铸造铅黄铜合金因具有良好的力学性能和切削加工性能，广泛应用于卫生洁具、水暖器材、仪器仪表、液压阀门等方面。虽然铸造铅黄铜结晶温度范围小，充型能力强，有锌的除气和脱氧作用等，但由于黄铜在凝固过程容易形成粗大的柱状晶，铸造组织粗大，铸造过程中容易热裂，使用过程出现渗漏等现象，影响其使用性能，细化铸造黄铜的组织是提高抗热裂和致密性的有效途径之一。目前，加入细化剂是细化铸造黄铜组织的主要方法，文献研究了硼对铝黄铜组织细化的影响，加入硼可以有效细化铝黄铜铸态组织，文献还研究了RE能够细化铝黄铜的铸态组织，关于硼和稀土对铸造铅黄铜组织和脱锌性能的影响研究的文献较少。本文研究了稀土和硼细化处理对铸造铅黄铜铸态组织和脱锌腐蚀性能的影响。
1试验材料及其过程
试验材料牌号为ZCuZn40Pb2铅黄铜，化学成分(质量分数)为36．4％Zn、1．70％Pb、0．62％A1、Cu余量。稀土以10％RE．AI中间合金加入，硼以Cu-4．68％B中间合金加入。在井式电阻炉中放人石墨坩埚进行合金的熔炼。试验铅黄铜的熔炼工艺为：装料熔化，温度升至1 030℃时，分别用钟罩法加入硼和稀土细化剂，进行充分搅拌，保温10 min后，浇注预热温度为350℃左右的金属型试棒和金属型圆杯试样。金属型圆杯试样法是铸造铜合金企业检验细化处理良好与否最简单和直接的方法。具体方法为，浇注圆杯试样，待凝固结壳后，迅速倒掉圆杯试样心部未凝固的铜液，得到已凝固结晶面的壳杯试样，通过观察结晶面的形貌特征来判断细化处理的效果。铸造铅黄铜的脱锌试验腐蚀液为l％的CuCl2：溶液，溶液温度为(75±10)℃，腐蚀时间24h，腐蚀完毕后取出，清洗烘干，从中心剖开试样，制备金相试样，利用显微镜观察和测量腐蚀脱锌深度，探讨细化处理对铸造铅黄铜脱锌腐蚀的影响。采用【PUS．PME3金相显微镜观察显微组织，组织的腐蚀液为5 gFeCl3+5 mlHCl+100 ml水溶液。
2试验结果及其分析
2．1细化剂对铅黄铜组织的影响
图l是未细化处理和硼及稀土细化处理铅黄铜的组织。可以看出，未细化处理的金属型铸造铅黄铜的组织极为粗大(图la)，根据铜锌相图分析，铸态组织应为α相(白色)+β相(黑色)+Pb相，Pb相以黑色单质的小质点分布在α相之上或α与β相之间，铸态未细化处理的组织中α和β相呈粗的长板条分布。RE和B细化处理后，α和β相明显细化，B细化处理后粗大的板条状α与β相消失，变成短小片状或等轴状晶粒(图1b)，RE细化处理组织与铸态相比(图1c)，组织明显细化，β与α相由粗的长板条变为短的细板条。因此，对于铸造黄铜合金，用RE和B细化处理可以明显改善铸造黄铜的铸态组织，在本试验条件下，用硼处理的铸态铅黄铜组织细化效果要明显好于用稀土细化处理的效果。
2．2细化剂对壳杯试样表面形貌及其组织的影响
图2是同一炉铜液硼细化处理前后壳杯试样结晶面的形貌。可以看出，未细化处理的铜液浇注的壳杯试样表面粗糙(图2a)，宏观可以看出结晶表面存在许多不平的小凸起，图3a是未细化处理结晶面及其附近组织形貌，可以看出，粗糙表面的组织为粗大的柱状晶，粗糙的小凸起是铜液凝固时液／固界面留下的柱状枝晶，由于试验时把未凝固枝晶间液体倒掉，因此液体中前沿形成的柱状晶被完全保留下来，形成粗糙的表面。图2b是硼细化处理壳杯试样表面，与未细化处理的相比，表面光滑，没有粗糙小凸起，表面光学显微镜组织如图3b所示，结晶面不平，但结晶面光滑，光滑结晶面的组织呈现等轴晶化，因此细化处理可以改变铸造铅黄铜的凝固组织。
