1前言

在一些工业发达国家,对粉末冶金黄铜烧结的研究已比较成熟,但在我国有关报道还不多。由于黄铜中锌具有较高的蒸气压,所以在烧结过程中,锌的过多挥发会直接导致合金成分不均匀。表面出现贫锌区不仅会使材料的耐蚀性能降低,而且还会使其力学性能下降,这势必影响粉末黄铜制品的应用,因此探讨黄铜烧结过程中脱锌量及其对性能的影响,寻求合理的控制脱锌措施具有现实意义。

2实验方法

采用商用ＨＰｂ80-1.5预合金粉合金粉,加入适量的硬脂酸锌,混合一定时间后,在不同压力下压制成形。压坯按经验烧结工艺烧结,研究压力与脱锌量及性能的关系,确定最佳压制压力。经最佳压力压制的试样分别在不同温度下烧结,测定脱锌量及材料性能,确定最佳烧结温度。在优选的工艺条件下,对烧结时加与不加含锌废料作填料的烧结试样的脱锌量、性能进行比较。由于实验的重现性很好,本文报道的所有数据均是三次试验的平均值。

3结果和讨论

3.1压制压力对脱锌量及性能的影响

压制压力分别为395、425、455和485ＭＰａ,预烧温度为640℃,烧结40ｍｉｎ;经验烧结温度870℃。随压制压力的增加,锌的挥发量和收缩率逐渐减少,而密度、硬度、拉伸强度及伸长率在压力为395～455ＭＰａ范围内,随压力增加而增加,并在455ＭＰａ时达到最大值;当压力超过455ＭＰａ时,上述四项指标均有所降低。

一般来说,随着压力增加,压坯密度及强度逐渐增加,粉末间的机械结合面增大,空隙率减少,从而导致烧结体的脱锌量逐渐降低;但由于锌的蒸气压高,锌的蒸发及舟外流动气氛造成舟内外锌蒸气压无法平衡,所以脱锌量仍然很大。由于锌的蒸发与凝聚以及微量液相铅的作用,促使烧结体致密化,密度增加,强度、伸长率及硬度提高。但当压力超过455ＭＰａ时,各种性能又明显下降,这主要是封闭空隙增加使残存的微量硬脂酸锌分解产生的气体不能排除,以及少量锌的挥发所致。因此,当压制压力为455ＭＰａ时,试样的综合性能最好。

3.2烧结温度与含锌废料对脱锌量及性能的影响

压制压力为455ＭＰａ,试样经640℃预烧40ｍｉｎ,分别在870、900和925℃烧结40ｍｉｎ时。

在烧结过程中,添加含锌废料与不加含锌废料时,锌的挥发量都随烧结温度的升高而增加;但添加含锌废料比未加含锌废料时的锌的挥发明显减少。文献[5]也表明,烧结温度越高,锌蒸气压越高,脱锌量越大;添加废料与未加废料试样相比,脱锌量明显降低。说明添加含锌废料能使舟内外锌蒸气压达到平衡,抑制舟内锌的挥发。

当烧结温度为925℃时,由于锌蒸气压显著增大,其脱锌量远远超过900℃时的脱锌量。大量锌的挥发,也使烧结体的物理及力学性能明显变差。由于锌挥发产生大量气体,使试样的体积膨胀,造成局部出现变形;当温度达到925℃时,收缩率呈现负值。

随烧结温度增加,有无锌废料填料的烧结体的物理及力学性能有不同的变化趋势,即对未加锌废料填料的烧结体,密度、伸长率、拉伸强度及硬度随烧结温度的增加而明显降低。而对有锌废料填料的烧结体,则在温度低于900℃时,上述各性能随温度增加而逐渐增加;但当温度高于900℃时,相应指标又随温度增加而减少。而且,有废料填料的烧结体的性能明显好于没有废料填料的烧结体。

4结论

1)粉末黄铜在压制压力为455ＭＰａ,添加适量的含锌废料填料,于900℃烧结40ｍｉｎ时,烧结体的综合性能最好。

2)添加含锌废料填料有助于平衡舟内外锌的蒸气压,抑制锌的挥发,从而显著改善烧结体的性能。

3)微量液相铅及锌的蒸发与凝聚是促进烧结致密化的主要机制。