T2紫铜工艺品热变形脆裂分析

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T2紫铜工艺品热变形脆裂分析
　

摘　要：　对T2紫铜工艺品热冲压开裂件进行了分析。认为,紫铜中的微量氧在高温下被CO还原,形成晶界裂纹,造成脆裂。

主题词：　紫铜　氧　脆裂



紫铜是一种用途广泛的有色金属,具有良好的导电导热性能和延展性能。经热轧开坯后,可以达到99%的加工率而无需中间退火。经退火后的成品,伸长率一般在40%以上,能满足适量的变形需要。在制冷、工艺品的制作和电工用铜等领域,紫铜都被广泛使用。但有些厂家在用紫铜材加工产品时,虽然对其进行了很小的变形(<20%),但还是发生脆裂现象。本文仅对某厂在冲制T2紫铜工艺品时出现的脆裂现象进行分析,以查明造成脆裂的主要原因。

1　工艺品脆裂状况

某厂使用的T2紫铜板,厚1.0mm,退火状态。工艺品生产的工艺流程为紫铜板→下料→木炭加热700～800℃→热冲压成形。

在工艺品冲压成形过程中,出现了大量的脆裂现象。图1为工艺品“大象”开裂形貌,其冲压变形率<20%。

2　检验与工艺试验

2.1　试验仪器

SPECSTROLABS光电直读仪分析杂质元素含量;RO2416型定氧仪测定紫铜氧含量;OLYMPUS2PMG3金相显微镜观察显微组织;箱式电阻炉进行退火试验。



图1　工艺品“大象”形裂形貌

2.2　化学成分分析

对脆裂紫铜板的同批原材料的各项杂质元素进行了分析,结果列于表1。



2.3　金相检验

图2为脆裂件的同批原材料显微组织,a图为未经侵蚀态下的大量兰灰色点状夹杂物,在正交偏振光下观察,夹杂物呈红宝石色,证明其为氧化亚铜(Cu2O)。经硝酸高铁酒精溶液侵蚀后,Cu2O以质点形式分布于晶界上(图2b)。

显微镜下观察脆裂件飞边处的显微组织,可见铜板晶界上存在很多裂纹(图3)。沿板材厚度方向观察,在接近铜板边缘处,裂纹十分明显,而这些裂纹在加热前是不存在的。



(a)未侵蚀　200×　　(b)经侵蚀后　400×

图2　T2紫铜原材料中的夹杂物分布



图3　脆裂件飞边处组织　100×

2.4　工艺试验和反复弯曲试验

试验采用箱式加热炉,将出现脆裂的同批原料铜板加热到700°C,然后按相同工艺冲压成形,结果,冲出的工件不开裂。为了查清原料铜板内的氧含量与工件开裂的关系,试验采用了四种不同氧含量的紫铜板,试样尺寸为200mm×100mm×1mm,分别用木炭火和电阻炉加热,然后按GB235-88《反复弯曲标准试验方法》试验,结果列于表2。



3　分析与讨论

化学成分分析结果证明,铜板的各项杂质元素含量符合国家标准的要求。供货状态下的T2紫铜板虽然组织上存在着兰灰色氧化亚铜,但仍符合标准[3]中氧含量<0.007%的要求。从而证明上述出现脆断的T2紫铜板原材料是合格的。

金相检验结果表明,原料铜板放入木炭火加热后,晶界上出现了大量网状裂纹。表2数据进一步表明,紫铜中氧含量较高时,用木炭火加热其抗反复弯曲性能远低于在电阻炉内加热,而氧含量较低的紫铜板则无此现象,从而说明了紫铜中的氧和木炭火加热气氛是导致脆裂的两个原因。

文献[1]表明,紫铜中存在的微量氧,在还原性气氛(H2,CO)中加热,会发生如下反应

Cu2O+CO→2Cu+CO2↑

反应生成的气体首先在晶界上聚积。铜中含氧较多时,生成的气体压力超过晶界强度,导致晶界开裂。研究表明,在还原性气氛中加热到800°C,紫铜氧含量低于10-6,不会产生晶界裂纹;氧含量为(10～16)×10-6时,将出现轻微晶界裂纹;当氧含量高于16×10-6时,会出现连续晶界裂纹;若氧含量高于20×10-6时,则出现网状晶界裂纹。因此,紫铜只有采用氧化性气氛加热,才能避免出现晶界裂纹。

4　结论

(1)符合GB5231-85标准的T2紫铜板,当氧含量高于10-5时,用还原性气氛加热,将出现脆裂现象。因此,必须选用含氧量极低的无氧铜板(TU1,TU2)。

(2)如选用含氧量较高的紫铜板采用氧化气氛加热,是解决紫铜工艺品热冲压脆裂的有效途径。