重有色合金特种铸造及有色合金２０１４年第３４卷第１１期稀土Ｃｅ及热处理对锡青铜组织和硬度的影响通过ＯＭＥＤＳ、硬度测试等分析手段Ｃｅ及热处理工艺对ＺＱＳｎ１０－２合金组织和性能的影响根据结果得出ＺＱＳｎ１０－２合金晶粒细化，二次枝晶间距减小Ｓｎ偏析程度减弱度有所提高。随着热处理温度的升高α－Ｃｕ固溶体中Ｓｎ含ＺＱＳｎ１０－２合金晶粒转变为细小的等轴晶。热处理温度的升高而提高。关键词锡青铜Ｃｅ；热处理中图分类号ＴＧ１４６．１１；ＴＧ１５６．９文献标志码文章编号１００１－２２４９（２０１４）１１－１２０２－０３ＥｆｆｅｃｔｏｆＣｅａｎｄＨｅａｔＴｒｅａｔｍｅｎｔｏｎＭｉｃｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅａｎｄＨａｒｄｎｅｓｓｏｆＴｉｎＢｒｏｎｚｅＡｌｌｏｙＺｈａｎｇＪｉｎｇＳｃｈｏｏｌｏｆＭｅｔａｌｌｕｒｇｙａｎｄＭａｔｅｒｉａｌｓＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＡｂｓｔｒａｃｔＥｆｆｅｃｔｓｏｆＣｅａｎｄｈｅａｔｔｒｅａｔｍｅｎｔｏｎｔｈｅｍｉｃｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅａｎｄｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓｏｆＺＱＳｎ１０－２ｔｉｎｂｒｏｎｚｅａｌｌｏｙｗｅｒｅｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｅｄｂｙＯＭｅｎｅｒｇｙｄｉｓｐｅｒｓｅｄｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｅｒａｎｄｈａｒｄｎｅｓｓｔｅｓｔ．ＴｈｅｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｔｈａｔｔｈｅｇｒａｉｎｓｉｚｅｉｎｔｈｅＺＱＳｎ１０－２ａｌｌｏｙｉｓｒｅｆｉｎｅｄａｎｄｔｈｅｓｅｃｏｎｄａｒｙｄｅｎｄｒｉｔｅａｒｍｓｐａｃｉｎｇｉｓｄｅｃｒｅａｓｅｄｗｉｔｈｔｈｅａｄｄｉｔｉｏｎｏｆ０．０６％Ｃｅ．Ａｄｄｉｔｉｏｎａｌ－ｌｙｐｈａｓｅｉｓｄｉｓｓｏｌｖｅｄｉｎｔｏα－Ｃｕｓｏｌｉｄｓｏｌｕｔｉｏｎｍｅａｎｗｈｉｌｅｔｈｅｈａｒｄｎｅｓｓｉｓａｌｓｏｉｎｃｒｅａｓｅｄｗｉｔｈｔｈｅｉｎｃｒｅａｓｅｏｆｈｅａｔｔｒｅａｔｍｅｎｔｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ．ＫｅｙＷｏｒｄｓＨａｒｄｎｅｓｓ锡青铜在海水、空气和蒸气中耐蚀性能优良铜的凝固温度范围大，枝晶偏析严重；凝固时不易形成集中缩孔，体积收缩小；铸锭中易出现Ｓｎ的逆偏析，严重时铸锭表面ＺＱＳｎ１０－２合金是一种减磨耐磨材料，其结晶温度范围宽，枝晶粗大［８～１１］铸造时由于不平衡结晶，Ｓｎ在Ｃｕ中扩散速度极其缓慢终造成铸件存在枝晶偏析，使用的过程中组织稳定性差高温下使用时性能恶化。稀土和适当的热处理工艺均可改善Ｃｕ题向锡青铜中加入Ｃｅ并结合适当的热处理工艺试验内容选择ＺＱＳｎ１０－２合金为研究对。稀土Ｃｅ以Ａｌ－１０Ｃｅ形式加入。确定Ｃｅ的最佳加入量为０．０６％［１５］高频感应炉熔化锡青铜合金后，升后加入Ａｌ－１０Ｃｅ中间１５ｍｉｎ样。根据Ｃｕ－Ｓｎ二元合金的固溶度达到最大，为１５％但是由于固态条件下Ｓｎ要在较高温度或较长保温时间下才能明显减少晶内偏析或相的析出。采用的热处理工艺见表２ｗＢＳｎＺｎＮｉＰｂＣｕ９．９７２．１４０．０２０．０１０．