摘要:分析了黃銅帶材生產(chǎn)過程中因大量使用舊料而產(chǎn)生冷軋開裂原因。調(diào)整合金成分、改進(jìn)生產(chǎn)工藝、改善金屬的組織結(jié)構(gòu),可有效減少或避免冷軋裂紋的產(chǎn)生。

關(guān)健詞:黃銅帶材;開裂;原因;預(yù)防措施;冷軋

中圖分類號(hào):T3G39文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A文章編號(hào):1671一6795(2oo8)05一加26一03

黃銅是重要的銅合金材料,因其“高性能、低成本”,廣泛應(yīng)用于國民經(jīng)濟(jì)的各個(gè)領(lǐng)域。黃銅帶材具有美麗的光澤,良好的強(qiáng)度、韌性與耐蝕性,越來越廣泛地應(yīng)用于輕工及裝飾等行業(yè),市場前景廣闊。

世界銅資源是有限的,近年來隨著銅需求量的增大,銅價(jià)大幅攀升。因此,在競爭越來越激烈的銅加工行業(yè)特別是一些中小企業(yè)普遍大量使用舊料生產(chǎn)黃銅帶材川。然而盲目地大量使用舊料將會(huì)對生產(chǎn)和產(chǎn)品質(zhì)量帶來一系列的問題。筆者所在工廠的黃銅帶材生產(chǎn)中,帶材表面常常出現(xiàn)軋制裂紋甚至開裂,造成產(chǎn)品改制、報(bào)廢的數(shù)量相當(dāng)驚人,嚴(yán)重影響生產(chǎn)效率,經(jīng)濟(jì)損失巨大。本文主要分析造成黃銅帶材冷軋開裂的原因,并提出相應(yīng)的控制與預(yù)防措施,對生產(chǎn)具有一定的理論和現(xiàn)實(shí)意義。

1.黃銅帶材生產(chǎn)工藝

現(xiàn)代黃銅板帶材的生產(chǎn),通常采用水平連鑄獲取大卷重帶坯〔2〕,經(jīng)均勻化退火、銑面后,以大加工率冷軋開坯,然后再進(jìn)行中間退火、精軋等工序。此外,為消除內(nèi)應(yīng)力和提高板形必須進(jìn)行低溫處理和拉伸彎曲矯直。主要工藝流程為:配料、熔煉*水平連鑄、均勻化退火*銑面、冷粗軋*中間退火一留底軋制一留底退火*成品軋制*脫脂、清洗、鈍化處理*拉伸彎曲矯直*低溫處理*檢驗(yàn)*分切。包裝。通過合理控制工藝參數(shù),可實(shí)現(xiàn)優(yōu)質(zhì)黃銅板帶材的生產(chǎn)。

2.冷軋開裂原因分析

在軋制過程中,當(dāng)金屬的局部變形量超過其極限變形程度時(shí),原子間的結(jié)合力遭受破壞便出現(xiàn)裂紋。按裂紋的擴(kuò)展方式,可將開裂分為沿晶開裂和穿晶開裂。裂紋的擴(kuò)展遵循能量消耗***小原理,也就是裂紋的擴(kuò)展總是沿著原子鍵合力***薄弱的方向進(jìn)行。多晶體材料的開裂大多為沿晶斷裂,這種斷裂是由于某種原因使晶界面弱化而產(chǎn)生的st]。這些原因包括:晶界處析出脆性第二相;高溫作用使界面弱化或雜質(zhì)原子向晶界偏聚;晶界與環(huán)境作用弱化,如應(yīng)力腐蝕等。黃銅帶材開裂多屬于前兩種原因,當(dāng)存在有害元素或有害相時(shí),造成晶界偏析或反偏析,導(dǎo)致晶界間結(jié)合力減弱,因而在應(yīng)力作用下產(chǎn)生沿晶開裂或斷裂〔`]。

