C95800阀门铸件中铁和镍的成分解析.pdf

C 9 5 8 0 0 阀门铸件 中铁和镍 的成分解析 陆文斌 上海 阀门五厂有限公司，上海 2 0 0 9 4 1 摘要A S T M B 1 4 8 标准中的C 9 5 8 0 0 牌号属于铜一 铝一 铁一 镍四元复杂青铜。由于其强度、塑性、耐 蚀等综合性能较好，是一种适合制造中低压阀门的材料。通过分析铁元素和镍元素在铝青铜合 金 中的作用机制，说明A S T M B I 4 8 标准规定c 9 5 8 0 0 中铁含量不能超过镍含量的原因，并探讨 了 实际生产中控制合金中铁含量和镍含量的方法。 关键词铝青铜；铁含量；镍含量 中图分类号T G 1 4 6 ． 文献标 识码 A 文章编号1 6 7 3 - 3 3 2 0 2 0 1 1 0 4 0 0 2 4 - 0 2 Ana l y si s of Fe a nd N i El e men t s i n Compos i t i on o f C9 5 8 00 Ca s t i ng Al l oy L u We n b i n S h a n g h a i N o ． F i v e V a l v e F a c t o r y C o ． ， L t d ． ， S h a n g h a i 2 0 0 9 4 1 ， Ch i n a Abs t r a c t AS T M B1 4 8 ． C9 5 8 0 0 a l l o y i s a CU ． A1 ． F e ． Ni q u a t e r n a r y b r o n z e ． I t i s mo s t v a l u e d f o r i t s h i g h s e n g t h ， p l a s t i c i t y a n d c o r r o s i o n r e s i s t a n c e ， w h i c h i s s u i t a b l e f o r l o w a n d me d i u m p r e s s u r e v a l v e s ．Ac c o r d i n g t o AS TM B 1 4 8 s t a n d a r d ． t h e Fe c o n t e n t i n C9 5 8 0 0 s h o u l d b e l e s s t h a n Ni ．Th i S C an be e xp l a i ne d b y a na l yz i ng r e a c t i o n be t we e n Fc a n d Ni e l e m e nt s ．Th e c o nt r ol ofFe an d Ni c on t e n t i n p r o d u c t i o n i s a l s o i n t r o d u c e d ． Ke y wo r d s a l u mi n u m b r o n z e ； F e ； Ni 美 国试验与材料 学会标准AS T M B1 4 8 --2 0 0 9 铝 青铜 砂型 铸件 中 ，对 合金 为 “ C9 5 8 0 0” 牌号 的铜一 铝 一 铁一 镍 四元 复杂青 铜铸件 做 了特 别 规定 ，即铸 件的化学成 分中 ，铁 的含量 质量分 数 ，下 同 不得 超过镍 的含 量 。许多 阀门主机 厂 及有色铸造厂 虽在照此执行 ，但用意何在 ，往往 不甚明 了。由于C9 5 8 0 0 这个牌号是一种高强度耐 磨耐蚀青 铜合金 ，能在 3 0 0℃以下工况使用 ，综 合力学性 能较好 ，在海水 、硫 酸盐和各种 氯化物 溶液 等腐蚀性介质 中运用较广 ，且使用压力可达 1 ． 6 ～4 ． 0 MP a 。而标 准 中关于铁含 量和镍含量 的 规 定将 决定材料 的力学性 能和 防腐能力 ，因此 ， 有必要就此作 出技术分析和解释 。 1 C 9 5 8 0 0 铝 青铜铸件标 准技术要 求 AS T M B1 4 8 --2 0 0 9 中规定的C 9 5 8 0 0 化学成分 和力学性能要求分别见表 1 和表2 。 表 1 C 9 5 8 0 0 化学成分 w B ， ‘ Cu AI F e * Mn Ni S i P b ≥7 9 ． O 8 ． 5 ～9 ． 5 3 ． 5 ～ 4 ． 5 0 ． 8 ～ 1 ． 5 4 ． O ～ 5 ． 0 ≤0 ． 1 ≤ O ． 0 3 w F e 不 能超过w f N i 。 表2 C 9 5 8 0 0 力学性能 从表 中可 以看 出，当w F e 在4 ． 0 ％- - - 4 ． 5 ％时 与w Ni 正好 重叠 。如w Ni 处于 下 限4 ． O ％，而 w F e 达到上 限4 ． 5 ％时，合金中的铁含量就大于镍 含 量 。在冶炼 生产 实践 中，往往 单一元素含量可 以控制 在合金技术要 求范围 内，但 由于铁含量 必 须 小于镍含量为标准 中的注释 ，生产 时可能会被 忽视 ，使这个要求得不到满足 。 