０１余量热处理工艺方案方案退火温５００５５０利用ＪＳＭ－６５１０ＬＡ型扫描电镜观察合金的组织形收稿日期：２０１４－０４－０８；修改稿收到日期：２０１４－０５－２９基金项：国家自然科学基金资助项目（２０１２ＺＪＧ０３Ｌ）作者简介，１９８４年出生：，Ｅ－ｍａｉｌ：ｓｄｕｚｈａｎｇｊｉｎｇ＠１２６．ｃｏｍ１２０２稀土Ｃｅ及热处理对锡青铜组织和硬度的影响貌和进行ＥＤＳ能谱分析。腐蚀剂为１０ｍＬ稀土Ｃｅ对锡青铜组织和硬度的影响图１为加入稀土Ｃｅ前后铸ＺＱＳｎ１０－２锡青铜的显微组织。从图１能够准确的看出，加Ｃｅ后，ＺＱＳｎ１０－２青铜组织细化，二次枝晶臂间距明显减小，由３８Ｃｅ在Ｃｕ中的溶解度很小，一般为０．０１％～０．１％Ｃｅ更易与合金中的合金元素反应形成高熔点化合物，弥散，使晶粒尺寸减小。从凝固原理及热力学方面分析，由于Ｃｅ大量聚集在固－液界面前沿的液相中，使合金凝固时成分过冷增大树枝晶的分枝节点处易产生细颈、熔断，增加了形核核心，也起到晶粒细化的作用。此外，加Ｃｅ后，ＺＱＳｎ１０－２锡青铜形成树枝晶骨架，而熔点较低的Ｓｎ多地分布在树枝晶骨架间隙，形成微观枝晶偏析。ＥＤＳ根据结果得出，Ｃｅ的加入减小了Ｓｎ的微观偏析。Ｃｅ（ｂ）ｗ（Ｃｅ）＝０．０６％Ｃｅ对ＺＱＳｎ１０－２锡青铜中块状相的影响加入Ｃｅ前ＺＱＳｎ１０－２锡青铜中不同相的ＥＤＳ分合金位置ＳｎＣｕ铜凝固温度区间范围大固溶体为枝晶形态。凝固过程中枝晶骨架相互搭接，形成封闭的小熔池。当这些小熔池中的熔合金相ｗ（Ｃｅ）＝０基体合金相ｗ（Ｃｅ）＝０．０６％基体３２．４６９．８１３４．９０１１．５８６７．５４９０．１９６５．１０８８．４２充，最终凝固形成显微缩Ｃｅ的加入，细化了枝晶间距的减小而趋于弥散、均匀。Ｃｅ（ｂ）ｗ（Ｃｅ）＝０．０６％Ｃｅ对ＺＱＳｎ１０－２锡青铜铸态组织的影响），可以观察到灰色块状合金相分布于基体上。对加入Ｃｅ前后的基体及合金相分ＥＤＳ能谱分析，结。根据合金相中的ＣｕＳｎ含量能确定Ｃｅ加入前基体中Ｓｎ含量有所区别。Ｃｅ的加入提高了青铜合金室温铸态组织为α－Ｃｕ基体＋此外，锡青铜合金主要含ＳｎＰｂ等元素，各元素的熔点、密度等特征参量以及与Ｃｕ基体的界面结合特征不相同。其中，ＳｎＣｕ基体有限固溶，且Ｓｎ在Ｃｕ中扩散速率极着凝固结晶过程的进行，树枝晶逐步向铸锭中心推进并Ｃｅ后，锡青铜硬度１１１．９２。由此可知，Ｃｅ的加入可以显著提升合金度。这是因为一方面Ｃｅ的加入可以细化晶粒，减小二次枝晶间距，另一方固溶体中Ｓｎ含量增加产生Ｃｅ对ＺＱＳｎ１０－２锡青铜硬度的影响热处理对含Ｃｅ的锡青铜组织和硬度的影响ＺＱＳｎ１０－２锡青铜中低合金的强度和塑性，因此对其进行热扩散处理６００对加稀土Ｃｅ后ＺＱＳｎ１０－２锡青铜进行４ｈ的退火处理，显微组织见由图４ａ能够准确的看出，经过５００退火处理后，锡青铜组织仍主要由（）共析体组成，只有少部分区域出现等轴晶。退火温度上升到５５０）共析体。继续升１２０３特种铸造及有色合金２０１４年第３４卷第１１期（ａ）５００４ｈ（ｂ）５５０４ｈ（ｃ）６００退火对ＺＱＳｎ１０－２锡青铜显微组织影响高温度至６００相慢慢地减少，基体转变为细小的等轴晶，并且固溶体晶粒内伴随有孪晶的产生。根据Ｃｕ－Ｓｎ度升高而增大。５２０Ｓｎ在Ｃｕ中的固溶度能够达到１５％。但是由率极慢，因此就需要更高温度或较长保温时间时才能明显减少晶内偏析或δ合金相。随着Ｓｎ溶体内晶格排列产生畸变，进而产生孪晶。对热处理后试样进行硬度测试能够准确的看出，随着热处理温度的升高，ＺＱＳｎ１０－２锡青铜硬度增大。Ｓｎ含量增大，产生严重的晶格畸变退火对ＺＱＳｎ１０－２锡青铜硬度的影响方案退火温５００１１５．１５５０１１９．４ ６００１２４．７