2.1金相組織的影響

以6H5黃銅為例,由Cu一Zn相圖可知,緩慢冷卻條件下H65為單相a黃銅,而在實(shí)際生產(chǎn)中冷卻速度較快,為非平衡結(jié)晶,包晶反應(yīng)生成的刀相來不及完全轉(zhuǎn)化為a相而留在組織內(nèi)部〔’〕。刀相在室溫下的塑性較a相差,在軋制過程中兩相變形不均勻,勢必導(dǎo)致滑移位錯(cuò)在兩相界面形成塞積群,當(dāng)位錯(cuò)塞積造成的局部應(yīng)力集中達(dá)到一定程度時(shí),使月相基體破裂形成裂紋源,進(jìn)而在附加拉應(yīng)力作用下形成宏觀裂紋〔`」。因此尹相的數(shù)量和分布對H65黃銅冷軋裂紋

的產(chǎn)生有重要影響。當(dāng)月相較多時(shí),呈網(wǎng)狀連續(xù)分布于枝晶間,這種網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)可承受較大的應(yīng)力集中,不大容易形成裂紋;當(dāng)月相很少時(shí),由于刀相之間間隔較大,不易形成應(yīng)力集中,因而也不會(huì)產(chǎn)生裂紋。研究表明v1[,刀相的體積分?jǐn)?shù)大于20%或小于5%時(shí),H65黃銅的高溫塑性均比較好。雖然在熱軋條件下月相的塑性較a相好,如果相界應(yīng)力集中,亦會(huì)引起開裂。

黃銅的晶粒度對其開裂也有一定的影響,晶粒越大,開裂傾向越大。由黃銅的金相組織分析知:外表層晶粒比內(nèi)部明顯粗大,外表層又直接與介質(zhì)接觸,所以容易引起開裂。研究表明,開裂與冷變形不均勻有關(guān);鐵含量偏析也有不利影響。

2.2雜質(zhì)的影響

幾種雜質(zhì)對黃銅生產(chǎn)中的影響如下〔’〕:

鐵:作為雜質(zhì)存在,對力學(xué)性能沒有顯著影響。鐵在黃銅中的溶解度極小,常以富鐵相雜質(zhì)點(diǎn)分布在基體中,具有細(xì)化晶粒的作用;

鉛、秘:鉛在簡單黃銅中是有害雜質(zhì),以顆粒狀分布在晶界易熔共晶上。當(dāng)。黃銅的含鉛量>0.03%時(shí),軋制過程中常出現(xiàn)開裂現(xiàn)象。秘的影響大致與之相同;

銻:隨著溫度的降低,銻在a黃銅中的溶解度急劇減少,析出脆性化合物CuZbS,呈網(wǎng)狀分布,嚴(yán)重?fù)p害黃銅的冷加工性能;磷:很少固溶于Cu一zn合金,在a黃銅中磷含量

若超過0.05%一0.06%,就會(huì)出現(xiàn)脆性相Cu3P,降低黃銅塑性;

砷:室溫時(shí)砷在黃銅中的溶解度<0.1%,過量則產(chǎn)生脆性化合物Cu3sA,分布在晶界上,降低黃銅塑性。含0.02%一0.05%As,可防止黃銅脫鋅,提高耐蝕性。

2.3生產(chǎn)工藝的影響

般,黃銅帶材是邊部開裂、中部不裂。原因有二,其一,生產(chǎn)中實(shí)際輥型為平輥時(shí),邊部金屬有向側(cè)面流動(dòng)的趨勢,所以其縱向流動(dòng)速度低于帶材中部金屬。由于帶材是一個(gè)整體,中部與邊部的變形相互牽制,因而板材中部金屬受壓應(yīng)力作用,而兩邊部金屬受拉應(yīng)力作用,當(dāng)邊部拉應(yīng)力超過金屬強(qiáng)度極限時(shí)就會(huì)產(chǎn)生開裂(裂邊);其二,軋制過程中由于溫度升高導(dǎo)致軋輥產(chǎn)生熱凸度,使中部輥縫變小,邊部輥縫相對增大,因而中部壓下量大、邊部壓下量小。這將進(jìn)一步導(dǎo)致中部的金屬流動(dòng)速度高于邊部,增大帶材邊部開裂趨勢〔’“〕。另外,水平連鑄工藝參數(shù)控制不當(dāng)、道次軋制率過大等因素,都會(huì)導(dǎo)致黃銅帶軋制過程中產(chǎn)生開裂。

