技術(shù)資料

復雜黃銅的發(fā)展前景和經(jīng)濟價值

黃銅是銅合金中最重要的合金品種，以低成本高性能著稱于世,，廣泛應用于國民經(jīng)濟的各大領(lǐng)域,。但長期以來人們廣泛使用的是以α相和α+β相為基的單相或雙相黃銅合金，而對主要以β相為基的高鋅復雜黃銅研究應用的較少,。

隨著科技的進步,，人們對高鋅黃銅的研究日益深入，發(fā)現(xiàn)通過加入多元少量的合金元素即可大幅提高其性能,，使材料具有許多實用化前景的新特性,，如形狀記憶性能；可與鈦青銅,、鈹青銅相比美的高彈性能,；超塑成形性能以及高耐蝕、耐磨,、減磨性能等,。其中最引人矚目的是以β相為基的新型高強耐磨多元復雜黃銅，其具有可與鋁青銅相媲美的高強度,、優(yōu)良的耐磨機制和極高的耐各種介質(zhì)腐蝕的能力,。更為可貴的是其優(yōu)良的熱加工成形性能，在鍛壓各種精密復雜高強耐磨零件方面,，具有其他材料無法比擬的優(yōu)勢,，因此自上世紀七十年代開發(fā)問世以來，迅速普及到各種要求具有高強度,、耐磨性好的重載,、高速液壓轉(zhuǎn)子、自潤滑軸承,、精密鍛件等領(lǐng)域,，近年來，我國加工制造業(yè)蓬勃發(fā)展,，國外高性能合金品種大量涌入,，市場需求量不斷擴大，因此開發(fā)該類高性能合金品種,，具有極其廣闊的市場發(fā)展前景和重大的經(jīng)濟價值,。

復雜黃銅的生產(chǎn)加工的特點

復雜黃銅生產(chǎn)加工的特點是：以熱加工為主，工藝流程短、附加值高,，但對工藝的穩(wěn)定性要求很高,，其性能取決于各種工藝及設(shè)備的精準控制。因此,，該類合金的生產(chǎn)技術(shù)難度大,，需要針其特性制定合理的加工工藝措施，才能滿足材料使用的要求,。

復雜黃銅的合金種類

當前國內(nèi)外市場上的高強耐磨復雜黃銅品類繁多,，大致可分為銅-鋅-錳和銅-鋅-鋁兩大系列，除少部分列入相應的國家標準外,，大部分合金品種均為合金生產(chǎn)廠家為某一特定用途開發(fā)的,，合金的命名方法也各不相同，往往成分相近的合金有多個不同的廠家牌號,。我過市場上應用的高強耐磨復雜黃銅為例,，除HAL61-4-3-1和HMn62-3-3-0.7兩種合計列入GB5231外，其他諸如081,、084,、MBA-2等都是廠家命名的牌號。

復雜黃銅對組織性能的要求

高強耐磨復雜黃銅不但對合金基體的強度,、韌性有較高的要求,，而且要求在基體上必須均勻,、穩(wěn)定地分布有硬度極高的耐磨相,。在硬度極高的耐磨相和硬度相對較低的基體間形成優(yōu)良的耐磨機制，同時也有利于在摩擦時建立穩(wěn)定的潤滑層,，使材料在高度,、重載的惡劣工況下，能有效地抵抗載荷的沖擊及劇烈的磨損作用,，具有良好的高強,、耐磨特性。

高強耐磨黃銅組織的特點

新型高強耐磨復雜黃銅以Cu-Zn合金為基,，通過有選擇地添加Al,、Mn、 Si,、 Fe,、 Ni、 Ti,、 Cr,、 Pb、 Sn等多元少量合金元素，構(gòu)成復雜的5-9元合金體系,。通過合金元素間的相互作用,，在機體上形成成分復雜、硬度極高的耐磨相,。耐磨相與基體的組織特點決定了合金的基本性能,，研究合金基體組織及耐磨相的控制技術(shù)，對保證合金具有優(yōu)異的高強耐磨特性及良好的熱加工性能具有重要的意義,。

復雜合金基體的組織特點及控制技術(shù)

高強耐磨復雜黃銅的基體必須具有足夠的強度和硬度,，才能有效抵抗高速、重載載荷的作用,，不產(chǎn)生失效變形,，在Cu-Zn合金二元相圖的富銅側(cè)，隨鋅含量的增加分別可產(chǎn)生α,、β,、γ三種相結(jié)構(gòu)，它們的特點：其中γ的硬度極高,，但其出現(xiàn)和分布受不同溫度下基體合金元素溶解度的影響較大,，不能給基體提供穩(wěn)定、均勻的析出相組織,，同時嚴重惡化合金的熱加工性能,，并導致常溫下合金的脆化。因此在控制基體組織,，確?；w高強性的同時，必須堅決防止在組織中出現(xiàn)γ相,。

