T2紫铜工艺品热变形脆裂分析_张智强
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图 1 工艺品 “ 大象 来自形裂形貌1 工艺品脆裂状况
某厂使用的 T 2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 ° C → 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 %。
张智强等 : T 2紫铜工艺品热变形脆裂 分析
表 1 紫铜板原材料杂质含量测定结果 ( w / % )
元素 标准值 原材料
[ 1]
Pb 0. 005 0. 002
Fe 0. 005 0. 0014
Bi 0. 001 0. 0006
Sb 0. 002 0. 0007
As 0. 002 0. 001
氧含量 (× 10- 6 ) 62 14 13 12 木炭加热后弯曲 1 6 10 9 1 8 7 1 9 7 1 7 10 11 箱式炉加热后弯曲 4 7 8 10 6 7 8 10 6 9 10 13 7 8 9 11
5 结论
( 1) 符合 GB5231- 85标准的 T 2紫铜板 , 当氧 - 5 含量高于 10 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 ( T U1 , T U2 )。 ( 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。 参 考 文 献
Yang Zhong Zhang Zhiqiang
( Luo Y ang Copper Gro up Co , Ltd. ) s brittle cracking during ho tfo rming wa s a naly zed. It was concluded Abstract The coppe r ( T 2) ar t wo rk that the tr ace element ox yg en in red co pper could be reduced by ca rbo n mo no xide in hig h tempera tur e, caused inter cry sta lline cracking.
T 2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 。
摘 要 对 主题词 紫铜 氧 脆裂
AN ALYSIS O F T 2 CO PP ER ART W O RK S BRIT T L E CRACKING DU RIN G HO T -FO RM IN G
2 检验与工艺试验
2. 1 试验仪器 SPECST RO L ABS光电直读仪分析杂质元素含 量 ; RO-416型定氧仪测定紫铜氧含量 ; O LYM PU SPM G 3金 相 显 微 镜 观 察 显 微 组 织 ; 箱 式 电 阻 炉
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进行退火试验。 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 ( Cu2 O )。 经硝酸高铁酒精溶液侵蚀后 , Cu2 O 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。
1 GB5231- 85 加工铜 化学成分 2 GB 471- 64 紫铜中氧量的测定 ( 金相法 ) 3 洛阳铜加工厂 中心试验室金相组 . 铜及铜合金 金相 图谱 . 北京 : 冶金工业出版社 , 1983. 17 收稿日期 : 1999-07-02 · 227·
11 12
注 : 每组试验为 4 个样品 。
Keywords Red copper O x yg en Brittle crack 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 。
第 36卷第 5期 2000 年 5 月
理化检验— 物理分册
PTCA ( PA RT A : P HY SICA L T EST IN G)
V o l. 36 N o. 5 M a y. 2000
失效分析案例
T2紫铜工艺品热变形脆裂分析
张智强 杨 忠
(洛阳铜加工集团 洛阳 471039)
( a ) 未侵蚀 200 × ( b ) 经侵蚀后 400× 图 2 T 2紫铜原材料中的夹杂物分布
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 2Cu + CO2↑ Cu2 O+ CO 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 - 6 量低 于 10 , 不 会产生晶 界裂纹 ; 氧含量为 ( 10～ - 6 16)× 10 时 , 将出现轻微晶界裂纹 ; 当氧含量高于 - 6 16× 10 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 。
Sn 0. 002 < 0. 001
Ni 0. 005 < 0. 001
Zn 0. 005 0. 0012
S 0. 005 0. 0011
O 0. 06 0. 0062
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 T 2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 T 2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
△
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 200m m× 100mm× 1m m, 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 。 表 2 不同氧含量紫铜板经两种方式加热后 反复弯曲次数 (次 )
某厂使用的 T 2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 ° C → 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 %。
张智强等 : T 2紫铜工艺品热变形脆裂 分析
表 1 紫铜板原材料杂质含量测定结果 ( w / % )
元素 标准值 原材料
[ 1]
Pb 0. 005 0. 002
Fe 0. 005 0. 0014
Bi 0. 001 0. 0006
Sb 0. 002 0. 0007
As 0. 002 0. 001
氧含量 (× 10- 6 ) 62 14 13 12 木炭加热后弯曲 1 6 10 9 1 8 7 1 9 7 1 7 10 11 箱式炉加热后弯曲 4 7 8 10 6 7 8 10 6 9 10 13 7 8 9 11
5 结论
( 1) 符合 GB5231- 85标准的 T 2紫铜板 , 当氧 - 5 含量高于 10 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 ( T U1 , T U2 )。 ( 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。 参 考 文 献
Yang Zhong Zhang Zhiqiang
( Luo Y ang Copper Gro up Co , Ltd. ) s brittle cracking during ho tfo rming wa s a naly zed. It was concluded Abstract The coppe r ( T 2) ar t wo rk that the tr ace element ox yg en in red co pper could be reduced by ca rbo n mo no xide in hig h tempera tur e, caused inter cry sta lline cracking.
T 2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 。
摘 要 对 主题词 紫铜 氧 脆裂
AN ALYSIS O F T 2 CO PP ER ART W O RK S BRIT T L E CRACKING DU RIN G HO T -FO RM IN G
2 检验与工艺试验
2. 1 试验仪器 SPECST RO L ABS光电直读仪分析杂质元素含 量 ; RO-416型定氧仪测定紫铜氧含量 ; O LYM PU SPM G 3金 相 显 微 镜 观 察 显 微 组 织 ; 箱 式 电 阻 炉
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进行退火试验。 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 ( Cu2 O )。 经硝酸高铁酒精溶液侵蚀后 , Cu2 O 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。
1 GB5231- 85 加工铜 化学成分 2 GB 471- 64 紫铜中氧量的测定 ( 金相法 ) 3 洛阳铜加工厂 中心试验室金相组 . 铜及铜合金 金相 图谱 . 北京 : 冶金工业出版社 , 1983. 17 收稿日期 : 1999-07-02 · 227·
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注 : 每组试验为 4 个样品 。
Keywords Red copper O x yg en Brittle crack 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 。
第 36卷第 5期 2000 年 5 月
理化检验— 物理分册
PTCA ( PA RT A : P HY SICA L T EST IN G)
V o l. 36 N o. 5 M a y. 2000
失效分析案例
T2紫铜工艺品热变形脆裂分析
张智强 杨 忠
(洛阳铜加工集团 洛阳 471039)
( a ) 未侵蚀 200 × ( b ) 经侵蚀后 400× 图 2 T 2紫铜原材料中的夹杂物分布
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 2Cu + CO2↑ Cu2 O+ CO 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 - 6 量低 于 10 , 不 会产生晶 界裂纹 ; 氧含量为 ( 10～ - 6 16)× 10 时 , 将出现轻微晶界裂纹 ; 当氧含量高于 - 6 16× 10 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 。
Sn 0. 002 < 0. 001
Ni 0. 005 < 0. 001
Zn 0. 005 0. 0012
S 0. 005 0. 0011
O 0. 06 0. 0062
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 T 2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 T 2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
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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 200m m× 100mm× 1m m, 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 。 表 2 不同氧含量紫铜板经两种方式加热后 反复弯曲次数 (次 )