造幣用錫黃銅水平連鑄鑄錠組織特征及其影響

韋紹林

（中鋁材料應(yīng)用研究院有限公司，北京 102209）

我公司生產(chǎn)的某型號(hào)錫黃銅合金具有良好的耐腐蝕性、耐磨性及成型性，是目前主要的造幣合金之一。水平連鑄工藝具有簡(jiǎn)化生產(chǎn)過(guò)程、成本低、占地小等優(yōu)勢(shì)而備受眾多生產(chǎn)企業(yè)的青睞。而我公司水平連鑄工藝在生產(chǎn)某新型造幣用錫黃銅時(shí)，由于該合金鑄造難度大，后續(xù)深加工在卷起的時(shí)候經(jīng)常出現(xiàn)外表面開裂情況，導(dǎo)致成品率較低。本文結(jié)合我公司生產(chǎn)實(shí)際情況，對(duì)帶坯進(jìn)行了大量的宏觀組織和微觀組織的分析，總結(jié)了該錫黃銅鑄錠帶坯的組織特征及其成因。

1 鑄錠組織特征

（1）宏觀組織。對(duì)銑面前后水平連鑄鑄錠進(jìn)行了大量低倍組織檢查，組織均為等軸晶，低倍組織詳見(jiàn)圖1～圖3。圖1為鑄坯銑面前的組織，其中等軸晶大小其分布不均，粗大等軸晶上有少量裂紋。圖2為典型的拉-停時(shí)間控制不當(dāng)引起的粗細(xì)等軸晶間隔分布。圖3為鑄錠橫截面低倍組織形貌，在該組織上能看的比較明顯的由于冷卻強(qiáng)度不匹配導(dǎo)致的結(jié)晶中心線向上表面偏移。

圖1 銑面前鑄錠宏觀組織形貌（圖中箭頭所示為裂紋）

圖2 銑面后鑄錠宏觀組織形貌

圖3 銑面橫截面宏觀組織形貌

（2）微觀組織。在對(duì)大量水平連鑄鑄坯進(jìn)行上下表面、橫截面及高溫均勻化退火后的試樣進(jìn)行高倍組織分析后發(fā)現(xiàn)，試樣組織均為樹枝狀偏析，枝晶間能觀察到較多（α+γ）共析體，由于上下表面冷卻強(qiáng)度不一樣，（α+γ）共析體在下表面的偏析也較為嚴(yán)重，偏析層深度比上表面的要深，據(jù)大量的實(shí)驗(yàn)實(shí)測(cè)結(jié)果觀察，（α+γ）共析層在下表面一般深度在2mm左右（如圖6所示），在經(jīng)過(guò)高溫均勻化退火后發(fā)現(xiàn)高倍組織上存在大量的疏松群（如圖7所示）。

圖4 上表面顯微組織 倍率：100X

圖5 下表面顯微組織 倍率：100X

圖6 試樣下表面顯微組織（圖中綠線所示為α+γ共析層深度1884um）

（3）SEM共析體成分分析。對(duì)存在較多共析體的帶坯下表面試樣進(jìn)行SEM能譜掃描分析共析體成分發(fā)現(xiàn)，共析體成分相較基體亮，說(shuō)明共析體中成分中所含元素的原子系數(shù)較基體的銅的原子系數(shù)大，經(jīng)能譜分析得知該共析體主要成分中還有大量的錫。

2 結(jié)論

綜上分析可知，水平連鑄鑄錠特征主要有：①?gòu)慕孛娴捅督M織上看，鑄錠結(jié)晶中心線均向上表面偏移；②鑄錠上下表面低倍組織存在明顯的規(guī)律性分布的晶粒大小的差異；③鑄錠高倍組織在上下表面均有較明顯的錫反偏析于晶界上，且下表面錫反偏析相對(duì)嚴(yán)重，偏析層深度一般在2mm左右；④高溫均勻化退火組織存在較多的疏松缺陷。

水平連鑄鑄錠在結(jié)晶過(guò)程中，由于下表面的冷卻強(qiáng)度大，柱狀晶長(zhǎng)大速度比上表面塊，導(dǎo)致鑄錠結(jié)晶線向上表面偏移；澆鑄過(guò)程由于水平連鑄鑄錠的牽引特性，在鑄錠牽引過(guò)程中的停拉動(dòng)作導(dǎo)致鑄錠在停拉處晶粒呈規(guī)律性的大小間隔分布的形貌特征；一般來(lái)說(shuō)，晶界結(jié)構(gòu)比晶內(nèi)松散，具有一定的表面效應(yīng)，溶質(zhì)原子在晶內(nèi)的能量比在晶界處的能量要高，所以溶質(zhì)原子具有自發(fā)的向晶界偏聚的趨勢(shì)，這種結(jié)果就會(huì)導(dǎo)致溶質(zhì)原子在晶界處產(chǎn)生偏析，高溫均勻化退火后晶界和晶內(nèi)由于錫的溶解產(chǎn)生了大量的疏松缺陷。

這種結(jié)晶線的偏移意味著帶坯內(nèi)部存在著較大的結(jié)晶組織的不均勻，鑄錠表面規(guī)律性的大小晶粒分布使得鑄錠帶坯在卷起時(shí)表面出現(xiàn)較多的小裂紋缺陷，同時(shí)偏析和疏松是共生的偏析越大，鑄錠鑄坯疏松度越嚴(yán)重，因此造成了后續(xù)冷加工的一系列質(zhì)量問(wèn)題。

長(zhǎng)時(shí)間的高溫組織均勻化退火雖然可以通過(guò)原子擴(kuò)散使偏析得以改善，但是這種改善只能限于晶粒內(nèi)部，區(qū)域間（晶粒與晶粒間）的不均勻需要進(jìn)行反復(fù)的冷軋加工和退火方能得到改善，因此澆注時(shí)拉-停時(shí)間、拉速、澆溫及冷卻強(qiáng)度均需要配合得當(dāng)和反復(fù)進(jìn)行試驗(yàn)，才能得到高質(zhì)量的水平連鑄帶坯。