鉛黃銅軋制裂邊控制工藝研究

（中鋁洛陽銅加工有限公司，河南 洛陽 471039）

鉛黃銅，俗稱易切削黃銅，具有優(yōu)良的潤滑和減磨性能，其機械加工零件表面精度很高。長期以來，行業(yè)內(nèi)對鉛黃銅的使用多以板材為主，加工效率低下，而且板材的生產(chǎn)精度較低，因此如何開發(fā)出鉛黃銅帶材來替代板材使用時提高效率的有效手段，生產(chǎn)工藝采用鑄造、熱加工、冷加工的傳統(tǒng)三段式加工工藝，鉛黃銅的熔煉、鑄造生產(chǎn)并不困難，可以使用感應(yīng)熔煉，坩堝熔煉等方式，鑄造生產(chǎn)可采用半連續(xù)鑄錠、砂模、鐵模等；但鉛黃銅熱軋、冷軋則易產(chǎn)生裂邊現(xiàn)象。因此，如何控制或減少鉛黃銅裂邊是提高鉛黃銅帶成材率，后期零件加工的可持續(xù)性的首要攻克的難點。

就鉛黃銅HPb59-1而言，含鉛量0.9%～1.8%，冷、熱壓力加工尚可，是目前市場上應(yīng)用較廣的鉛黃銅，它的特點是可切削性好，有良好的力學性能，能承受冷、熱壓力加工，易焊接，釬焊好，對一般腐蝕有良好的穩(wěn)定性，但有腐蝕破裂傾向，主要用于空調(diào)閥門、五金機械等。常用鉛黃銅的成分如下表1。

表1 鉛黃銅化學成分

1 鉛黃銅裂邊控制工藝研究

1.1 化學成分控制

黃銅中添加1%的Pb，Pb幾乎不溶于銅鋅合金，不溶鉛質(zhì)點導(dǎo)致材料的熱加工性能不佳，但雙相黃銅依靠相變重結(jié)晶（a-b），可使鉛分布在晶粒內(nèi)部而不是在晶界上，加入一些微量元素，能有效細化晶粒，使鉛分布更加均勻。為此，通過在鑄錠里添加不同微量元素，以達到改善鑄錠組織和成分均勻分布的目的，見下表2。

表2 不同微量元素添加的鉛黃銅成分

按照以上成分，筆者單位第一輪鑄造4批次坯料（添加稀土和銅硼各2批次），在同一加熱條件下進行熱軋試驗，其中添加稀土錠坯展現(xiàn)較良好的熱加工特性，軋至12mm厚度，未出現(xiàn)明顯裂邊現(xiàn)象，而添加銅硼錠坯均出現(xiàn)開裂，無法繼續(xù)加工。

第二輪鑄錠試驗，主要驗證添加稀土元素對鑄錠的影響，共生產(chǎn)14塊鑄錠，其中添加稀土元素10塊，未添加稀土元素4塊，熱軋后添加稀土元素的鑄錠有8塊全部通過，通過率為80%；而未添加稀土元素的4塊鑄錠有3塊裂邊，通過率僅為25%。

根據(jù)第二輪的試驗效果，進一步明確稀土元素的添加對鑄造組織的改善，在同樣的熱加工條件下，最終確定添加稀土元素能有效改變鉛黃銅鑄態(tài)組織，提升材料的熱加工性能。

1.2 熱軋工藝研究

雖然稀土元素的添加能有效提升鉛黃銅的熱加工性能，但在熱軋期間，仍有部分鑄錠出現(xiàn)開裂，在成分上無明顯差別的情況下，對熱加工工藝進行探討，在不同溫度下進行均勻化熱處理，對比鑄態(tài)組織，高倍分析結(jié)果如下：

圖1 試樣經(jīng)600℃退火后與鑄造組織對比

圖2 試樣顯微組織

表3 試樣情況及要求檢測項目

試樣組織均為基體β+α+Pb相，1#、4#樣為鑄態(tài)組織，Pb相大部分呈網(wǎng)狀分布α相內(nèi)。經(jīng)600℃退火后，α相由原始態(tài)的條狀轉(zhuǎn)變?yōu)閳A塊狀,隨時間的增加，α相圓塊狀有所長大，Pb相大部分呈網(wǎng)狀分布在晶界中，如圖1。

通過以上組織高倍分析，初步確定了鑄錠熱加工工藝，先低溫均勻化退火，使鉛質(zhì)點盡可能多的分布在晶界中，可有效地減少裂邊。

1.3 冷加工工藝研究

通過對鉛黃銅的成分及熱加工工藝進行探討，有效地控制了熱加工裂邊的產(chǎn)生，但鉛黃銅具有較高的冷變形抗力，加工硬化速度快，當冷加工總加工率達到50%以上時，材料仍會出現(xiàn)碎裂，因此對熱軋后帶坯與退火后的熱軋帶坯進行組織分析對比，以此來調(diào)整工藝。

試樣高倍制樣并侵蝕后顯微觀察，組織均為β基體+α相+強化相。1#和2#試樣為熱軋后，顯微組織基本一致；3#試樣為熱軋帶坯經(jīng)罩式爐退火，顯微組織基本一致，其中1#和2#試樣的β相呈鏈條狀沿加工方向分布。3#試樣（也就是1#和2#試樣退火后）β相方向性消失，呈網(wǎng)狀分布。（圖2）

通過以上分析，熱軋后進行均勻化退火能有效改善熱軋帶坯組織，銑面后一次初軋至6.0mm可保持不裂邊，保證了后續(xù)冷加工邊部質(zhì)量，保證了成品組織均勻性。

對軋制的2.0mm帶材退火后進行高倍組織分析，材料組織均為α+β+顆粒相，β相以不規(guī)則塊狀與α相相間分布，黑色顆粒相分布較為均勻彌散，α基體已再結(jié)晶，晶粒平均直徑為0.040mm，未觀察到高倍組織缺陷，成品性能滿足用戶使用要求。

2 結(jié)語

筆者通過對鉛黃銅成分、熱加工、冷加工工藝研究，查找了造成鉛黃銅熱、冷加工過程中產(chǎn)生裂邊的主要原因，并針對性了進行成分改變、熱加工工藝的改變，形成了穩(wěn)定的鉛黃銅生產(chǎn)工藝，較大程度上減輕了鉛黃銅軋制裂邊的產(chǎn)生，但因為含鉛黃銅的合金特性，批量生產(chǎn)中仍會出現(xiàn)一些輕微的裂邊，在后續(xù)生產(chǎn)中，進一步對鑄錠的成分均勻性、鑄造工藝的穩(wěn)定性以及熱處理溫度的均勻性上加以控制，是控制鉛黃銅裂邊的主要考慮。