纯铜连续挤压全过程的组织演变.pdf

3 8 有色金属 冶炼部分 2 0 1 1 年5 期 I N } I 1 0 ．3 9 6 9 } ／J ．i s s n ．1 0 0 7 - - 7 5 4 ．2 0 1 1 ．0 5 ．0 1 0 纯铜连续挤压全过程的组织演变 王军，运新兵，李冰，樊志新，宋宝韫 大连交通大学连续挤压工程研究中心，辽宁大连1 1 6 0 2 8 摘要采用光学显微镜对纯铜连续挤压过程中组织的演变进行了分析。结果表明，纯铜在孔型轧制区和 摩擦剪切区晶粒沿变形方向被拉长，镦粗区晶粒呈胞状结构，粘着区出现了剪切带，形成变形亚结构，直 角弯曲区晶粒成纤维状，开始发生动态再结晶，扩展成形区晶粒发生完全动态再结晶，形成细小的再结 晶晶粒。 关键词连续挤压；纯铜；组织演变 中圈分类号T G 3 0 1文献标识码A 文章编号1 0 0 7 7 5 4 5 【2 0 1 1 0 5 - - 0 0 3 8 一0 4 M i c r o s t r u c t u r eE v o lu t i o no fC o p p e rd 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 W A N GJu n ，Y U NX i n - b i n g ，L IB i n g ，F A NZ h i x i n ，S O N GB a o _ y u n C o n t i n u o u sE x t r u s i o nE n g i n e e r i n gR e s e a r c hC e n t e r ，D a l i a nJ i a o t o n gU n i v e r s i t y ．D a l i a n11 6 0 2 8 ，C h i n a A b s t r a c t T h em i c r o s t r u c t u r eo fc o p p e rd u r i n gt h ep r o c e s so fc o n t i n u o u se x t r u s i o nw a ss t u d i e dw i t ho p t i c a l m i c r o s c o p e s ．T h er e s u l t si n d i c a t e dt h a tg r a i ni np a s sr o l l e dz o n ea n df r i c t i o ns h e a rz o n ew e r es t r e t c h e da l o n gt h ed i s t o r t i o no r i e n t a t i o n ，t h eg r a i ni nu p s e t t i n gz o n et u r n e di n t oc e l l ，s h e a rb a n d sa n ds u b s t r u c t u r e s w e r ep r o d u c e di ns t i c k i n gs h e a rz o n e ，t h eg r a i nb e c a m ef i b r o u sa n de x p e r i e n c e dad y n a m i cr e c r y s t a l l i z a t i o n d u r i n gr i g h t a n g l eb e n d i n g ，t h eg r a i ne x p e r i e n c e dac o m p l e t ed y n a m i cr e c r y s t a l l i z a t i o na n df o r m e di n t of i n e r e c r y s t a l l i z e dg r a i ni ne x p a n s i o nf o r m i n gz o n e ． K e yw o r d s C o n t i n u o u se x t r u s i o n C o p p e r ；】Ⅵi c r o s t r u c t u r ee v o l u t i o n 连续挤压技术因生产工艺简单、原材料规格统 一以及其产品长度不限、生产率高、性能好、尺寸精 度高等一系列优点而被广泛应用。