2．3细化处理对铸造黄铜脱锌性能的影响
图4是细化处理对铸造铅黄铜脱锌深度的影响。由于脱锌腐蚀，表层的组织有不同于里边的白色层，这是由于在腐蚀环境中表面的锌产生腐蚀，浓度降低，组织中富锌相(β相)减少，α相增多，出现明显的组织差别。未细化处理的铅黄铜的脱锌深度比较大(图4a)，定量测定其脱锌层平均深度为17000um，稀土细化处理的脱锌层深度次之(图4b)，定量测定其脱锌层平均深度为132.2um，硼细化处理的脱锌层深度最小(图4c)，定量测定其脱锌层平均深度仅为57.2 um。这说明细化处理在细化铸态组织的同时，可以有效地抑制铸造黄铜的脱锌腐蚀。特别是硼细化处理抑制铸造黄铜脱锌腐蚀效果更为明显。关于铅黄铜脱锌腐蚀的机制，目前主要有两种机制：一种是溶解．再沉积机制，另一种是锌的优先溶解机制，有时可能是两者共同作用的结果。锌的优先溶解机制认为黄铜腐蚀过程中，合金表面的锌从黄铜中优先溶解，产生双空位，双空位向合金内部扩散，锌合金组分向表面扩散，直到溶解。溶解．再沉积机制认为黄铜脱锌腐蚀包括两种可能：一种是铜和锌在阳极上同时溶解，当溶液中的铜离子达到一定的浓度后，铜离子又被还原成金属铜沉积在表面上，作为附加阴极加速合金中锌的溶解；另一种是开始的很短一段时间内，锌优先溶解进入溶液，随着锌扩散变得困难，铜锌将同时溶解，并伴随着铜的返沉积。硼细化处理能抑制黄铜的脱锌，主要是由于硼加入到ZCuZn40Pb2铅黄铜中，能充填到晶界和双空位处田，增加该处的健合力，阻碍晶界和双空位的迁移通道，降低锌的迁移速度，从而降低ZCuzn40Pb2铅黄铜腐蚀速率。RE细化处理能消除黄铜基体中的杂质，当ZCuZn40Pb2铅黄铜中含有O、S等杂质元素时，它们和基体的电极电位差较大，形成原电池，加速腐蚀，稀土能与O、S生成高熔点、低密度稀土化合物[81，容易上浮到渣中，从而净化了基体，降低了腐蚀速度，稀土加入黄铜中，在其表面会形成一层极薄且致密的稀土氧化物，能阻止Zn、Cu原子向溶液的扩散，降低溶解速度，从而延缓了腐蚀，提高了合金的脱锌腐蚀性能。
3结论
(1)RE或B细化处理能够细化ZCuZn40Pb2铸态组织，细化处理可以使黄铜粗大的长板条组织变为短小的细板条或等轴晶组织。B细化处理的细化效果要比加入稀土细化处理的效果好。细化处理可以使壳杯试样的表面由粗糙变为光滑，粗糙的表面层组织为柱状晶，光滑的表面层组织为等轴晶。
(2)ZCuZn40Pb2合金进行RE或B细化处理能抑制铸态黄铜的脱锌腐蚀，B细化处理抑制脱锌性能要比RE细化处理抑制脱锌性能明显。
目前我司针对黄铜晶粒细化和脱锌腐蚀问题研制的产品，应用于黄铜铸锭生产，其晶粒尺寸降低一个数量级(减少80%以上)，柱状晶比例减少至30%以下，柱状晶长度小于2mm。表面光滑度大于70caxa。同时增强了抗拉强度，减少开裂；提高延伸率，减少毛刺、易打弯；增加了抛光成品率，大大消除了麻点、流星尾巴，从而提高了质量及成品率！能有效控制抗脱锌腐蚀，避免了以往采用加AS元素控制脱锌，砷元素属于有害物质，氧化物对人体危害极大。