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锡磷青铜表面裂纹成因分析

来源:广东赫达金属材料有限公司   发布时间:2021-11-22   点击量:607

      锡磷青铜具有较高的弹性、耐蚀、耐磨、抗磁、易钎焊、电镀等优良的综合性能,是目前应用最广泛的弹性铜合金材料之一。在电子、电气设备中被广泛用于制作各种接插件、连接件、继电器、接触器、导线端子、触头和弹簧等元器件

近年来,随着电子、仪器仪表以及通讯等行业的快速发展,锡磷青铜的市场也在不断变化和发展,不仅需求量有了明显的增长,产品技术水平和质量要求也在逐步提高。自上世纪八十年代以来,我国在引进、消化、吸收国外锡磷青铜板带先进设备和技术的基础上,改造和建成了一批具有中国特色的专业生产线。

     新的锡磷青铜专业生产线实现了感应熔炼、连续铸锭、高精冷轧、计算机控制、无氧化连续退火、联合清洗、精整、高精剪切、板形控制、在线质量控制和快速化学成分分析等。锡磷青铜在铸锭过程中易形成“反偏析”现象,使其在冷轧开坯时易出现边裂或表面开裂,使废料增多、成本加大,成材率大大降低,成为困扰生产的棘手问题。为提高锡磷青铜质量,满足生产需求,对其生产工艺出现的问题进行研究及探讨具有一定的理论和现实意义。

    

锡磷青铜的生产工艺

       锡磷青铜由于热脆性比较大,所以目前国内外生产锡磷青铜板带材产品主要采用水平连铸生产锭坯,并进行长时间的均匀化退火处理,经过冷轧开坯后,进行中间退火、酸洗,再经过粗精轧后得到成品锡磷青铜的结晶温度范围较宽,在835~1040℃之间,在凝固时不易形成集中缩孔,而容易在铸件内部产生疏松。

       由于其结晶温度区间大,当进入开始结晶温度时,首先结晶出来的α固熔体随温度的降低逐渐形成树枝晶,而富锡低熔点(锡熔点为231.89℃)组分则易偏聚在枝晶间或相邻晶粒的界面上,为“反偏析”创造了条件,形成疏松。反偏析是锡磷青铜铸造过程中一个最显著的特点,在铸锭的边部和表面,其锡和磷的含量较铸锭中心部位高,严重时,铸锭表面可见灰白色的析出物(俗称锡汗,成分为Cu33Sn8和Cu3P)。另外该合金的冷作硬化速率大,退火次数增多,使得生产周期较长。

锡磷青铜反偏析成因分析

       从Cu-Sn平衡相图看,含6%~7%Sn时,锡磷青铜凝固温度在150~160℃之间。结晶凝固时不会成集中缩孔,而形成分散缩孔或疏松。一般情况下,在轧制时这些分散疏松被弥合,对外观及性能影响不大。但在某种不适当的工艺条件下,就可能形成较大的孔洞或带状相连的疏松条,而且这些疏松区由于是枝晶间最后凝固的区域,一些低熔点物容易在此形成偏聚。轧制加工时,带坯背面在反复卷曲时受到张应力作用,容易沿这些疏松区开裂形成裂纹由于Sn的扩散速度非常缓慢,在凝固温度范围内进行选分结晶,形成严重的枝晶偏析。晶粒内先结晶的是高熔点物,后结晶的枝晶处是低熔点物,这种晶粒内成分的不均将造成力学性能的较大差异,特别是枝晶间将形成结合力的“弱面”。在轧制加工时,带坯背面反复受张应力作用,容易沿这些“弱面”开裂。

       C5191在冷却结晶时,由于导热性差,内外部温差较大,表层形成硬壳后,中间部分处于液态,冷却结晶时热量将外壳中枝晶处的低熔点物重新熔化,形成“通道”,中间部分的Sn由“通道”被挤至表面成为反偏析。而“通道”处容易偏聚含Sn成分较高的非平衡相,这些非平衡相有些是脆硬相,在轧制加工时,易开裂成裂纹

       

锡磷青铜表面裂纹改善措拖

        从以上分析可知,严重的铸造反偏析是造成锡磷青铜冷轧开裂的根本原因。铸锭反偏析程度的大小,主要与熔炼及铸造的条件和方法有关。生产中要减少或消除反偏析对后续生产及产品质量的影响,就需要在整个生产过程中采用更合适的熔炼、铸造、加工及热处理的方式和工艺条件

配料控制

       1、旧料成分复杂,在熔炼时要将同一种成分的旧料分类好,不能与其他成分不同的旧料混淆。要控制杂质元素的含量,特别是Pb的含量,要控制在0.02%~0.05%;若Pb的含量太高,容易导致开裂。

       2、对于每一炉旧料在熔炼之前先进行成分检测,严格控制杂质元素。

       3、在分类旧料时,要注意工业卫生,防止其他金属杂质的混入

熔炼控制

       1、控制好熔炼工艺,适当地降低铸造温度,提高冷却强度,改进拉停工艺,控制Sn的反偏析。

       2、减少冷轧开裂现象,关键在于控制好材料铸造过程中的反偏析程度。而控制好反偏析,只有通过改善熔铸方式、正确控制熔铸工艺,并配以合适的均匀化退火以及冷轧开坯方式和工艺(包括合适的轧制卷取),方能提高产品质量,降低成本,提高生产效益。

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