稀有金属 2003,(01),216-218 DOI:10.13373/j.cnki.cjrm.2003.01.059
变形铍铜合金起皮夹杂缺陷成因探讨
阎永 董超群
宁夏东方钽业股份有限公司,宁夏东方钽业股份有限公司,宁夏东方钽业股份有限公司 宁夏石嘴山753000 ,宁夏石嘴山753000 ,宁夏石嘴山753000
摘 要:
有着良好综合性能的重要材料 铍铜合金 , 广泛用于各种高级弹性元件 , 其表面质量对最终元器件的寿命有着重要影响。本文论述了变形铍铜合金在铸造和压力加工过程中产生的表面缺陷 起皮、夹杂形成原因 , 并从生产实践出发 , 全面考虑、认真分析 , 提出了消除缺陷的有效措施。
关键词:
铍铜合金 ;铸造 ;压力加工 ;起皮 ;夹杂 ;
中图分类号: TG335
收稿日期: 2002-10-12
Forming Reason for Lamination and Inclusion of Wrought Beryllium Copper Alloy
Abstract:
Beryllium copper alloy is applied extensively to elastic component, and its surface quality has great influence on the durability of end products. The reason of the formation lamination and inclusion created on the surface of beryllium copper during the process of casting and pressing was proposed, and the effective measure to removing the defect is proposed on basis of experience from practice.
Keyword:
beryllium copper alloy; casting; pressed work; lamination; inclusion;
Received: 2002-10-12
工业应用的铍铜合金在经淬火-热加工-冷加工-时效处理之后, 具有高的强度、 硬度、 弹性极限, 并且弹性滞后小, 弹性稳定性好, 耐疲劳, 耐磨, 耐蚀, 耐寒, 无磁性, 导电、 导热性好, 受冲击时不生火花, 是工业中具有良好综合性能的重要材料之一, 广泛用做各种高级弹性元件、 电子行业中精密电气元件、 波纹管、 弹簧、 阀、 轴、 导航仪器、 保险丝、 紧固件、 无火花工具、 微型开关、 膜片、 海底电缆中继器框体、 继电器、 保险丝、 紧固件、 电极材料、 冲头及模具的生产
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变形铍铜合金除因成份、 性能、 几何尺寸不符、 不平、 裂纹、 分层等而造成废品外, 还会因产生表面缺陷-起皮、 夹杂而严重影响生产和产品质量。 因此, 长期以来, 从事铍铜合金生产的工程技术人员围绕这一课题做了大量的研究和实践工作, 通过分析形成起皮、 夹杂的原因, 来探讨采取相应工艺措施, 减少或杜绝这类缺陷的产生, 达到提高产品质量和性能的目的
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1 起皮、 夹杂成因分析
1.1 起皮成因分析
铍铜合金在凝固时, 气体的溶解度急剧降低, 在粘度很大的固态金属中难以逸出, 形成气孔, 按出现的部位分为皮下气孔、 内部气孔、 表面气孔, 气孔的存在减少了铸锭的有效体积和密度, 经加工后虽可被压缩变形, 但难以焊合, 结果造成了起皮缺陷。
铍铜合金中气孔产生的原因如下: (1) 原料含有水份油污等杂质, 在高温下发生分解产生气体而溶入液体金属内。 (2) 熔炼时间过长, 液体金属从炉气、 炉衬、 工具中大量吸气。 (3) 浇铸时金属液发生湍流将气体卷入, 或结晶器漏水
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铜合金加工材在空气中强烈加热发生渗氧
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, 使局部含氧量过高, 在还原性气氛中热处理而引起表面鼓泡, 在进行压力加工时出现起皮现象。
渗氧原因如下: (1) 加工材加热时由于没有保护, 而在氧化性气氛中使表面发生渗氧。 (2) 加工材加热时过热或过烧, 出现局部熔化和氧化薄膜层。
热轧、 热挤坯料有显微裂纹, 在后续加工过程中出现起皮和起刺。 显微裂纹产生原因如下: (1) 热加工终了温度低, 造成坯料表面产生显微裂纹。 (2) 热轧时金属与轧辊间的摩擦过大或挤压温度过高、 速度过大时, 致使轧件或挤压件断面金属流动的平均速度从表面到里层由小变大, 这种不均匀流动造成表面的附加拉应力, 当超过金属本身之强度时就会出现显微裂纹甚至表面横裂
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冷轧或冷拉前退火氧化严重, 造成在后续加工中出现起皮。
严重氧化产生的原因如下: (1) 加热及退火时温度过高或时间太长。 (2) 炉内气氛呈氧化性。 (3) 炉膛密封性差或炉膛压力小, 漏入大量冷空气。 (4) 未酸洗或酸洗不彻底。