铜材的连续挤压 杆坯的直径从8m m 到2 0m m ，产品从电磁线到铜 母线再到异型材，纯铜的连续挤压已经发展很成熟 了。目前国内外学者对纯铜连续挤压开展了一些研 究n ．3 ] 。但相关的研究还很不深入，尤其是对连续 挤压变形过程的组织演变的研究尚未见报道。本文 通过对纯铜连续挤压过程各个阶段的金相分析，研 究组织演变的规律。 1连续挤压的工作原理及分区 连续挤压是2 0 世纪7 0 年代发展起来的一种新 的塑性加工技术。连续挤压的工作原理如图1 所 示，利用一个带轮槽的连续旋转的挤压轮，通过轮槽 与坯料间的摩擦力，将坯料连续不断地拽入模腔，并 在模腔里发生握性变形，最后从挤压模孔挤出产品， 根据挤压模孔的形状，就可以生产各种线材、管材以 及异型材。利用这种工艺可以巧妙地将通常在塑性 加工中做无用功的摩擦力转化为变形的驱动力和使 坯料升温的发热源，可以生产成百上千甚至上万米 的成卷制品。 根据连续挤压各个阶段金相组织的不同特点， 将连续挤压全过程分为以下几个阶段孔型轧制区、 摩擦剪切区、镦粗区、粘着区、直角弯曲区和扩展成 形区 图2 。当杆料毛坯经压实轮被压入挤压轮轮 基金项目国家自然科学基金资助项目 5 0 6 3 5 0 2 0 l 辽宁省百千万人才工程资助项目 2 0 0 9 9 2 1 0 8 5 作者简介王军 1 9 8 3 - - ，女，硬士研究生． 万方数据 打色金属 冶椿酃舟2 f 1 1 年5 期 册的变形茯 林为扎碰轧耕K ．坯料发生少量的帮 性变形后紧紧地牯丹在挤压轮轮礴收听．随着挤压 轮转动．坯料和挤雎轮轮市两侧嚷叫的有效摩擦山 部分川束牵引坯料通过压鬟轮．另一部分作为连 续挤压变形所需的变形力 此变形区秣为摩擦蚪切 韭彤噬 ；随后坯料柜轮梧两侧墅的有效摩擦力作用 下在{ l 料块处发生馓粗坐彤．连渐充满挤垤轮捂 这 区域称为镦枉区 ；随着坯科觅满挤压轮轮椿，在 摩攘力进一步j f f 加t 坯辩与轮槽佣壁完全接齄并牯 精在一起 称为牯蒋噬 ；’坯料开始向前运动由挡 料块处向腔体 口流动 选一区域称作为直角弯曲 区 ；当坯料进 横腔后产生扩展成形充满模腔 这 一区域成为扩展成形区 。 圈2 崖续挤压备过程的升医 F I z2Z o n i n gbt h ep r o c e s so f c e n t i n u o 啦e x t r m i 帅 2 试验材料及方法 试验材料是n 径8m m 的上引连铸七钮锕杆， 挤压产品足直径7m m 的样品．试验设备丝莱用大 莲盘通人学连续挤振中心开发的T I ．] 2 5 0 连续挤压 机．挤瓜轮转速4r ／m l n ． 将连续挤压机挤鹾轮以艘腔体中取H { 的试样用 线切割纵向抛玎．然后按粹个Ⅸ取样．采用F c C I ， H C ] 酒精虐溶液腐蚀样鼎．进行光学娃微镜观察。 3 试验结果与讨论 试验用的坯辩赴P 引铸杆．由于纯铜的导热能 力很强，杆坯在档个断面的冷却建廑较快．且凝固比 较均匀．牡状脑发达．其组织为柱扶品和等轴晶两个 组纨区”。。早均l m 粒尺寸4 6 5 “m 幽3 。当坯料经 过孔凝轧制R 时候．晶粒滑变形片呵被拉长。坯料 随若挤压轮继续前进进 摩撩剪切变形区，在这一 变形必} ．坯料的晶粒沿菪变形的方向进一步被拉 长。借助于卿切变形发生弯曲变形．乩粒方向发生 变化．晶界胡与剪切方向啦舶碱小的打向取向．随 后坯料进 镦粗取．坯料在建一琏域晶粒基本上由 摩擦剪切区的细陆彤变成等轴胞状结构．此过程变 形量比摩攘竹切鹾的变形苗舞商。在变形量较低 时，金属内的位话分书基本上属于盂规则状态。但 当变形量升高时t 随著丈盈位错的增值．金属内部会 出现一定的胞状结{ 句“1 ．胞蚨内郎为位惜胞，胞块 之刚为几何界断t 位错胞之刷为随机位错界啦”。。 随荇坯料宽满整个挤匝轮轮槽，在摩擦力进 步增加．坯料进 枯着Ⅸ．坯料在这一嚣域变形量 非常大．大品柱因蜉切力作用被蚌碎．品靶有明最的 细化t 剪切力作用下的剪切漉线裘现Ⅱ明显的流向 性。当变形请进一步增大时．在等轴的胞状结构上 会出现_ f 均匀变形，形成非等轴的胞状结构”一．这种 非等轴的胞结构通常称为微变形带．当做变形带区 “徽变形带连一叠加排列的形式不断扩展．