導(dǎo)讀: 銅合金具有高強(qiáng)度、高導(dǎo)電、高導(dǎo)熱、高耐蝕、色澤美麗等優(yōu)良性能，被廣泛地應(yīng)用于電氣、輕工、機(jī)械制造、建筑工業(yè)、國防工業(yè)等領(lǐng)域。銅及銅合金板帶材生產(chǎn)約占銅加工材總量的20％～30％。

由于傳統(tǒng)工藝設(shè)備資金投入少、技術(shù)要求低、建設(shè)周期短、見效快、生產(chǎn)靈活、生產(chǎn)成本低、經(jīng)濟(jì)效益好等優(yōu)點(diǎn)，目前銅合金帶材生產(chǎn)多數(shù)仍采用***成熟的傳統(tǒng)生產(chǎn)方法：熔煉--半連續(xù)鑄造--熱軋--冷軋方法；在高精板帶卷式軋制方面采用較為先進(jìn)的熔煉--水平連鑄--冷軋工藝。

采用傳統(tǒng)方法生產(chǎn)H68銅合金帶材，生產(chǎn)流程為：低頻感應(yīng)爐熔煉--半連續(xù)鑄造機(jī)獲得鑄坯--鋸切、銑面--環(huán)形加熱爐加熱--熱軋開坯--冷軋粗軋--裁邊、打卷--退火--酸洗--水洗--烘干--冷軋精軋--成品處理。由半連續(xù)鑄造生產(chǎn)的H68銅合金鑄錠，經(jīng)熱軋后出現(xiàn)表面缺陷，帶坯報(bào)廢。

從報(bào)廢帶坯截取有缺陷部分，規(guī)格35 mm×240mm×45mm(h×b×l)，表面缺陷宏觀形貌如圖1所示。經(jīng)觀察，帶坯表面比較光滑、為黃褐色、有氧化層，內(nèi)部為黃色。表面有沿軋制方向的縱向裂紋或部分沿軋制方向的裂紋、極少垂直軋制方向的橫向裂紋、還有部分類似孔洞類缺陷，缺陷產(chǎn)生區(qū)域較集中，裂紋和孔洞類缺陷有較大的塑性變形。部分缺陷裂紋為長直狀、主要沿軋制方向，較深，數(shù)量較少，***大裂紋長約20 mm，深約3～4 mm；

 依據(jù)有色金屬行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，采用等離子體原子發(fā)射光譜法(ICP-AES)對帶材進(jìn)行元素含量分析。帶材化學(xué)成分元素含量如表1所示。其中雜質(zhì)含量：P<0.01％，Bi，Sb，As均小于0.005％。帶材成分含量符合國家標(biāo)準(zhǔn)要求。

對H68銅合金帶材樣品進(jìn)行截取、研磨、采用三氯化鐵鹽酸水溶液(配比：6 g FeCl3+10 mlHCl+90 ml水)對其進(jìn)行腐蝕處理，若黃銅中有β相存在，經(jīng)此種腐蝕液浸蝕變黑。由金相分析：帶材實(shí)驗(yàn)樣品組織為單相α黃銅，不含有β 相。裂紋缺陷以穿晶為主，如圖2所示，在穿晶過程中有撕裂晶界、沿晶擴(kuò)展現(xiàn)象，有個(gè)別短小裂紋以沿晶開裂及擴(kuò)展為主。

采用掃描電鏡對H68銅合金表面缺陷的微觀形貌進(jìn)行分析，其典型形貌如圖3所示。分析得出：絕大多數(shù)裂紋的微觀形貌為經(jīng)過塑性變形的孔洞，內(nèi)表面比較光滑，無明顯韌窩，有些明顯顯出孔隙性缺陷的特征。根據(jù)能譜分析缺陷內(nèi)表面有氧化銅和氧化鋅的氧化層。運(yùn)用能譜分析對缺陷附近與內(nèi)部的元素成分含量進(jìn)行了面掃描、線掃描、點(diǎn)成分分析，顯示雜質(zhì)元素含量微少，并且主要元素及雜質(zhì)元素不存在明顯的晶界偏析。

由此可知此類缺陷是由皮下氣孔產(chǎn)生。而對于半連續(xù)鑄造氣孔容易在皮下成群出現(xiàn)。在鑄造過程中產(chǎn)生的皮下氣孔，在熱軋前的加熱過程中，爐內(nèi)氣體就可能穿過皮下氣孔與金屬表面之間這層很薄的金屬而進(jìn)入到氣孔，使皮下氣孔內(nèi)表面氧化，生成氧化鋅和氧化銅為主的氧化層。在帶材熱軋時(shí)，氣體體積縮小、壓力增大，由于表面層燒蝕和氣孔壓力增大突破表面金屬層，皮下氣孔破裂變成表面缺陷，且氧化層的存在使得皮下氣孔無法通過壓力加工焊合。由于氣孔在軋制過程中產(chǎn)生塑性變形，引起應(yīng)力集中，使得裂紋沿氣孔應(yīng)力集中處萌生和擴(kuò)展，就出現(xiàn)了沿軋制方向延伸的小裂紋；經(jīng)過多道次的軋制，使得裂紋擴(kuò)大，產(chǎn)生的裂紋使氣孔連接形成更大的表面缺陷，引起表面的局部撕裂，產(chǎn)生表面層掉落現(xiàn)象。由于以上原因形成的裂紋由表面向內(nèi)擴(kuò)展，并存在繼續(xù)擴(kuò)展的傾向。

