鉛黃銅軋制裂邊控制工藝研究,涉及機械工程中各種連接件、閥門、閥桿軸承等
發(fā)布時間:2021-03-09點擊:2231
摘要:黃銅中添加一定量鉛元素,顯著提升了材料的切削性能、耐磨性能,廣泛應(yīng)用于機械工程中各種連接件、閥門、閥桿軸承保持中,其中閥門坯料、制鎖業(yè)、鐘表業(yè)是三大重要市場。而鉛幾乎不固溶于銅鋅二元合金,以游離狀態(tài)彌散地分布固溶體中,沿晶界聚集分布易導(dǎo)致鉛黃銅在熱加工、冷加工過程中出現(xiàn)開裂現(xiàn)象,本文主要是通過研究鉛黃銅HPb59-1冷、熱加工過程中裂邊形成機理,進而控制或減輕裂邊的產(chǎn)生。
關(guān)鍵詞:鉛黃銅;成分;熱加工;裂邊控制
中圖分類號:TF811文獻標(biāo)識碼:A文章編號:1002-5065(2020)13-0143-2
鉛黃銅,俗稱易切削黃銅,具有優(yōu)良的潤滑和減磨性能,其機械加工零件表面精度很高。長期以來,行業(yè)內(nèi)對鉛黃銅的使用多以板材為主,加工效率低下,而且板材的生產(chǎn)精度較低,因此如何開發(fā)出鉛黃銅帶材來替代板材使用時提***
率的有效手段,生產(chǎn)工藝采用鑄造、熱加工、冷加工的傳統(tǒng)三段式加工工藝,鉛黃銅的熔煉、鑄造生產(chǎn)并不困難,可以使用感應(yīng)熔煉,坩堝熔煉等方式,鑄造生產(chǎn)可采用半連續(xù)鑄錠、砂模、鐵模等;但鉛黃銅熱軋、冷軋則易產(chǎn)生裂邊現(xiàn)象。
因此,如何控制或減少鉛黃銅裂邊是提高鉛黃銅帶成材率,后期零件加工的可持續(xù)性的首要攻克的難點。就鉛黃銅HPb59-1而言,含鉛量0.9%~1.8%,冷、熱壓力加工尚可,是目前市場上應(yīng)用較廣的鉛黃銅,它的特點是可切削性好,有良好的力學(xué)性能,能承受冷、熱壓力加工,易焊接,釬焊好,對一般腐蝕有良好的穩(wěn)定性,但有腐蝕破裂傾向,主要用于空調(diào)閥門、五金機械等。常用鉛黃銅的成分如下表1。
1.鉛黃銅裂邊控制工藝研究
1.1化學(xué)成分控制
黃銅中添加1%的Pb,Pb幾乎不溶于銅鋅合金,不溶鉛質(zhì)點導(dǎo)致材料的熱加工性能不佳,但雙相黃銅依靠相變重結(jié)晶(a-b),可使鉛分布在晶粒內(nèi)部而不是在晶界上,加入一些微量元素,能有效細(xì)化晶粒,使鉛分布更加均勻。為此,通過在鑄錠里添加不同微量元素,以達到改善鑄錠組織和成分均勻分布的目的,見下表2。
按照以上成分,筆者單位***輪鑄造4批次坯料(添加稀土和銅硼各2批次),在同一加熱條件下進行熱軋試驗,其中添加稀土錠坯展現(xiàn)較良好的熱加工特性,軋至12mm厚度,未出現(xiàn)明顯裂邊現(xiàn)象,而添加銅硼錠坯均出現(xiàn)開裂,無
法繼續(xù)加工。
第二輪鑄錠試驗,主要驗證添加稀土元素對鑄錠的影響,共生產(chǎn)14塊鑄錠,其中添加稀土元素10塊,未添加稀土元素4塊,熱軋后添加稀土元素的鑄錠有8塊全部通過,通過率為80%;而未添加稀土元素的4塊鑄錠有3塊裂邊,通過率僅為25%。
根據(jù)第二輪的試驗效果,進一步明確稀土元素的添加對鑄造組織的改善,在同樣的熱加工條件下,***終確定添加稀土元素能有效改變鉛黃銅鑄態(tài)組織,提升材料的熱加工性能。
1.2熱軋工藝研究
雖然稀土元素的添加能有效提升鉛黃銅的熱加工性能,但在熱軋期間,仍有部分鑄錠出現(xiàn)開裂,在成分上無明顯差別的情況下,對熱加工工藝進行探討,在不同溫度下進行均勻化熱處理,對比鑄態(tài)組織,高倍分析結(jié)果如下:
試樣組織均為基體β+α+Pb相,1#、4#樣為鑄態(tài)組織,Pb相大部分呈網(wǎng)狀分布α相內(nèi)。經(jīng)600℃退火后,α相由原始態(tài)的條狀轉(zhuǎn)變?yōu)閳A塊狀,隨時間的增加,α相圓塊狀有所長大,Pb相大部分呈網(wǎng)狀分布在晶界中,如圖1。
通過以上組織高倍分析,初步確定了鑄錠熱加工工藝,先低溫均勻化退火,使鉛質(zhì)點盡可能多的分布在晶界中,可有效地減少裂邊。
1.3冷加工工藝研究
通過對鉛黃銅的成分及熱加工工藝進行探討,有效地控制了熱加工裂邊的產(chǎn)生,但鉛黃銅具有較高的冷變形抗力,加工硬化速度快,當(dāng)冷加工總加工率達到50%以上時,材料仍會出現(xiàn)碎裂,因此對熱軋后帶坯與退火后的熱軋帶坯進行組織分析對比,以此來調(diào)整工藝。
試樣高倍制樣并侵蝕后顯微觀察,組織均為β基體+α相+強化相。1#和2#試樣為熱軋后,顯微組織基本一致;3#試樣為熱軋帶坯經(jīng)罩式爐退火,顯微組織基本一致,其中1#和2#試樣的β相呈鏈條狀沿加工方向分布。3#試樣(也就是1#和2#試樣退火后)β相方向性消失,呈網(wǎng)狀分布。(圖2)
通過以上分析,熱軋后進行均勻化退火能有效改善熱軋帶坯組織,銑面后一次初軋至6.0mm可保持不裂邊,保證了后續(xù)冷加工邊部質(zhì)量,保證了成品組織均勻性。
對軋制的2.0mm帶材退火后進行高倍組織分析,材料組織均為α+β+顆粒相,β相以不規(guī)則塊狀與α相相間分布,黑色顆粒相分布較為均勻彌散,α基體已再結(jié)晶,晶粒平均直徑為0.040mm,未觀察到高倍組織缺陷,成品性能滿足用戶使用要求。
2.結(jié)語
筆者通過對鉛黃銅成分、熱加工、冷加工工藝研究,查找了造成鉛黃銅熱、冷加工過程中產(chǎn)生裂邊的主要原因,并針對性了進行成分改變、熱加工工藝的改變,形成了穩(wěn)定的鉛黃銅生產(chǎn)工藝,較大程度上減輕了鉛黃銅軋制裂邊的產(chǎn)
生,但因為含鉛黃銅的合金特性,批量生產(chǎn)中仍會出現(xiàn)一些輕微的裂邊,在后續(xù)生產(chǎn)中,進一步對鑄錠的成分均勻性、鑄造工藝的穩(wěn)定性以及熱處理溫度的均勻性上加以控制,是控制鉛黃銅裂邊的主要考慮。
來源:中國知網(wǎng)作者:朱明益 張娟