摘要:采用化學(xué)成分分析、金相檢驗、掃描電鏡和能譜儀分析等方法對TP2銅鑄錠及其擠制管坯起皮的原因進行了分析。結(jié)果表明，在TP2銅鑄錠和擠制管坯均分布著CuO顆粒。當(dāng)擠制管在還原性氣氛下退火時，因還原反應(yīng)產(chǎn)生的氣體而造成管坯表面起皮。采取了相應(yīng)措施解決了起皮問題。
某廠將經(jīng)3000t油壓機水封擠壓的TP2銅電纜管坯(<[email protected])軋成<[email protected]的管坯。在保護性氣氛下退火時，在管坯尾部表面出現(xiàn)大量串狀氣泡，形成起皮現(xiàn)象。為探明起皮原因，筆者從熔鑄到加工各工序均進行了跟蹤檢測及試驗。
1理化檢驗
1.1化學(xué)成分分析
對生產(chǎn)中使用的兩個熔次的銅鑄錠原材料進行成分分析，結(jié)果(質(zhì)量分?jǐn)?shù))見表1，可見氧和磷含量均滿足ASTMB379-1980標(biāo)準(zhǔn)要求。
1.2金相檢驗
用上述原材料進行熔煉生產(chǎn)，在爐前取鑄樣進行金相檢驗，發(fā)現(xiàn)鑄樣組織除有樹枝狀偏析的基體A固溶體外，在枝晶網(wǎng)胞間還存在著相當(dāng)多的藍灰色點狀顆粒。見圖1。
而在擠制管坯尾部距離外表層0.1~0.2mm深的組織也發(fā)現(xiàn)有類似的藍灰色點狀顆粒存在，它們大部分以串珠狀分布在表層組織的晶界上。在有的擠制管坯尾部橫端面上，接近外表層組織中甚至還發(fā)現(xiàn)形成一條環(huán)狀細(xì)晶帶(圖2)，許多藍灰色點
狀顆粒集中分布在細(xì)晶帶中的晶界和晶內(nèi)(圖3)。而與此對應(yīng)的管坯頭部的管壁端面上晶粒大小均勻，沒有發(fā)現(xiàn)藍灰色點狀顆粒聚積的現(xiàn)象。
當(dāng)把上述不同部位的加工樣品同時放入生產(chǎn)用的輥底爐中進行退火(保護性氣氛N+H，其中H2體積分?jǐn)?shù)為4%左右)，退火溫度為630e。經(jīng)觀察，管坯頭部樣品表面沒有發(fā)現(xiàn)缺陷，尾部樣品卻出現(xiàn)大量的起皮現(xiàn)象，而尾部樣品中藍灰色點狀顆粒處經(jīng)退火后形成黑色孔洞，圖4為尾部樣品表層晶界上藍灰色點狀顆粒退火后形成的黑色孔洞。圖5為擠制管坯尾部中細(xì)晶帶上經(jīng)退火后形成的密集黑色孔洞，嚴(yán)重的地方孔洞相連，進而發(fā)生表層與基體相互分離并隆起的現(xiàn)象。打開隆起的表皮發(fā)現(xiàn)內(nèi)
壁有呈深褐色的輕微氧化現(xiàn)象。而頭部樣品退火后，晶粒長大較均勻，沒有黑色孔洞存在。
1.3微區(qū)成分分析
采用掃描電鏡和能譜儀對鑄樣及管坯中藍灰色點狀物進行微區(qū)分析。圖6為鑄樣中藍灰色點狀顆子效應(yīng)造成的，但從SU0.2起強度又開始上升，且其凸起的中心近0.55nm處，在合金中，這是由表-1面缺陷、粗糙度或沾污引起的；在因瓦合金中，這是由殘余不溶粒子引起的。
2分析與討論
通過對原材料的化學(xué)成分分析、鑄樣及擠制管坯的金相檢驗和能譜分析，從中可以看出所使用的原材料的成分是合格的，其中氧的含量也很低。而對鑄樣中的藍灰色點狀顆粒能譜分析發(fā)現(xiàn)，卻存在較高的氧含量，這說明在銅的熔煉過程存在增氧氣氛。根據(jù)銅的熔煉工藝，除了原材料外，在工藝中常采用木炭作為覆蓋劑，以避免熔面與空氣中的氧接觸，同時還采用加磷的方法來脫氧，保證熔體的純凈。若采用的輔料處理不當(dāng)(木炭太潮濕或脫氧劑未烘干等)，就增加了熔體的增氧機會。一旦熔體中的氧量增加，則極易與熔體中的銅發(fā)生氧化反應(yīng)生成Cu2O
由于鑄坯中存在大量Cu2O，并主要分布在晶界上，而在隨后的熱擠壓變形中，受到Cu2O的影響使晶粒變形受阻，尤其在近管壁外表面處由于變形應(yīng)力更大而發(fā)生晶界開裂[2]。存在這種缺陷的管坯在進行還原性氣(N+H)保護下600e退火時，近管壁下的Cu2O即與H發(fā)生氧化還原反應(yīng):CuO+HvCu+HO。由此產(chǎn)生的大量水蒸汽形成氣泡而產(chǎn)生壓力，從宏觀上看，管坯表面發(fā)生起皮現(xiàn)象，而從微觀上看，在這些部位留下大量的黑色孔洞，見圖4和圖5。為防止再發(fā)生類似問題，對原材料和輔料進行防潮處理，使用的覆蓋劑要干燥，熔煉時應(yīng)加磷作為。
脫氧劑并控制它的加入量，發(fā)揮其脫氧作用，另外認(rèn)真控制好各工序的工藝參數(shù)等。在鑄錠熱擠壓前增加扒皮工序，扒皮厚度在0.3mm左右。通過一系列改進措施的實施，解決了TP2銅管表面起皮的問題。
3結(jié)論
(1)熔鑄過程中形成的藍灰色點狀顆粒，即CuO化合物，在還原性氣氛下退火時產(chǎn)生氣體，造成管坯表面起皮現(xiàn)象。
(2)保證鑄錠質(zhì)量和減少鑄錠氣孔，嚴(yán)格按工藝操作，可有效杜絕起皮的產(chǎn)生。
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