圖4所示；裂紋內(nèi)部有微小二次裂紋萌生和擴(kuò)展；

圖5所示。在帶材實(shí)驗(yàn)樣品中，還存在其他種類的缺陷形態(tài)；

圖6所示。

根據(jù)能譜分析對缺陷內(nèi)部及缺陷附近質(zhì)點(diǎn)的元素進(jìn)行測定，說明帶材表面含有Al，Al2O3，CaO，SiO2等夾雜，還含有Na,Mg,Ag,K,Fe,S,Cl等雜質(zhì)元素，部分雜質(zhì)元素能譜分析結(jié)果如圖7、圖8所示。可見此類缺陷是由于在鑄造過程中，夾雜和雜質(zhì)元素卷入鑄錠皮下或表面，在軋制過程中暴露，由于和基體的變形不協(xié)調(diào)產(chǎn)生應(yīng)力集中，顯微空洞生核、長大、聚集，由于孔洞集聚形成裂紋，空洞長大并和其他空洞連接在一起就形成了韌窩形貌。

在實(shí)驗(yàn)的帶材中，發(fā)現(xiàn)裂紋的擴(kuò)展除了在鈍化的主裂紋頂端形核、連續(xù)擴(kuò)展的方式之外，還存在微裂紋在無位錯(cuò)區(qū)中形核、不連續(xù)擴(kuò)展(Z字形擴(kuò)展)，如圖9所示。

金屬塑性變形的主要方式是滑移和孿生。根據(jù)Stroh理論，在晶粒邊界、晶粒內(nèi)或晶界的應(yīng)變集中區(qū)、第二相界面處，容易發(fā)生位錯(cuò)塞積，微裂紋可在位錯(cuò)塞積部位形核。面心立方合金中形變孿晶可以按極軸機(jī)制產(chǎn)生；在一定的應(yīng)力條件下，滑移位錯(cuò)分解成不完全位錯(cuò)，不完全位錯(cuò)的運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生形變孿晶；在裂尖發(fā)射位錯(cuò)平衡后，形成的無位錯(cuò)區(qū)域是一個(gè)應(yīng)變很高的異常彈性區(qū)，也可能產(chǎn)生微孿晶；對H68銅合金拉伸時(shí)的觀察顯示出裂尖前方存在形變孿晶，裂紋呈Z字形擴(kuò)展。當(dāng)主裂紋尖端發(fā)射位錯(cuò)時(shí)，在裂紋前方無位錯(cuò)區(qū)出現(xiàn)微孿晶，形成微裂紋；由于微裂紋與主裂紋匯合使主裂紋鈍化，微裂紋難以沿原來方向擴(kuò)展；裂紋前方又有新的微孿晶生成，從而撕裂沿另一方向形成微裂紋；微裂紋鈍化；以上過程反復(fù)進(jìn)行，就形成了Z字形裂紋。 

根據(jù)以上分析，H68銅合金帶材的表面缺陷主要由于鑄造過程皮下氣孔形成，需要從熔煉和鑄造兩方面著手減少或消除此類缺陷。

(1)黃銅熔煉采用獨(dú)特的沸騰除氣法。熔煉過程的爐襯、工具、模具等需要保持干燥，進(jìn)行充分的預(yù)熱，爐料、覆蓋劑、脫氧劑等應(yīng)進(jìn)行干燥處理，除氣處理要充分，要盡量減少含氣量。

(2)在半連續(xù)鑄造過程中，盡量減少外來水分蒸發(fā)滲入到鑄錠而成氣孔。要保持鑄造溫度合理，保證不會(huì)由于溫度過高或過低使含氣量高或影響氣體排出；保證速度在合理范圍內(nèi)，銅液無斷流、力求鑄錠表面光滑；控制一次冷卻強(qiáng)度和二次冷卻水的流量噴水角度等；對其他可能帶來水分的鑄造設(shè)備或材料進(jìn)行適當(dāng)處理，保證鑄造過程無水。

表面缺陷產(chǎn)生的次要因素是由夾雜引起。可能是在金屬熔煉過程中，采用人工加料和攪拌，由于熔煉溫度低，時(shí)間短，攪拌不充分，加入的純金屬顆粒較大或者加入順序不合理等原因，使得金屬熔化不充分，形成夾雜；或合金熔煉過程的耐火材料爐襯的脫落和摻入，舊料中本身含有雜質(zhì)元素及鑄造過程的覆蓋劑不合格等外在因素導(dǎo)致夾雜產(chǎn)生。需優(yōu)化和規(guī)范熔煉及鑄造工藝，嚴(yán)格控制原料來源，從而保證產(chǎn)品質(zhì)量。

來源：銅合金熔鑄

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