H62黄铜合金连续挤压的变形行为和组织演变特征.pdf

苹6 3 狂筇I 期有色金属 D O I 1 0 ．3 9 6 9 川．I s s n ．1 0 6 1 0 2 1 I ．2 0 1 I ．O l0 0 3 H 6 2 黄铜合金连续挤压的变形行为和组织演变特征 隋贤，宋宝韫，李冰，运新兵 大连交通大学材料科学与工程学院．大连1 1 6 0 2 8 摘娶* ％H 6 2 * Ⅷ＆镕* Ⅲt H 十∞女∥∞，”n * J t 目i 纨演女 “。镕m A M ．＆％ ⅢM m * 自十 M f * m * m ，m n 女m E ，‘kr 一十M d ∞“ ∽女* * ，尉m ∞“ “ ＆m 健mr 自g n * “∞＆m ．∞* ∞ - m Ⅲm Ⅻ，J 1 ∞* M ，“W 1 g * ％口B ∞f 目q ”．井ⅡW W f m ““M ∞缔舟∞ m 岛r ，“∞∞ r k № 美■词＆““ ．H 6 2 ∞自音；硅续* M ；Ⅲ形“ 为 中圈分类号T G l l 55 ；T C l 4 6I I文献标识码A文章编号1 0 0 1 0 2 1 l 2 0 1 0 1 0 0 I I 一0 4 连续挤压 C o n t i n u o u sE x t r u s i o nF o x i n g 是 1 9 7 1 年由英国原子能局斯普林菲尔德S p r i n 巾e l d s 研究所的DG r e e n 先生发明的。自那以来．连续挤 压无论在设备的结构设计J ，还是挤压工艺上都得 到了迅速的发展。今天连续挤压巳成为铝、铜及铜 合金中小喇材、铝及铝合金盘管、双金属导线和电缆 包铝等生产上的先进加工技术．应用十分广泛⋯。 连续挤压工艺原理如图1 所示‘卜“。挤压轮作 旋转运动，在挤压轮圆周上有一环形沟槽，腔体工作 圆弧与挤压轮的圆周相吻合，腔体内装有挤压模具。 铜杆料经压实轮压实，在摩擦力的作用下被连续送 人挤压腔，坯料在腔体挡料块前面沿圆周运动，旋转 约I ／4 周后．被伸人轮槽的挡料块挡住。在摩擦力 的作用下，杆料的温度与压力不断升高．达到靼性流 动状态，流入挤压模腔，通过模具挤出产品．这就是 所谓的“连续挤压”。 固1 连续挤压原理 F i g I P n n c i p l eo fc 。l ，I ．n u n u se x t r u A I o n 收稿日期2 0 0 8 一I2 1 5 基盒项目Ⅲ女r } H 々* * m m 【l f5 0 6 3 5 0 2 0 作者简介m * 1 9 8 3 一 ．￡．“J ’H 求I H ．* ．ht M 。“Ⅻ”m w ＆m m * ⅣⅢ∞m ％． 迄今为止，还没有关于连续挤雎全过程组织演 变特征的研究。众所周知．如果对于一种压力加J 二 方法的金属塑性流动规律缺乏深人的r 解．是难以 控制其制品的质量，或者说难以预防或抑制制品缺 陷的出现卜“。结合T L J 2 5 0 连续挤压机的实际生 产特点，对黄铜连续挤压过程中的变形行为及组织 特征进行研究．为黄铜合金连续挤压的实际生产提 供指导。 1实验方法 1 ．1 试验材料 试验材料采用H 6 2 黄铜合金，成分如表I 所 示．上引法连铸成直径为椰m m 的杆料。 裹1H 6 2 黄铜台金的化学成分 T a b l eIC h e m i c a lc o m p o s i t i o no fH 6 2b a l l o y ] 主兰三 古■／％6 05 6 35 泉t0 0 8 百‰n w 上引法连铸系统其生产原理是利用浸人负压将 金属液吸人结晶器，井在结晶器内经过一次冷却．再 进人二次冷却器进行玲却．铸杆引出入经收线机卷 绕成卷．如图2 所永。利用上引连铸法生产邮m m 黄铜杆r Ⅱ直接减少拉刨和退火两道加工工序．能昭 实现连续加料且产品质量好。 I ．2 试验过程 试验在T L J 2 5 0 连续挤压试验机上进行．T I J 2 5 0 挤压机挤压轮直径为2 5 0 m m ，模其为毋32 m m 的圆形 模县。试验前采用箱式电阻炉预热试样．并配有水冷 系统玲却产品。连续挤压前先加人几根预热的H 6 2 黄{ } 6 仓短朴料，然后黄铜丰『经破线艇放m ，轿 后 万方数据 有色金属 第6 3 卷 进人T L J 2 5 0 连续挤压机上进行连续挤压试验，经挤 压机挤压后水冷到室温，获得西32 r a m 圆形线材。 围2 上引法连铸系统 F i g ．2 C o n t l n o u sc 口Is v s t e m 为了研究仝过程的组织特征．在坯料上加润滑 剂，保留住在挤压轮槽中的坯料，将坯料分段切割制 成金相试样．然后．进行研磨、抛光、腐蚀，腐蚀剂为 F e C l ， 5 9 H C I 2 5 m L H O 5 0 r a l 溶液．用金相 显微镜对H 6 5 黄铜合金的显微组织演变进行观察。 2 试验结果与讨论 H 6 2 黄铜上引杆为铸态柱状晶组织，由口 卢 两相纽织构成，口相系由包晶反应而得。由于边部 冷却较快，边缘的组织中存在着树枝状偏析较严重 的c t 一单相组织，见圈3 b ，而中心则为的o 口两 相组织，见图3 a 。从金相组织中可以明显看出“ 及口秆『，而铸造晶粒址晶界只能在偏光照相时才能 分辨。 