅中起到細(xì)晶強(qiáng)化的作用，而位錯(cuò)增強(qiáng)導(dǎo)致了合金塑性降低，伸長率也會相應(yīng)的減小。

通過錳黃銅的斷口形貌可以看出，未合金化的錳黃銅斷口韌窩尺寸相對較大。添加了微量元素鋯后斷口組織比較細(xì)小，且韌窩尺寸及分布都比較均勻，顯示出明顯的韌性斷裂特征。但是微合金化錳黃銅斷口中還有明顯粗大κ 相的斷裂痕跡，這也是微孔長大聚合速度加快，合金強(qiáng)度提高不大、伸長率下降的主要原因。

與未微合金化錳黃銅相比，鋯微合金化錳黃銅具有更好的耐腐蝕性能、摩擦性能和力學(xué)性能。其機(jī)理討論如下。

（1） 鋯在銅中的固溶度極小，可形成ZrCu5或ZrCu 強(qiáng)化相，大量強(qiáng)化相可成為后續(xù)形核的質(zhì)心，阻礙再結(jié)晶和晶粒長大，起到細(xì)化晶粒的作用。眾多彌散分布的κ 相以及細(xì)化的α 相綜合提高了合金的硬度。

（2） 鋯元素加入銅中，一方面提高了合金的自腐蝕電位，降低了合金的耐蝕傾向。另一方面，細(xì)化了晶粒組織，使晶界增多，降低了腐蝕擴(kuò)張的速率，阻礙了腐蝕貫通通道的形成。

（3） 錳黃銅內(nèi)眾多彌散分布的軟基體相和硬質(zhì)點(diǎn)易于駐留液態(tài)介質(zhì)，起到一定的減磨作用。硬度的提高在一定程度上也會提高合金的摩擦性能。

（4） 鋯微合金化錳黃銅力學(xué)性能提高有以下兩點(diǎn)原因：

①鋯的加入細(xì)化了合金組織，具有較大的彌散強(qiáng)化作用；

②晶粒細(xì)化、晶界增多，并且合金在凝固過程中產(chǎn)生了大量的位錯(cuò)，從而產(chǎn)生很大的形變強(qiáng)化效果 。

與未微合金化錳黃銅相比，鋯微合金化錳黃銅的組織更細(xì)，硬度更高，其均勻腐蝕速率降低了4.9%，電化學(xué)腐蝕速率降低了74.5%，摩擦系數(shù)降低了19.3%，抗拉強(qiáng)度和屈服強(qiáng)度分別提高了5.5%和24.2% 。

如果是由二種以上的元素組成的多種合金就稱為特殊黃銅。如由鉛、錫、錳、鎳、鐵、硅組成的銅合金。黃銅有較強(qiáng)的耐磨性能。特殊黃銅又叫特種黃銅，它強(qiáng)度高、硬度大、耐化學(xué)腐蝕性強(qiáng)。還有切削加工的機(jī)械性能也較突出。由黃銅所拉成的無縫銅管，質(zhì)軟、耐磨性能強(qiáng)。黃銅無縫管可用于熱交換器和冷凝器、低溫管路、海底運(yùn)輸管。制造板料、條材、棒材、管材，鑄造零件等。含銅在62%～68%，塑性強(qiáng)，制造耐壓設(shè)備等。 　黃銅棒根據(jù)黃銅中所含合金元素種類的不同，黃銅分為普通黃銅和特殊黃銅兩種。壓力加工用的黃銅稱為變形黃銅。