铍青铜棒锻造裂纹产生原因的分析

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1、铍青铜棒锻造裂纹产生原因的分析来源：研发与运用发表时间：2009-04-28文献编号：1008—5939(2008)12～036—04期刊（期次）：作者：李陈，朱宝辉，王培军，姜韬，任晓(宁夏东方钽业股份有限公司，宁夏石嘴山753000)编辑：关键字：铍青铜；棒材；锻造；裂纹；夹杂物概要：采用金相、扫描电镜和电子探针分析等方法，对铍青铜棒在锻造过程中出现的开裂现象进行了分析。结果表明，铍青铜棒的开裂是由于锻坯原材料中存在较多的铜、钙的氧化物和硫化物等夹杂物造成的。锻坯原材料是控制铍青铜棒锻造质量的关键要素。1 前肓   

2、铍青铜(又称铍铜合金)是一种典型的沉淀强化型高传导、高弹性铜合金。它除了具有高的弹性、强度、硬度、耐磨性和抗疲劳等优点外，还具有优良的导电性、导热性、耐蚀性、耐高低温、无磁性、冲击时不产生火花等特性，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、换向开关、电接触器、耐磨零件以及矿山和石油厂用的冲击时不产生火花的工具等【lI2]，具有广阔的应用前景。   铍青铜具有良好的锻造性能，易于通过热加工生产出尺寸精确、质量完好并能充分进行时效强化的工件。锻造加工对制造形状和尺寸大幅变化的工件具有很强的适应性，所

3、以成为加工铍青铜不可缺少的重要方法之一。但是，由于铍铜合金在实际锻造生产过程中常发生中心和表面开裂现象，致使很难继续加工或导致成材率大幅度下降。                                                                                                                                                       因此，本研究针对铍青铜棒材在锻造过程中发生的端面中心开裂(如图1箭头所指位置)问

4、题采用多种手段进行了分析和讨论，以期为高质量铍青铜锻造的生产提供参考依据。2实验方法与结果2．1取样     为了观察铍青铜合金锻棒裂纹附近的状况，沿棒坯横断面锯切约10mm厚的薄片进行抛光腐蚀观测低倍组织。在未开裂部位和裂缝纵向、横向附近取样进行化学成分对比分析。在裂缝处取金相样品进行微观组织分析，沿开裂面制取试样进行断口扫描电镜分析。2．2低倍观测    低倍样品的检验面为靠近铍青铜合金锻棒端面的横剖面，实际上相当于原铍青铜铸锭靠近上端面的横截面。将低倍样品用1：1(硝酸：水，／％)硝酸浸蚀后，观察到检验面中心有不同

5、程度的疏松和夹杂物分布，如图2箭头所指位置。夹杂物以镶嵌的形式存在，颜色为黄褐色。有些夹杂物在腐蚀时被腐蚀脱落，表现为边缘不整齐的类似海绵状的空洞，见图2。2．3化学成分分析    采用ICP(感应耦合等离子体，InductiverlyCou—pledP1asma)全谱直读光谱仪和TC一600氧氮分析仪测定了试样的化学成分，分析结果(质量分数)见表1。从不同位置的分析结果可以看出，开裂部位除了氧元素含量稍高外，其它各元素含量均符合标准要求。2．4金相检验   在开裂部位取金相样品，观察面为试样的横截面。采用MM6型金相显

6、微镜观察样品的微观组织，发现存在大小不均的夹杂物，最大夹杂物粒径接近100m(见图3箭头所指位置)。除了个别晶粒粒径超过100Ixm外，大多数晶粒比较均匀，平均粒径为3O～45m(一般在20～45txm为宜[51)，根据ASTME112—1996~金属平均晶粒度的测定方法》判定晶粒度为6～7级。分析结果说明，晶粒大小为正常范围，但夹杂物较多，而且大小不均匀，较大的夹杂物危害最大。2．5断口分析   采用CAMEBAX—MICRO614型扫描电镜和电子探针对开裂断口进行了形貌观察和定性、半定量分析，微观形貌见图4。检验结果

7、表明，在断口面伴有二次裂纹(见图4a)，局部有清楚的韧性断裂区见图4b和4c)。但大部分是因夹杂物引起的碎裂区(图4b和4d)。在韧窝区，部分韧窝底部有大小不一的颗粒夹杂物(见图4b和4c)，在碎裂区则有大量的夹杂物堆簇(见图4b和4d箭头所指)。对图4b和4d中箭头所指的夹杂物颗粒采用电子探针分析，波谱分析，结果见图5。从图5可以判断，该颗粒区含有大量的Ca，0和少量的S，P，Si，A1元素，估计是铜和钙的夹杂物。用电子探针对韧窝处进行微区分析(采用WDS波谱仪测量特征x射线强度并对比分析)，波谱分析结果见图6。从图中

8、可以看出，杂质元素含量均很低，不存在微区杂质偏聚，成分分布正常。3分析和讨论    铍青铜锭坯在自由锻过程中受到冲击力并产生形变应力，要求材料必须具有足够的强度、韧性和良好的塑性。从以上分析结果可知，锻棒开裂部位化学成分符合要求，晶粒度6～7级，但材料的冶金质量欠佳，断口处存在大量的夹杂物。这些夹杂物，经电子探针微区