轧辊表面硬度低或磨损严重产生网状裂纹, 造成在后续加工中出现起皮。
产生网状裂纹原因如下: (1) 轧辊材质不合。 (2) 轧辊使用时间太长。 冷轧或拉制总加工率太大或道次加工率不合理也易造成起皮。
1.2 夹杂成因分析
铸锭中有夹杂, 随厚度减薄冷轧时才显露 (见图1) 。
夹杂产生原因: (1) 原料不干净。 (2) 熔炼过程中带入。 (3) 铸造过程产生的二次氧化夹杂。
热轧坯料有显微裂纹并沿裂纹氧化, 后续加工夹杂显露出来。
热轧坯料由于粘辊使氧化皮、 脏物压入轧件表面 (如图2) 。 粘辊原因: (1) 轧辊表面不光滑, 表面粘有金属微粒。 (2) 轧速过高及冷却不足造成辊身和轧件温差太大。 (3) 轧辊表面硬度不够且磨损严重。 (4) 轧辊打滑。 (5) 润滑油不干净, 润滑不均匀。
润滑油内有脏物, 压入轧件表面。 原因: (1) 润滑油未过滤。 (2) 润滑油长时间未更换。 坯料表面严重划伤或擦伤, 在划沟内落入脏物及退火时氧化而造成夹杂。 划伤原因: (1) 堆放或搬运过程中相互划伤。 (2) 轧制或运送过程中被设备上的尖角划伤。 (3) 轧辊和辊道表面粘有金属屑。 (4) 带材轧制时后张力太大, 造成卷筒不能牢固地咬住带材造成松卷擦伤, 或带材卷取松紧不均、 张力波动太大使带材层间出现滑动摩擦。
图1 铸锭夹杂
Fig.1 Inclusion of ingot
图2 轧前板面未清除, 轧时大量异物压入
Fig.2 Plate not being cleared up leading to quantity of contaminations press-in during process of rolling
在加热时轧件下表面粘有炉底脏物及耐火材料, 轧制压入轧件表面 (见图3) 。 原因: (1) 加热炉炉膛未清理干净。 (2) 加热炉未做炉胆、 料架。 在产品、 半成品放置过久, 或放置场地周围空气潮湿及有易腐蚀金属表面的成份也易造成夹杂形成。
图3 其它金属压入QBe2.0板面显微组织
Fig.3 QBe2.0 alloy plate micro structure of other metalspress-in
2 起皮、 夹杂防止措施
起皮、 夹杂是铍铜合金加工材的常见缺陷, 它们影响了金属表面的完整性, 而且影响加工和使用。 通过对铍铜合金加工材起皮、 夹杂形成原因进行分析, 并在实际生产中实践, 总结出了有效防止起皮、 夹杂缺陷产生的工艺措施。
2.1 起皮防止措施
(1) 铍铜合金熔炼前加强原料的预处理, 确保进入熔炼炉的金属原料清洁、 干燥。 (2) 炉前工、 器具必须烘干。 (3) 快速熔化, 避免熔炼时间过长。 (4) 半连续铸造时尽量保持结晶器内金属液面平稳, 防止湍流产生。 (5) 经常检查结晶器, 若有漏水及时更换。 (6) 铸锭加工时, 注意检查表面质量, 发现有缺陷应加大铣屑量。 (7) 铸锭两端锭头去除不能太短。 (8) 铸锭加热炉应有气体保护, 加强炉膛密封, 尽量避免在空气中加热铸锭。 (9) 加热炉应定期校正温度控制系统, 防止跑温。 (10) 严格控制热加工最终温度, 避免因温度低使铍铜合金产生显微裂纹。 (11) 对于因加热后氧化严重的应酸洗, 且要彻底。 (12) 使用符合要求的轧辊, 且应定期及时更换或磨辊。 (13) 合理分配道次加工率, 冷轧或拉制总加工率不能太大。
2.2 夹杂防止措施
(1) 严格原料检验制度, 确保原料杂质在要求范围内。 (2) 加强熔炼坩埚内残留熔渣清理和加强搅拌、 扒渣。 (3) 铸造过程中尽量保持金属液流平稳, 防止夹杂卷入结晶器内。 (4) 严格控制热加工最终温度, 避免因温度偏低使铍铜合金产生显微裂纹。 (5) 轧辊表面应光滑较清洁, 经常清除轧辊表面大金属微粒, 出现粘辊时用油石或砂纸磨光辊面。 (6) 避免轧速过高及冷却不足出现辊身和铍铜带材温差太大。 (7) 轧辊表面应具有较大硬度较高光洁度, 磨损严重时应及时更换。 (8) 铍铜带材表面的氧化皮、 裂边、 起皮、 脏物和残留酸液应去除干净。 (9) 润滑油必须洁净, 润滑油应足够、 均匀。 (10) 防止出现轧辊打滑, 特别是带材表面有起皮、 不平时。 (11) 生产中经常检查轧辊及带材表面的好坏, 辊道、 导板等设备的突出尖角及杂物应及时清除。 (12) 严格控制轧制时后张力, 防止因张力太大造成使带材层间出现滑动摩擦。 (13) 定期清扫加热炉炉膛, 炉内必需有炉胆和料架。 (14) 已加热好的铸锭送往热轧时, 采用破鳞清刷机使氧化皮在一定的压力下破裂和脱落。 (15) 尽量采用“一个流”的精益生产组织方法, 避免半成品在某一工序放置太久而造成表面腐蚀。
参考文献
[1] 重有色金属材料加工手册编写组. 重有色金属材料加工手册 (第1分册) .北京:冶金工业出版社, 1979.204.
[2] 李瑞文, 解晓斌, 邹觉玉. 稀有金属, 2002, 26 (4) :277.
[3] 汪治军, 张天莉. 稀有金属, 1997, 21 (专辑) :334.
[4] 洛阳铜加工厂中心试验室金相组. 铜和铜合金金相图谱.北京:冶金工业出版社, 1983.189.
[5] 重有色金属材料加工手册编写组. 重有色金属材料加工手册 (第3分册) .北京:冶金工业出版社, 1979.207.