a 一ⅢH 十o ∞目‰． b 一“ H 日缘∞目m ； c 一* 日m ‰； d 辨∞女 * m 纰 e 一自女日 M 日Ⅲ． f ，* ∞m ‰ 图3H 6 2 黄铜台金连续挤压过程中的金相组织 F i g3M ⋯I Ⅲc t u “ o fH 6 2b M s sa l l a y i nc o n t i N u o u 5e K 【m B l o n 在连续挤压的开始阶段，坯料随挤压轮向前运 动，坯料表层发生少量塑性变形后紧紧牯着在挤压 轮上，组织与原始组织相丝不大，如图3 c 所示。 当坯料随挤压轮运动到挡料块处，发生镦粗变形，坯 料逐渐充满镀个型腔，在轮槽两铡壁的有效摩擦力 的作用下，坯料措切向方向流出，井进入模具挤压制 品。在与轮槽两个侧壁接触的地方出现r 一条带状 组织，这种带状变形组织通常被成为剪切变形带，见 图3 d ，剪切带一般要穿过多个晶粒，在剪切带所 包括的区域内集中了非常高的局部塑性变形。剪切 带与变形基体在结构上的主要区别是剪切带是由一 系列细小的．相互之间有鲜明晶界的馓变形带构成。 当金属的他错滑移I } I 于加工硬化等原因而受阻以及 晶粒所j } 有的取向有利于非晶体学切变时，剪切带 就会出现“。剪切变形带可以提供r 很好的形核 的条件．蓟蛐带具有较高的储存能．有利于再结晶形 核．此外．剪切带亚品取向的多样性也为取向核的生 长创造r 条件。剧烈的剪切变形在组织内部产生很 大的应变，促使大莆高密度缠结的位错生成。坯料 在摩擦力的作用下进入切向变形区。受到摩擦力剧 烈作用，产生了较大的热犀，使坯料温度升高，非常 有利于位错的运动与反应，擞大促进了动态再结晶 的发生．见斟3 r ，使能量得到了释放，使组织逐渐 变成细小均匀的等轴晶．从而变形织构消失．变形抗 万方数据 第1 期- 隋贤等H 6 2 黄铜合金连续挤骶的变形行为和组织演变特征 1 3 力降低。并降低了内应力及内裂纹形成和扩展能力， 提高了延伸率。 挤压后的组织为再结l { 纠i 织，绑l 织为等轴晶，如 图3 f 所示。6 矗粒内町以看到许多孪晶，其巾大瞳 的口卡H 已经溶入了n 相中。经过连续挤压后，缉I 织 变为细小、均匀的等轴，；舀。经过连续挤雕后，品粒明 显细化，细化晶粒有利于提高金属的强度和螋性，还 有利于提高金属的冲．抒韧性，并且细化d 占粒町以提 高材料表嘶的质壤，细小均匀的组织对保证材料在 最终成型时所需的韧性和成品表面质馈尤为承要。 在连续挤压过程中，坯料中心部分的剪切变形 比表层要剧烈的多，这与常规挤压的情况正好相反， 在常规挤压时，由于挤压筒壁一卜摩擦的阻力作用，最 大剪切变形发生在坯料表层。产生这一巨大差异的 原阂是冈为连续挤压时，绝大部分挤压筒壁t 的摩 擦力是顺流的，而凡侧向挤出时金属几乎是沿着垂 直挤骶筒壤的方向流动，因而在塑性变形区的边界 附近发生了十分剧烈的剪切变形，剧烈剪切变形的 参考文献 存在对于连续挤雎是十分有利的。一方面剧烈剪切 变形将产生大的变形热，币『IL 由于产牛部化的不同， 可以减小挤膻金属翅性变形的小均匀性，因此有利 用于金属蟛J 性变形能力的改善与提高。另一方面对 于加强金属结合能力与氧化物的弥敞分布都是十分 有利。 3结论 连续挤压过程中材料产牛了剧烈的剪切变形， 这个剧烈的剪切变形带的存在对于连续挤压是非常 有利的，剧烈的剪切变形将产生大壤的变形热，减少 挤压金属蠼性变形的不均匀性，对加强金属结合能 力与氧化物的弥散分布也是十分有利的。剧烈的剪 切变形促进r 动态再结6 { I 的发生，变形抗力降低，并 降低了内应力及内裂纹形成和扩展能力，提高了延 伸率。连续挤压后的晶粒明显细化，细化晶粒有利 于提高金属的强度和塑性，还有利予提高金属的冲 击韧性，并且细化晶粒可以提高材料表面的质量。 [ 1 ] 运新兵．宋宝韫。陈莉、连续等径角挤压制备超细晶铜[ J ] ．中国有色金属学报，2 0 0 6 ，1 6 9 1 5 6 3 1 5 6 9 ． [ 2 ] M a n n i n e nT ，K a t a j a r i n nTe 。R a m s a yP ．A n a l y s i so ff l a s hf o r m a t i o ni nc o n t i n u o u sr o t a r ye x t r u s i o no fc o p p e r [ J ] ．J o u r n a lo f M a t e r i a l sP r o c e s s i n gT e c h n o l o g y ，2 0 0 6 ，1 7 7 1 3 6 0 0 6 0 3 ． [ 3 ] K a t a j a r i n n eT ，M a n n i n e nT ，R a m s a yP ．N u m e r i c a ls i m u l a t i o no ff l a s hf o r m a t i o ni nc o n t i n u o u sr o t a r ye x t r u s i o no fc o p p e r [ J ] ． J o u r n a lo fM a t e r i a l sP r o c e s s i n gT e c h n o l o g y ．2 0 0 6 ．1 7 7 1 3 6 0 4 6 0 7 ． 【4 ] C h oJR ，J e o n gHS ．P a r a m e t r i ci n v e s t i g a t i o no nt h ec u r l i n gp h e n o m e n o ni nC O N F O R Mp r o c e s sb yt h r e e d i m e n s i o n a lf i n i t e e l e m e n ta n a l y s i s [ J ] ．