就形成 了剪切带．即变形亚结构．盼切带- 般要穿过多个品 粒。在低倍盘相照片中．可班看见纤维状组纵．此时 变形的平行线并不台穿越品霁，与品界产生偏移。 品界上的持穆线变短．并逐渐壤少，儿高倍金相照片 中可以观察到破碎的细小曲牲在晶界处优先生成． 这就是{ } 钻品晶棱。这是由于连续挤压过程在此处 的摩擦及I B 常太的变形世使樽坯料达到了再结晶温 度．所以在此时组织内便产生形棱，形成大角度晶界 m 迁动的方式发生再结晶过程“． 坯料继续向腑运动到达挡料块位置向腔体人口 流动．即直角弯曲厦。往该区坯料发生9 0 6 侧向 流动吼及变形高沮，球始的晶界已鲐水再存在r ．完 仓披挂长的纤维状晶札所疆盏．材料发生动老拜结 品．这是因为纯铜是种培衬能软低的金属．它的 万方数据 有色金属 冶炼部分 2 0 1 1 年5 期 扩展位错宽，位错难以从位错网中解脱出来，也难u 通过交滑移和攀移互相抵消。当变形产生的畸变能 足够高的时候．在一定的应力和变形温度下，就会导 致动态再结晶的发生。随着塑性变形程度的进一步 增大，位错和过剩空位集中缠结的胞壁处可借原子 短程扩墩而彤成界面较完整、取向差较』 的细小等 轴- 帚⋯ ’q 坯料进人模腔后产生扩展成形充满模腔，即 扩展成形区。坯料在经历了高温和大变形，到达扩 展成形区时，变形速度降低，其储存能足以使坯料充 分地发生完全动态再结晶，H 图3 可“看出细小的、 分柑均匀的再结品晶粒B 绛完辛代替了原来的变形 晶粒”⋯。经过试验测试挤压后产品的蛆性明显高 于砸始坏科”“ 4 结论 圈3 连续挤压全过程不同分区的组织 F i g ．3M i c r o s t r u c t u r eo fd i f f e m n t ⋯d u r i ％c o B t J n u o ∞e x t s i o n 连续挤压变形区分为孔型轧制区，摩擦斡切区、 镦粗Ⅸ、枯着区、赶角弯曲区和拶展成形区六个区。 在孔型轧制区和摩擦剪切区．品粒沿变彤方向被拉 长，镦粗Ⅸ品粒变成胞状结构；在牯着区，出现枝状 的剪切带，形成变形亚结构．在剪切带山部出现再结 晶晶棱；在直角弯曲区．原始晶界拉拉长的轩维状品 粒所覆盖，开始发生动态再结晶；在扩展成形区，细 小的再结晶晶粒代替了原来的变形组织。利用连续 挤压技术生产的产品晶粒得到明显的细化，组织鞍 为均匀。 参考文献 ￡1 ] Ⅲ* ，％ ， i * W 月％ Ⅱ＆g n ＆∞数 值 m [ J ] 自月．Z 0 0 6 ，5 8 2 】2 9 3 3 [ 2 3 * t * 一目吉． i 韫十 №体女* ∞月e 线4 镕 * Ⅲf * ＆∞数值模m [ J ] 自 』学报，2 0 0 8 4 ； 1 3 614 I [ 胡※十．扬M 自％∞[ 中∞4 续* Ⅲ ＆月L J ] * 自目．2 0 0 8 2 l7 l B [ 4 JR o d r l g u qJM ，E s t ⋯A ，M 啪sAn o ⋯⋯1 h e n f 一“ h e ∞j i d f “∞f i o n i r o n m l h ⋯⋯⋯⋯， ∞p p e rt u b e s [ J ] M aT e r i c a l sP ⋯㈣％T e c h n o l o g y ． I9 9 9 ．9 6 4 2 4 7 [ 5 ] t ∞目．* R 目∞ B 々日 * 女[ M Jn 万方数据 有色金属 冶炼部分 2 0 1 1 年5 期 冶金工业出版社，1 9 9 4 1 6 ～1 8 ． E 6 3A K E FA 。D R I V E RJH ．O r i e n t a t i o ns p l i t t i n go fc u b eo r i e n t a t i o nf a c e - c e n t r e dc u b ec r y s t a l si np l a i ns t r a i nc o m p r e s s i o n [ J ] ．J ．M a t e rS c iE n g ，1 9 9 1 ，A 1 3 2 2 2 4 5 2 5 5 ． [ 7 3V a l i e vRZ ，G e r s t m a nVY 。K a i b y s h e vOA ．