铅黄铜轧制裂边控制工艺研究

（中铝洛阳铜加工有限公司，河南 洛阳 471039）

铅黄铜，俗称易切削黄铜，具有优良的润滑和减磨性能，其机械加工零件表面精度很高。长期以来，行业内对铅黄铜的使用多以板材为主，加工效率低下，而且板材的生产精度较低，因此如何开发出铅黄铜带材来替代板材使用时提高效率的有效手段，生产工艺采用铸造、热加工、冷加工的传统三段式加工工艺，铅黄铜的熔炼、铸造生产并不困难，可以使用感应熔炼，坩埚熔炼等方式，铸造生产可采用半连续铸锭、砂模、铁模等；但铅黄铜热轧、冷轧则易产生裂边现象。因此，如何控制或减少铅黄铜裂边是提高铅黄铜带成材率，后期零件加工的可持续性的首要攻克的难点。

就铅黄铜HPb59-1而言，含铅量0.9%～1.8%，冷、热压力加工尚可，是目前市场上应用较广的铅黄铜，它的特点是可切削性好，有良好的力学性能，能承受冷、热压力加工，易焊接，钎焊好，对一般腐蚀有良好的稳定性，但有腐蚀破裂倾向，主要用于空调阀门、五金机械等。常用铅黄铜的成分如下表1。

表1 铅黄铜化学成分

1 铅黄铜裂边控制工艺研究

1.1 化学成分控制

黄铜中添加1%的Pb，Pb几乎不溶于铜锌合金，不溶铅质点导致材料的热加工性能不佳，但双相黄铜依靠相变重结晶（a-b），可使铅分布在晶粒内部而不是在晶界上，加入一些微量元素，能有效细化晶粒，使铅分布更加均匀。为此，通过在铸锭里添加不同微量元素，以达到改善铸锭组织和成分均匀分布的目的，见下表2。

表2 不同微量元素添加的铅黄铜成分

按照以上成分，笔者单位第一轮铸造4批次坯料（添加稀土和铜硼各2批次），在同一加热条件下进行热轧试验，其中添加稀土锭坯展现较良好的热加工特性，轧至12mm厚度，未出现明显裂边现象，而添加铜硼锭坯均出现开裂，无法继续加工。

第二轮铸锭试验，主要验证添加稀土元素对铸锭的影响，共生产14块铸锭，其中添加稀土元素10块，未添加稀土元素4块，热轧后添加稀土元素的铸锭有8块全部通过，通过率为80%；而未添加稀土元素的4块铸锭有3块裂边，通过率仅为25%。

根据第二轮的试验效果，进一步明确稀土元素的添加对铸造组织的改善，在同样的热加工条件下，最终确定添加稀土元素能有效改变铅黄铜铸态组织，提升材料的热加工性能。

1.2 热轧工艺研究

虽然稀土元素的添加能有效提升铅黄铜的热加工性能，但在热轧期间，仍有部分铸锭出现开裂，在成分上无明显差别的情况下，对热加工工艺进行探讨，在不同温度下进行均匀化热处理，对比铸态组织，高倍分析结果如下：

图1 试样经600℃退火后与铸造组织对比

图2 试样显微组织

表3 试样情况及要求检测项目

试样组织均为基体β+α+Pb相，1#、4#样为铸态组织，Pb相大部分呈网状分布α相内。经600℃退火后，α相由原始态的条状转变为圆块状,随时间的增加，α相圆块状有所长大，Pb相大部分呈网状分布在晶界中，如图1。

通过以上组织高倍分析，初步确定了铸锭热加工工艺，先低温均匀化退火，使铅质点尽可能多的分布在晶界中，可有效地减少裂边。

1.3 冷加工工艺研究

通过对铅黄铜的成分及热加工工艺进行探讨，有效地控制了热加工裂边的产生，但铅黄铜具有较高的冷变形抗力，加工硬化速度快，当冷加工总加工率达到50%以上时，材料仍会出现碎裂，因此对热轧后带坯与退火后的热轧带坯进行组织分析对比，以此来调整工艺。

试样高倍制样并侵蚀后显微观察，组织均为β基体+α相+强化相。1#和2#试样为热轧后，显微组织基本一致；3#试样为热轧带坯经罩式炉退火，显微组织基本一致，其中1#和2#试样的β相呈链条状沿加工方向分布。3#试样（也就是1#和2#试样退火后）β相方向性消失，呈网状分布。（图2）

通过以上分析，热轧后进行均匀化退火能有效改善热轧带坯组织，铣面后一次初轧至6.0mm可保持不裂边，保证了后续冷加工边部质量，保证了成品组织均匀性。

对轧制的2.0mm带材退火后进行高倍组织分析，材料组织均为α+β+颗粒相，β相以不规则块状与α相相间分布，黑色颗粒相分布较为均匀弥散，α基体已再结晶，晶粒平均直径为0.040mm，未观察到高倍组织缺陷，成品性能满足用户使用要求。

2 结语

笔者通过对铅黄铜成分、热加工、冷加工工艺研究，查找了造成铅黄铜热、冷加工过程中产生裂边的主要原因，并针对性了进行成分改变、热加工工艺的改变，形成了稳定的铅黄铜生产工艺，较大程度上减轻了铅黄铜轧制裂边的产生，但因为含铅黄铜的合金特性，批量生产中仍会出现一些轻微的裂边，在后续生产中，进一步对铸锭的成分均匀性、铸造工艺的稳定性以及热处理温度的均匀性上加以控制，是控制铅黄铜裂边的主要考虑。