J o u r n a lo fM a t e r i a l sP r o c e s s i n gT e c h n o l o g y ，2 0 0 1 ，l1 0 1 5 3 6 0 ． [ 5 ] 汪建敏，许晓静。石风健．等．等径角挤压获得超细晶铜的研究[ J ] ．热加工工艺。2 0 0 4 ．2 9 7 6 7 ． [ 6 ] G e o r g yJR ．R u s l a nZV ，T e r r yCL ，e ta 1 ．C o n t i n u o u sp r o c e s s i n go fu h r a f i n eg r a i n e dA ib yE C A P - C o n f o r m [ J ] ．M a t e r i a l s S c i e n c ea n dE n g i n e e r i n g ．2 0 0 4 ，3 8 2 2 3 0 3 4 ． 【7 ] 李冰．杨志．刘化民，等．三辊行星轧制运动和管坯变形规律的仿真模拟[ J ] ．塑性工程学报，2 0 0 5 ．1 2 5 7 0 7 3 ． [ 8 ] 刘东华．苏玉长。邓楚平．等．三辊行星轧制过程中A C R 紫铜管的组织和性能演变[ J ] ．中国有色金属学报，2 0 0 6 ，1 6 5 8 8 l 一8 8 6 ． [ 9 ] 毛卫民，赵新兵．金属的再结晶与品粒长大[ M ] ．北京冶金工业出版社，1 9 9 4 1 4 2 8 ． 下转第1 8 页，C o n t i n u e do nP 1 8 万方数据 1 8 有色金属 第6 3 卷 E f f e c to fR o t a t i n gM a g n e t i cF i e l do nS o l i d i f i c a t i o nS t r u c t u r eo fA l - C uA l l o y Y A N GX i a o ．t i a n ‘，L IX i a 2 ，1 2X i ．e n 3 ，L ／W e n - s h e n 9 1 f1 ．C o l l e g eo fM a t e r i a l sS c i e n c ea n dE n g i n e e r i n g ，L a n z h o uU n i v e r s i t y 矿T e c h o n o l g y ，L a n z h o u7 3 0 0 5 0 ，C h i n a ； 2 ．S c h o o lo fC h e m i c a la n dB i o l o g i c a lE n g i n e e r i n g ，L a n z h o uJ i a o t o n gU n i v e r s i t y ，L a n z h o u7 3 0 0 5 0C h i n a ； 3 ．A c a d e ，n i cA d m i n i s t r a t i o n ．L a n z h o uU n i v e r s i t yo fF i n a n c ea n dE c o n o m i c s ，L a n z h o u7 3 0 0 0 0 ，C h i n a A b s t r a c t W i t hA I ． 4 ％～％5 C ua l l o ya se x p e r i m e n tm a t e r i a l ，t h ee f f e c to fr o t a t i n gm a g n e t i cf i e l do nt h es o l i d i f i c a t i o n s t r u c t u r ei si n v e s t i g a t e d ．T h et e s tm a t e r i a lk e p ti nc e r a m i ct u b eo f 1 6 m mi sh e a t e dt om e l ti nr e s i s t a n c e 。h e a t e d f u m a c e ．a n dt h e ni sq u i c k l yr e m o v e di n t ot h er o t a t i n gm a g n e t i cf i e l da l l o w i n g t os o l i d i f y ．T h es o l i d i f i c a t i o n s t r u c t u r ei so b s e r v e db yt h eo p t i c a lm i c r o s c o p e ．T h er e s u l t ss h o wt h a t t h es o l i d i f i c a t i o ns t r u c t u r eo ft h ea l l o yi s e v i d e n t l yr e f i n e dw i t hr o t a t i n gm a g n e t i cf i e l d ．T h es t r u c t u r ei sc h a n g e df r o mc o l u m n a rs t r u c t u r ei n t on e a r 。