3.冷軋開裂預(yù)防措施

3.1原料

①舊料的雜質(zhì)成分變化很大,所以應(yīng)把同一批次的舊料均勻混合后再使用,有助于各爐料的雜質(zhì)成分趨于一致。前提條件是使***終鑄錠的Pb含量控制在0.02%以內(nèi)。bP含量過高,容易產(chǎn)生開裂現(xiàn)象;

②化驗(yàn)購進(jìn)舊料的bP含量,當(dāng)bP的含量很大時(shí)就要按比例使用,以降低鑄錠中bP的含量;

③在分撿舊料的時(shí)候應(yīng)注意工業(yè)衛(wèi)生,防止其它的金屬雜質(zhì)及黃銅舊料混人。

3.2生產(chǎn)工藝

①控制好熔鑄工藝條件,適當(dāng)降低鑄造溫度,提高冷卻強(qiáng)度,改進(jìn)拉停工藝,以減輕bP、iB等雜質(zhì)的有害影響;

②降低加工率、增加中間退火,可有效地避免由于相界應(yīng)力集中引起的開裂。此法簡單易行,在實(shí)際生產(chǎn)中也已得到驗(yàn)證;

③對于有規(guī)律的邊部細(xì)裂紋,可適當(dāng)減小軋輥凸度或調(diào)整彎輥力以減小邊部拉應(yīng)力,從而避免或改善邊部開裂。

3.3金相組織的控制措施

①為有利于不均勻的柱狀晶和等軸晶的鑄造組織轉(zhuǎn)變?yōu)樗苄暂^好適于加工的組織,道次加工率及軋制速度不易過大;

②熔煉時(shí)適當(dāng)添加一些變質(zhì)劑,以達(dá)到去除雜質(zhì)、除氣與細(xì)化晶粒的效果。為解決帶材裂邊,需要減少晶界上的含bP量,愈少愈好。為此,添加少量的稀土,稀土元素在1100℃以上可與Pb生成高熔點(diǎn)化合物CePb3,合金結(jié)晶時(shí)首先析出而成為非自發(fā)晶核。晶核數(shù)增多,可細(xì)化晶粒、增多晶界,從而減少晶界上的Pb含量。晶界上的CebP3可提高晶界強(qiáng)度,有利于防止晶界開裂。

預(yù)防黃銅帶材冷軋開裂現(xiàn)象,關(guān)鍵是保證原料質(zhì)量,控制好生產(chǎn)過程和工藝參數(shù),改善合金組織結(jié)構(gòu)。

4.結(jié)語

①影響銅合金擠壓模具壽命的因素很多,除模具材料、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、熱處理工藝等模具本身的因素外,模具的使用、維護(hù)也是重要影響因素;

②對于大噸位銅合金擠壓機(jī),特別是反向擠壓機(jī),必須高度重視模具的冷卻。合理的冷卻方式可使擠壓模具的工作溫度維持在回火軟化溫度以下,同時(shí)又不會(huì)使坯料和模具過冷,避免悶車、影響擠壓產(chǎn)品質(zhì)量的現(xiàn)象發(fā)生;

③目前比較理想的冷卻方式為液氮冷卻,通過調(diào)節(jié)液氮流量和壓力可以控制模具的冷卻強(qiáng)度,從而***大程度地延長模具的使用壽命。

來源：中國知網(wǎng)   作者：胥鍇