铜及铜合金零件的毛坯压力加工

  【摘要】通过对铜及铜合金锻件产品缺陷的研究，找到了工艺及材料的改进明，该技术可行,能够满足产品合格率提高的要求，并能提高产品质量。

    铜是具有面心立方晶格的金属，没有同素异形转变，因此它在室温和高温下都具有高的塑性，可以进行冷热压力加工。在锻造生产中，铜质零件品种很多，有纯铜及铜合金(普通黄铜和硅黄铜等)，有自由锻件和模锻件，有形状简单或形状很复杂的。在长期的实际生产中，存在着许多不同的质量问题，曾因锻造裂纹导致工件报废的案例不少。通过反复试验和锻造，对锻造工艺的改进，对原材料的成分分析，对原材料的金相分析，基本解决了这些质量问题。下面就铜及铜合金的锻造研究谈一谈心得体会。

  一、纯铜的锻造

  在过去的纯铜锻造生产中，曾因锻造裂纹导致大量工件报废。

  1．原始情况

  工件是材质为T2的圆环类自由锻件，有300多种，外径400～2265mm，内径300～2100mm，厚度20～125mm。工艺采用铜锭锻拔长条后，弯圈焊接成形。使用设备为燃油加热炉、7．5kN空气锤和圆弯机。锻造温度为650～900℃，实际锻造温度凭经验判断。

  2．质量情况

  铜锭在7．5kN锤上拔长时，锻3～5锤时，坯料表面开裂，纵向、横向裂纹都有，但多数为横裂，我们采用这一工艺方法，这些年已多次发生类似质量问题。

  3．质量分析

  (1)化学成分分析锻件因裂纹报废共10余t，每批次都取样检测了化学成分，共取样11次。化学成分(质量分数)中Pb的平均含量超标O．02l％、Bi的平均含量超标0．0128％、sb的平均含量超标0．0007％，杂质含量均严重超标。

    (2)金相分析①少量非金属夹杂物分散分布，颗粒细小。②金相组织为a一晶粒，大小不均匀，其平均直径d=O．1mm，晶粒度相当于11～12级。

    (3)铜锭剥皮后锻造发现仍有裂纹出现。

    (4)分析与结论①导电环在锻造时产生裂纹的主要原因是杂质元素(Bi、Ph、sb等)超标。Bi、Pb、sb等含量大大超过标准，这对铜的导电性和塑性都有影响，尤其是过量的Ph和Bi在铜中的溶解度很小，它们与铜形成cu—P11和Cu—Bi低熔点的共晶体(熔点相应为327℃和270℃)，呈网状分布于固溶体的晶界上，削弱了晶粒之问的联系，导致塑性骤然降低而开裂。②次要原因是始锻温度控制不严和变形量过大。因为锻造温度是靠操作者凭经验看金属颜色来判断，实际锻造温度很难把握。始锻温度过高时，低熔点共晶体熔化使铜质锻件易于开裂，造成“热脆性”③在始锻时，变形量大，由于热效应，温度的增高也可使低熔点共晶体熔化，破坏晶粒间的结合，导致开裂。

  4．改进措施

  (1)铜锭改为圆铜棒，加强原材料检查，材料的化学元素必须符合CB5231—200l的规定。

    (2)锻造温度确定为650～850℃，锻造温度的测量使用远红外线测温仪。

    (3)采用电炉加热。

    (4)始锻时，变形程度控制在10％～15％。

    (5)锤击应轻快，翻转自如以免热量散失。

    5．效果

    改进工艺及材料后的锻造生产中，基本消除了锻造裂纹，质量明显提高，合格率达95％以上。

nextpage  二、铜合金的锻造

  1．黄铜的锻造

  普通黄铜的塑性很高，变形抗力也小。黄铜在20～200°C和650～900℃的温度下，都有很高的塑性，但是在250～650°C的温度之间，其塑性下降，对锻压成形不利。根据黄铜的这一特性，对某产品中的某零件(材料H62)的锻造编制了特殊的工艺，进行了一些试验，收集了一些数据。现阐述如下：

    (1)原始情况该零件材料为H62黄铜，其力学性能要求σb=580MPa。而零件使用的原材料H62R的力学性能σb为330MPa左右，一般锻造后，锻件的力学性能σb为400MPa左右，达不到设计要求。为此，我们采用了冷锻强化变形工艺来增大力学性能，达到图样要求。

    (2)工艺分析H62是α+β黄铜，在250～650℃之间，塑性很低，锻压时容易开裂。当温度高于800℃时，锻件的晶粒很粗大，而晶粒长大后不能象碳素钢那样通过热处理再加以细化，因此晶粒粗大将使产品性能下降。

    (3)工艺方案为了防止工件锻裂，避免形成粗大的晶粒，保证工件的力学性能，工艺采用高温区(700～800°C)毛坯锻造成形，变形量>15％；低温区(200℃以下)冷锻强化变形。先进行试锻生产，后进行产品生产。

    (4)方案实施①备料：制备试样5件，除试样1的尺寸为(ψ25 mm×75mm外，其余试样尺寸均为ψ55，nm×50mm。②锻造温度：热锻温度为700～800℃；冷锻温度为100～200℃。③锻造工艺：试样1采用热锻成形后空冷，不进行冷锻；试样2采用径向拔长，热锻成形后空冷到150℃时进行冷锻成形；试样3采用轴向拔长，热锻成形后空冷到150°时进行冷锻成形；试样4采用轴向拔长，热锻成形后空冷到200℃时进行冷锻成形；试样5采用径向拔长，热锻成形后空冷到200℃时进行冷锻成形，不控制终锻温度。④实际生产过程：按工艺要求进行。⑤锻造结果：试样l～4均符合工艺要求，试样5冷锻到80℃时开裂。⑥变形程度：试样1～5的冷锻强化变形程度分别为0、20％、33％、28％和40％。⑦力学性能：试样l～5的抗拉强度σb值分别为425MPa、535MPa、580MPa、560MPa  和0  (开裂未做)。

    (5)试样结果分析根据试样情况，初步的定性分析如下：①冷锻可以强化力学性能，其抗拉强度随变形程度的增加而增大。②热锻时，加热温度≤820℃，始锻温度≤800℃，终锻温度≥600°C。③冷锻时，一次变形量不能大；冷锻始锻温度≤200℃；终锻温度>80℃。

    (6)工件的锻造生产根据试锻结果进行了工件的锻造，工件质量满足设计要求。

  2．硅黄铜的锻造

  硅黄铜是最难锻造的铜合金。硅黄铜除了具有铜合金的特性外，其耐磨性很好，但塑性较其他黄铜低，锻造温度范围很窄，只有100℃，且导热性很好，锻造时热量散失很快，合格率很低。最初锻造时，合格率只有5％左右。经过实际锻造的观察、反复的工艺分析和研究，以及不断的改进和长期的锻造实践，产品的合格率达到了85％～90％。

    改进后的工艺如下：

    (1)严格控制好锻造温度，特别是终锻温度。采用远红外线测温仪测量温度。

    (2)电炉加热，要有足够的保温时间，使坯料内外温度均匀。

    (3)锻前要预热锤砧、工模具、夹钳和冲头等。

    (4)锻造时不能有“过堂风”，不能吹电风扇。

    (5)控制变形程度，锤击应轻快，坯料要勤翻转。

  三、结语

  本文介绍了铜及铜合金实际生产情况，阐述了铜质锻件质量提高的过程及体会点滴。将这些经验运用于锻造生产中，不但提高了锻件产品合格率及锻件产品的力学性能，而且产品质量稳定可靠。