材料的使用寿命、耐磨性能、导热性能以及吸油性能都直接影响液压系统的运行效果及寿命.据统计，液压系统中60%的故障来自油泵，而油泵故障中80%是由关键摩擦副的磨损造成，特别是柱塞与柱塞套这对摩擦副的磨损.柱塞套一般采用耐磨复杂黄铜管制成，因此，柱塞套用的耐磨复杂黄铜管的性能将直接决定油泵的使用寿命[1].
耐磨复杂黄铜是西方国家20世纪70年代开发的一种新材料，一般通过控制黄铜中α、β相的比例和耐磨相的形貌和数量来提高合金的耐磨性.研究表明，耐磨材料组织通常由软相和硬相组成，当软相被磨损后留下的凹坑仍可以存储润滑油，硬相起支撑作用，从而提高耐磨性[2-3].目前，以β相为基体的耐磨复杂黄铜棒材的研究较多，而以α相为基体的复杂黄铜管材几乎很少研究.本文对不同热处理状态下CuZn35Mn2SiPb黄铜管的微观组织进行了观察，测试了不同退火温度下合金的显微硬度和磨损性能，分析了MnSi相的形貌、基体相与热处理温度的关系.
1 试 验
1.1 材料的制备
试验合金CuZn35Mn2SiPb（质量分数，%）在中频感应电阻炉中进行熔炼，铸造成145 mm合金铸锭，其中Mn和Si以铜锰（Mn，25%）、铜硅（Si，25%）中间合金的形式加入.化学成分见表1.铸锭在中频感应加热炉中进行加热，温度750℃，时间8 min，然后挤压至35 mm×3 mm，通过1道空拉，2道衬拉至27 mm×2.5 mm.拉伸后在台车式退火炉中400～600℃退火，时间1 h，最后拉伸至25 mm×2.0 mm.
1.2 试验方法
铸锭的化学成分采用直读式光谱仪和化学分析相结合；显微硬度在HVS1000数字显微镜硬度计上测量，载荷0.98 N，保载时间20 s；金相组织在Leica DM IRM型光学显微镜上观察，微观组织分析在JSM S4800型扫描电子显微镜（SEM）上进行，腐蚀液为三氯化铁、盐酸和水溶液（FeCl3∶HCl∶H2O=5∶10∶100）；磨损试验在MMW1型摩擦磨损试验机上进行，摩擦副材料采用CCr15钢球，载荷800 N，转速1 000 r·min-1，润滑油采用液压68#油，载荷100 N，试验时间2 h，试验完毕后由计算机算出摩擦系数和磨痕深度.
2 结果及分析
2.1 组织演变规律
图1为CuZn35Mn2SiPb合金铸态组织.可以看到，基体为相互交杂的α+β双相组织，且还弥散分布着无规则的Mn5Si3和Fe3Si相[4].组织中耐磨相分布没有明显的方向性，耐磨相Mn3Si5和Fe3Si为颗粒状或棒状，颗粒大小约为5～10 μm，棒状长度约为10～50 μm.
CuZn35Mn2SiPb合金铸锭经过750℃挤压，挤压速度为35 mm·s-1，挤压态的金相组织如图2所示.可以看出，硅锰铁相发生了明显的转动，沿挤压方向分布，部分硅锰铁相还发生了断裂.同时，从纵截面图（b）中可以看到α相也出现了明显的方向性生长.
为了进一步观察耐磨相形貌，采用SEM对硅锰铁相的形貌及成分进行分析，如图3所示.从图3中看出，耐磨相主要由Mn、Si、Fe元素组成，其形状多为六边形，大部分中间位空心，断裂后为竹节状.
热处理是控制α相和β相形貌和比例的关键工序.为了获得较佳的热处理工艺参数，分别在300，400，500，和600℃时进行了退火处理，退火时间1 h，退火后的金相组织如图4所示.从图4中可以看出，500℃退火时，β相组织基本消失，而400℃退火，有明显的β相组织存在，可见400～500℃之间，出现了大量的β相向α相的转变.但600℃退火有少量的β相出现，只是β相不连续分布，且分布不均匀.这可能是由于在300℃以下退火时，β相并没有转变成α相，保存了挤压态的形貌.而600℃退火时，材料本身的β相完全转变成α相，然后在冷却过程中，又从α相中析出了少量的β相，所以材料在600℃退火后的相形貌与挤压态有较大变化，β相成不连续状出现.根据CuZn二元相图[4]，457℃是α相最大的固溶点，所以大量的β相转变成α相.而超过456℃，温度再升高时，从α相中又逐渐分解出β相.
2.2 力学性能演变规律
在不同温度的热处理后，CuZn35Mn2SiPb合金力学性能的变化见表2.从表2中可以看出，随着温度的升高，抗拉强度和硬度都随着下降，伸
长率上升.在400～500℃，力学性能发生了突变，在500～600℃力学性能变化不明显.这说明在500℃时，已经发生了再结晶，使合金达到了软态.
2.3 摩擦磨损性能演变规律
对CuZn35Mn2SiPb合金，最被关心的是摩擦磨损性能，因此，采用MMW1型摩擦磨损试验机测试其摩擦系数和磨痕深度.表3是不同退火温度下CuZn35Mn2SiPb合金的摩擦磨损性能.从表3中看到，不同的退火温度其摩擦系数相差不大.这主要是因为采用油润滑后，其摩擦系数都远远低于干摩擦条件，摩擦系数的变化不大.但从磨痕深度看，500℃退火后磨痕最浅，300℃退火后磨痕深度最深，这与α相变化的规律一致.这也说明α相比例是影响该合金磨损性能最主要的因素.由于α相塑性好，在摩擦过程中能产生塑性变形，而不是磨损脱落.α相的变形产生的微小凹坑正好能储存微量的润滑油，从而使磨损减小.而β相由于性质较脆，塑性变形性能不佳，在高载荷情况下容易脱落，反而磨损深度较深.
3 结 论
（1） CuZn35Mn2SiPb合金铸态组织，基体为相互交杂的α+β双相组织，且弥散分布着无规则的Mn5Si3和Fe3Si相，经过挤压后，硅锰铁相和α相发生明显的转动，沿挤压方向分布.
（2） 在退火过程中，随着温度的升高，α相逐渐增多，在500℃时达到最大值.之后，随着温度的升高，从α相中又逐渐分解出β相，α相开始减少.同时在500℃时，合金已经完全再结晶，达到软化状态.
（3） 在油润滑条件下，不同温度退火后，摩擦系数相差不大，但从磨痕深度看，500℃时磨痕最浅，300℃时磨痕最深，这与α相比例变化规律一致.
参考文献：
[1] 陈长先，张初明，尹克里.液压柱塞泵配流副的研究动态及建议[Z].国营某航空液压件厂，内部资料（二），1999.
[2] 郭淑梅，王硕.复杂黄铜的合金设计[J].云南冶金，1999，28（5）：40-44.
[3] 赵明涛，黄张裕，赵媛霞.铅黄铜组织和性能的改善[J].上海有色金属，2013，34（1）：28-31.
[4] 孙扬善，黄海波，谭东伟.热处理对耐磨黄铜组织和性能的影响[J].金属热处理，1993（1）：27-32.
[5] 钟卫佳，马可定，吴维治.铜加工技术实用手册[M].北京：冶金工业出版社，2007：59.
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