G r a i n b o u n d a r ys t r u c t u r ea n dp r o p e r t i e su n d e re x t e r n a li n f l u e n c e s [ J ] ．P h y s i c aS t a t u sS o l i d i A A p p l i e dR e s e a r c h ， 1 9 8 6 A 9 7 1 l 一5 6 ． [ 8 1 刘东华．紫铜冷凝管铸轧过程组织演变及冷凝铜管耐 上接第3 7 页 [ 5 3S i g w o r t hGK ，G u z o w s k iMM ．G r a i nr e i n i n go fh y p o - e u t e c t i cA I S ia l l o y s [ J ] ．A F ST r a n s ，19 8 5 ，9 3 9 0 7 9 1 2 ． [ 6 ] M o h a n t yPS ，G r u z l e s k iJEG r a i nr e f i n e m e n tm e c h a n i s m so fh y p o e u t e c t i cA I S ia l l o y s E J ] ．A e t aM a t e r i a l i a ， 1 9 9 6 ，4 4 3 7 4 9 3 7 6 0 ． [ 7 ] L UHT ，W A N GL C ，K U N GS K ．G r a i nR e f i n i n gi n A 3 5 6a l l o y s [ J ] ．J o u r n a lo fC h i n e s eF o u n d r yM a n sA s s o c i a t i o n ，1 9 8 1 ，2 9 1 0 1 8 ． 腐蚀性能研究[ D ] ．长沙中南大学。2 0 0 6 ． [ 9 ] 陈明安，李慧中，李学谦，等．紫铜棒材轴向加压精密塑 性剪切变形区的金相组织和断面特征[ J ] ．中国有色金 属学报，2 0 0 5 ，1 5 4 5 1 3 5 1 8 ． [ 10 ] B r a n i s l a vH a d z i m a ，M i l o sJ a n e c e k 。R a l p hJ o r gH e l l m i g ．e ta 1 ． M i c r o s t r u c t u r ea n dc o r r o s i o nb e h a v i o u ro f u l t r a f i n e - g r a i n e dc o p p e r [ J ] ．M a t e r i a l sS c i e n c eF o r u m ， 2 0 0 6 ，5 0 3 5 0 4 8 8 3 8 8 8 ． [ 1 1 ] V a l i e vR 乙N a n o m a t e r i a l sb ys e v e r ep l a s t i cd e f o r m a - t i o n [ C ] ．P r o c ．N a n o S P D 2c o n f ，2 0 0 4 1 0 9 ． [ 8 3 王丽，孙益明，边秀房，等．亚共晶A l S i 合金的细化处 理[ J ] ．特种铸造及有色合金，1 9 9 8 。9 5 1 8 2 0 ． [ 9 ] 王丽，边秀房，孙益明．硼对亚共晶A l s i 合金的细化作 用[ J ] ．中国有色金属学报。1 9 9 9 ，9 4 7 1 4 7 1 8 ． [ 1 0 3N O G I T AK ，D A H L EAK ．E f f e c t so fb o r o no ne u t e c t i cm o d i f i c a t i o no fh y p o e u t e c t i cA 1 一S ia l l o y s [ J ] ．S c r i p t a M a t e r i a l i a ，2 0 0 3 。4 8 3 0 7 3 1 3 ． [ 1 1 ] 耿慧远，李言祥。陈祥。等．B 对亚共晶A 1 - 7 ％S i 合金 共晶凝固过程的影响[ J ] ．特种铸造及有色合金，2 0 0 5 ， 2 5 5 2 5 7 2 5 9 ． 万方数据