铁白铜BFe10-1-1组织性能变化规律研究

徐兴莉，李文兵

（1.甘肃有色冶金职业技术学院，甘肃 金昌 737100；2.金川集团精密铜材有限公司，甘肃 金昌 737100）

BFe10-1-1铜合金管广泛应用于火力发电、舰船、海水淡化、制糖制盐以及化工核电等热交换凝汽器中，具有很大的市场空间。通过检测分析BFe10-1-1铜合金冷凝管生产过程中，在不同工艺条件下该材料的组织结构与性能，进而优化其制备工艺参数，形成低成本高质量的最终产品。

本文结合国内某铜镍合金无缝管生产企业的铸造工艺和生产实际，研究BFe10-1-1铜合金管在铸态和挤压态下试样的组织结构与性能演变规律[1]。

1 研究内容

国内某铜镍合金无缝管生产企业提供的两批BFe10-1-1合金铸锭与管材，其中铸锭直径为Φ310、挤压管尺寸为Φ110×10。两批料分别命名为1号与2号。分别在两批样的铸锭上各剖切样品10件，其中6件为观察微观金相组织样品，1件为宏观组织观察样品，3件为拉伸试验样品。分别在两批样的挤压后的管材的头部和尾部上各剖切样品4件，其中2件为观察微观金相组织样品，2件为拉伸试验样品。重点分析研究在铸态和挤压态下试样的组织结构与性能演变规律。

2 实验部分

2.1 金相组织观察

2.1.1 实验仪器

锯切机、SD100-III端面式气砂轮机、数码相机。

2.1.2 实验方法与条件

（1）取样：分别在相同条件下连铸出两根Φ310铸锭，试样编号分别为1号与2号，分别在1号与2号的中间切取两个圆饼。

（2）磨光：采用端面式气砂轮机将切取的试样依次用60#、80#、120#、180#、240#、320#百叶片进行打磨表面，在每换下一种百叶片前，要保证该平面每一个地方都用这种百叶片完全打磨过。

（3）抛光：采用尼龙纤维抛光轮进行抛光，抛光时可以选水润滑，得到平整、光滑、无痕的镜面为止。

（4）腐蚀试样：侵蚀剂成分：30%～50%硝酸水溶液，侵蚀后迅速用大量清水冲洗。侵蚀要均匀适度，侵蚀过轻，组织和缺陷显示不充分，侵蚀过重，表面会出现腐蚀麻坑。

（5）组织观察与拍摄：观察合金的宏观组织的晶粒形状、晶粒大小以及分布特征。此外，准备做宏观照相的试样应精细制备，侵蚀均匀，组织清晰，保持清洁[2]。

2.2 金相试样制备与观测

2.2.1 实验仪器

双盘式金相预磨机；双盘式金相抛光机；MIAPS金相显微镜。

2.2.2 实验方法与条件

试样经取样、磨光、抛光、腐蚀后用金相显微镜和数码相机观察。在金相显微镜上观察金相组织，分别选用放大倍数为100×、200×。观察合金晶粒尺寸、分布，形状并拍摄照片供后续微观组织分析。

2.3 拉伸力学性能测试

在铸态、挤压态管材上各取三个拉伸试样，测试拉伸力学性能：抗拉强度σb、弹性模量E、屈服强度σ0.2、延伸率δ。结果为三个试样的平均值。拉伸试样的尺寸根据GB/T228-2010的标准要求制定。

2.4 检测结果

2.4.1 铸锭宏观组织

直接水冷半连续铸造Φ310铸锭的横向组织中，从表至里，结晶组织明显分为三个区带，表层细等轴晶带、中心区域的粗大等轴晶带和位于二者之间的柱状晶带[3]。

2.4.2 铸锭微观组织

在熔体中的结晶过程分为生核和晶体长大两个阶段。熔体中首先生成很小但很稳定的固体质点，即晶核，然后长大变成晶体。从微观上分析，该晶体是按照树枝状结构长大。枝晶粗化很容易观察到，如图1，其中图（a）为2号铸锭微观组织图，图（b）为1号铸锭微观组织图。一次轴接近0.7mm，它的上面大约有二十个二次轴，并且这些二次轴与一次轴具有一定角度规则排列。相邻两个二次轴的距离大约为0.02mm。二次轴的生长朝着与其相邻的二次轴方向生长。由于最终彼此阻碍继续生长，从而消失。此外，在结晶过程中，晶体数量的增加也能观察到。

2.4.3 BFe10-1-1合金挤压态显微组织分析

选取热挤压后有代表性的样品的横截面、纵断面经过磨平，抛光，腐蚀后观察并照金相照片，如图2（a）、（b）、所示，其中（a）为2号挤压管材头部横截面微观组织图，（b）为1号挤压管材头部横截面微观组织图，从（a）、（b）、2张图中可以看出热挤压得到的微观组织是相，晶粒尺寸较挤压前铸态的晶粒尺寸有明显减小。由于热挤压温度较高，所以BFe10-1-1合金挤压态的微观组织全部是再结晶组织。通过比较图（a）与图（b），在管材相同部位的2号挤压态管材的晶粒尺寸比1号挤压态管的晶粒尺寸相对小一些。

图2 BFe10-1-1合金挤压态管材微观组织图

2.4.4 拉伸力学性能结果分析

针对BFe10-1-1合金的铸锭以及挤压态的管材分别进行了拉伸试验，其中1号和2号铸锭上取2组试样，1号和2号挤压管材上分别在管子的中部各取一组试样。经拉伸试验测得，2号铸态的抗拉强度分别为259MPa、263MPa，屈服强度分别为209MPa、209MPa，断后伸长率分别为38.8%、41.7%；1号铸态的抗拉强度分别为249MPa、245MPa，屈服强度分别为209MPa、208MPa，断后伸长率分别为35.25%、31.4%；2号挤压态管材的抗拉强度分别为289.7MPa、288.7MPa，屈服强度分别为249.6MPa、253.9MPa，断后伸长率分别为38.1%、41.2%；1号挤压态管材的抗拉强度分别为299.5MPa、296.3MPa，屈服强度分别为259.4MPa、261.5MPa，断后伸长率分别为41.2%、38.9%；其中热挤压管材的抗拉强度与伸长率满足YS/T622-2007《铜及铜合金挤制管》的标准要求。

根据以上数据以及图3总结发现，图（a）与图（c）、（d）比较可知道，铸态组织的抗拉强度低于挤压态管材的抗拉强度。图（a）与图（b）比较可知道，2号铸态的抗拉强度与1号铸态的抗拉强接近。此外，2号和1号挤压管材的头部抗拉强度与其尾部的抗拉强度接近。

3 结论

（1）白铜BFe10-1-1合金的铸锭组织为典型的正常的枝晶组织，晶内存在成分偏析，晶间成分均匀，为均匀的单相固溶体。

（2）热挤压后得到的管材晶粒均匀，有纤维组织以及孪晶出现，但无粗大尺寸晶粒。

（3）热挤压后的管材抗拉强度及屈服强度均优于其挤压前铸态时的强度。

图3 BFe10-1-1合金不同状态下拉伸试验曲线