收稿 日期2 0 1 1 0 5 - 0 5 。 作者简介陆文斌 ’ 1 9 5 3 一 ，男，工程师 ，主要从事热加工与材料技术研究工作 。 l I 2 0 1 1 年第 4 期 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 2 铁 元素 和镍 元素 的作用机 制 2 ． 1 铁元素和镍元素的作用 C9 5 8 0 0 牌号 的铸造 铝青 铜铸态试样 的金 相显 微组织为o c 相 Ni ． Al 相 F e ． A1 相 相 ，其组织形貌 如 图1 所示 。 a1 0 0 b 4 0 0 图1 C 9 5 8 0 0 显微组织形貌 。 c 相 是铝 溶 于铜 中 的固溶 体 ，具 有面 心立 方 晶格 ，具有较 高 的力 学性 能和 塑性变 形能力 ，是 铝 青铜 的基 本组 成相 。 Ni ． A1 相 与F e A1 相 为 体心 立 方 晶格 图 1中的小 颗粒 ，在 合 金 中起 到细 化 晶粒和沉 淀硬化作 用 。 相其 实是Ni ． F e ． A1 的化 合 物 ，为有序 体心立 方 晶格 ， 相硬 度较 高，约为 5 0 0 HV0 ． 0 5左右 。铝 铁镍青铜 的常温组织 主要为 0 c 相 ，未经热 处理 的铸件表 面硬度 实测约为 l 1 0 ～ 1 4 0 HB。 在青铜 合金 中当w F e 超过4 ％时 ，铁 与铝结合 生成A1 ， F e ，这是一种 富铁相 。此时 ，Al ， F e 在合金 中以颗粒状析出，起到变质和细化 晶粒的作用。 镍元素在青铜合金 中能细化晶粒 ，提高合金的 强度 、硬度 、热稳定性和耐蚀性 。经热加工后可不 经淬火便 能进一步得到时效强化 。适量 的镍元素还 能防止厚大青铜铸件因缓冷引起的缓冷脆性。 在承 压 的泵 阀类铸件 中 ，为适 应 实际工况条 件 ，往往 在铜合 金里 同时添加铁 和镍元 素 ，以增 加综合 力学性能 和耐蚀 、耐磨性 能 。添 加 了铁 元 素和镍元 素 的复 杂铝青铜 ，其工 况使用温 度一般 可从一2 0 0℃ U 3 0 0℃ 。 2 ． 2 铁 含量 为何要 小于镍 含量 加 入 适 量 的铁 元 素 在 合 金 中 能起 到 细 化 晶 粒 、增加合 金强度 的作用 。但如铁 的含量进一 步 增 加 ，并超 过镍 的含量后 ，合金 中便 会析 出较 多 针 状F e A1 化 合物 。这 种 针状 化合 物 由于其 形状 和化 学特性 ，会使合 金变脆 ，降低青 铜合金 的整 体 力学性 能和耐腐 蚀性 能。试 验表 明，在铝青铜 中，w F e 最大不能超过6 ． 5 ％。 金相 分析表 明 ，当铸件 中的铁元 素含量 小于 镍元 素含 量时 ，组织 中的 相 即Ni ． F e A1 相 呈 层 片状析 出；当铁元素含量 大于镍元素含量 时，K 相 将 以块状 析 出；最理想 的状态是铁 元素含量等 于镍元素 的含量 ，此 时 相 以细粒状析出，产 生沉 淀硬化效应 ，能显 著提 高铜 合金 的力学性 能。但 在冶炼实践 中并非能够处 于理想状态 。 通过 对不 同含 量铁与镍 合金试样 进行力学性 能试验 ，结果表 明细粒状 相力学性能最佳 ，层片 状 相 次之 ，块状 相最低 。这就是标 准 中规 定铁 含量不 能超过镍含量的原因和理 由。 2 ． 3 铁含量和镍含量的控制 根据 铁和镍在 铜合金 中 的作用 原理 ，在冶 炼 时 的元素配 比中可 以将w F e 控 制在 3 ． 9 ％～4 ． 3 ％ 范 围内，将w Ni 控 制在 4 ． 3 ％～4 ． 8 ％范 围内。理 想的配 比应为w F e 4 ． 4 ％ 上限 ， w Ni 4 ． 4 0／ o 中 限 ，此 时铁和镍都将发挥最佳 的效用 ，但存在铁 元素可 能超标 的风险 。 实际生产 中 ，铜合 金 的冶炼 单位为 了节 约成 本 镍 比铁 贵 ，往往将铁 的含量配到标准 的中上 限 ，而 将镍 的含 量配 到下限 ，因此经常会 出现铁 含量超 过标准而镍 含量 低于标准 的现象 ，从而影 响青 铜 阀 门铸 件 的力 学性 能和 防腐 性 能 。对 此 ， 阀门主机制造 方应予 以重视 ，特 别是在青 铜铸件 不进行 任何热 处理直接 以铸态使 用 的工 况下 ，应 验证铸 造厂提 供的试样 ，复查 其化学成 分和力学 性能是否达到标准 的技术要求 。 3 结语 在揭示 了美标C9 5 8 0 0 牌号 的铝青铜合金 中铁 镍 元素和镍 元素含量 对铸件 力学性能 的影响后 ， 铜 合金铸造 单位应在 冶炼 时关注这两个 元素 的合 理 配 比，充分理解 并掌握这 两个元素在 铜合金铸 件 中的作用 ，为 阀门提供合格 的铝青铜铸件。 z⋯ 年 第 期 I 2 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m