e q u i a x e d c r y s t a lo rp a r t i c l ea sf l o w e r ，a tt h es a m et i m e ，t h ep a r t i a la r n ls p a c i n gi sc l e a r l yr e d u c e d ．T h ed i f f e r e n te f f e c to nt h e s o l i d i f i c a t i o ns t r u c t u r ecanb ea c h i e v e dw i t ht h ed i f f e r e n tm a g n e t i cf i e l ds t r e n g t ha n dt h em a g n e t i cf i e l ds t r e n g t h g e n e r a t e db yt h ev o l t a g eo fIO O Vi so p t i m a l ，b u tt h eo v e r t o p o ru n d e rm a g n e t i cf i e l ds t r e n g t hi st h ed i s a d v a n t a g ef o r r e f i n i n gg r a i n s ．． K e y w o r d s m e t a lm a t e r i a l ；r o t a t i n gm a g n e t i cf i e l d ；A I C ua l l o y ；s o l i d i f i c a t i o n s t r u c t u r e 上接第1 3 页，C o n t i n u e df r o mP 1 3 D e f o r m a t i o nB e h a v i o u ra n dM i c r o s t r u c t u r eC h a r a c t e r i s t i co fH 6 2B r a s sA l l o y D u r i n gC o n t i n u o u sE x t r u s i o nP r o c e s s S U IX i a n ．S O N GB a o y u n ，L IB i n g ，Y U NX i n b i n g S c h o o lo fM a t e r i a l sS c i e n c e ＆E n g i n e e r i n g ．D a l i a nJ m o w n gU n i v e r s i t y ，D a l i a n1 16 0 2 8 ，L i a o n i n g ，C h i n a A b s t r a c t T h ed e f o 珊a t i o nb e h a v i o ro fH 6 2b r a s sa l l o yi nt h ec o n t i n u o u se x t r u s i o np r o c e s si si n v e s t i g a t e d ，a n d t h e m i c r o s t r u c t u r ec h a r a c t e r i s t i ci sa n a l y z e d ．T h er e s u l t ss h o wt h a tm e t a lf l o wi nt h ec o n t i n u o u se x t r u s i o np r o c e s si s d i f l ．e r e n tf 而mc o n v e n t i o n a le x t r u s i o n ．T h e r ei sas e v e rs h e a rb a n di np l a s t i cd e f o r m a t i o nz o n e ． W i t hd e f o r m a t i o n a n dt e m p e r a t u r ei n c r e a s i n g ．t I l ed y n a m i cc r y s t a l l i z a t i o ni sd e m o n s t r a t e d ．T h eh o m o g e n e o u sg r a i nc anb ea c h i e v e d T h en o n - u n i f o r m i t yo fp l a s t i cd e f o r m a t i o ni sd e c r e a s e d ，a n d i n t e r - m e t a l b i n d i n gc a p a c i t y i se n h a n c e m e n t ． C o n t i n u o u se x t r u s i o ni m p r o v e dm i c r o s t r u c t u r eo fm a t e r i a le f f e c t i v e l y ． K e y w o r d s m e t a lm a t e r i a l ；H 6 2b r a s sa l l o y ；c o n t i n u o u se x t r u s i o n ；d e f o r m a t i o nb e h a v i o r 万方数据