β相是具有體心立方結(jié)構(gòu)的金屬間化合物CuZn的固溶體,，常溫下具有較高的強度、硬度以及良好的車削性能,，能夠充分地發(fā)揮Cu-Zn合金的極限強度,，完全滿足高強耐磨材料對自身強度和硬度的要求，高溫下其具有比α相還高的延伸性能和優(yōu)良的熱加工成型能力,，能夠滿足耐磨材料的精密鍛壓,，機械加工工藝的要求，成為目前各種新型高強耐磨復雜黃銅理想的基體組織,。 

為了提高合金組織的常溫韌性,，增強對沖擊載荷的抵抗能力，高強耐磨黃銅中允許存在少許α相,，但是必須嚴格限制其在基體相組成中所占的比例,，以免對基體強度造成嚴重損害,。各種高強耐磨復雜黃銅對合金坯料及鍛壓加工后組織中的α相比例均做了嚴格的規(guī)定，因此大多數(shù)高強耐磨復雜黃銅的基體組織是由β+α相構(gòu)成的,，其強度,、硬度取決于β、α相所占的比例,。

三相的結(jié)構(gòu)和特點

α相,，心溶于銅中形成的具有面心立方結(jié)構(gòu)的固溶體，含鋅量0~38%,，晶格常數(shù) 3.608~3.693A,，質(zhì)軟塑形大，鑄態(tài)下呈枝晶狀,，退火后多為多邊形晶粒,。

β相是金屬間化合物CuZn的固溶體，體心立方結(jié)構(gòu),，含鋅量45~50%,，晶格常數(shù)2.942~2.949A,強度、硬度比α相大,，常溫塑性比α相差,，但高溫性能優(yōu)異，比α相還好,。在450℃時有序化為β',， β'的硬度大于β相，顯微硬度可達250,，色澤暗淡,，比α相更易腐蝕。

γ相,金屬間化合物Cu2Zn3的固溶體,，含鋅量56~66%,，晶格常數(shù)8.83~8.85A,色澤灰白,，質(zhì)硬面脆,，嚴格影響冷熱加工性能，應盡量避免,。

高強耐磨多元黃銅及生產(chǎn)技術(shù)的發(fā)展趨勢

高強耐磨多元復雜黃銅是所有銅合金中,，對各種合金添加元素利用得最充分的合金品種，代表了黃銅系列合金機械性能的高水準,，隨著我國加工制造業(yè)的蓬勃發(fā)展,，其應用領(lǐng)域必將日益廣泛，品種也會得到不斷優(yōu)化,，因此關(guān)注該類合金發(fā)展的新趨勢,，大力開發(fā)研制具有自主知識產(chǎn)權(quán)的合金品種具有重要的戰(zhàn)略意義,。

目前多元高強耐磨復雜黃銅最主要的應用領(lǐng)域是汽車行業(yè)，作為汽車同步器變速齒環(huán)專用合金品種,，目前尚沒有其他經(jīng)濟的新材料可替代,，具有巨大的市場發(fā)展空間。隨著汽車行業(yè)的迅猛發(fā)展,，汽車同步器齒環(huán)管材市場需求旺盛,，年直接需求量達8000噸，總體市場規(guī)模在萬噸以上,。近年來,，國內(nèi)汽車廠家積極引進國外車型及先進技術(shù)，同步器齒環(huán)管材在品種和性能上與國外先進標準接軌,，對高性能,、高精度擠制管材的國產(chǎn)化要求迫切，為開發(fā)該類合金擠制管材提供了難得的市場機遇,，具有廣闊的發(fā)展前景,。

該類產(chǎn)品技術(shù)含量大、附加值高,、對組織,、性能要求嚴格，尤其在材料的耐磨性方面,，已非用傳統(tǒng)的鑄造手段所能達到,，必須深化合金的組織控制研究，建立專業(yè)化的生產(chǎn)體系,，以保證其具有充分的生產(chǎn)的研發(fā)能力,，形成具有自主知識產(chǎn)權(quán)的核心技術(shù)，用以指導生產(chǎn)及新產(chǎn)品開發(fā)工作,，才能在不斷穩(wěn)定現(xiàn)有市場的基礎(chǔ)上有所創(chuàng)新,。