Al 和Sn 对再生Bi 黄铜组织和性能的影响

聂小龙，张旭东，刘新宽，刘 平，马凤仓，李 伟，张 柯，陈小红

（上海理工大学 材料科学与工程学院 上海 200093）

易切削黄铜因其优异的切削加工性能使其占据的市场越来越大，而铅黄铜作为其中的佼佼者更是占据了很大份额[1-3]。随着Pb 黄铜的推广，人们逐渐发现了铅黄铜带来的危害[4-7]：在加工过程中产生的蒸汽和粉尘严重危害人们的身体健康；在水管、卫浴产品的使用中检测到有铅的析出。以上问题严重影响了铅黄铜的进一步推广和使用。

十几年来，国内外学者开始不断地研究无铅易切削黄铜[8-11]。其中，切削性能最接近HPb59-1 铅黄铜的就是Bi 黄铜。但在推广中发现Bi 黄铜在加工过程中容易产生“冷热脆”现象[12-13]，而造成这种问题的原因主要是Bi 在合金中呈薄膜状分布[14]。

从材料性质方面来说，Bi 和Cu 的表面张力相差较大，导致两者之间的润湿角较小，从而使Bi 在合金中趋向于呈薄膜状分布；刘伯雄等[15]发现Sn 的加入会影响合金的表面张力，但是对其作用方式和影响大小未进行深入地研究；肖来荣等[16]通过加入Al 来影响Bi 黄铜中Bi 的润湿效应，但是并没有明确解释其影响机制。目前，通过合金化来改善Bi 黄铜合金性能的研究很多，但很少有人从作用机制上解释合金元素对Bi 黄铜组织的影响。

本文探究了Al 和Sn 对再生Bi 黄铜组织和性能的影响，发现随着Al 或Sn 含量的增加，Bi 在合金中的分布形态发生变化，力学性能得以提高；加入不同合金元素可改变Bi 的表面张力或是改变合金基体的表面张力，通过分析表面张力对润湿角的影响，揭示了Bi 分布形态变化的机制。……