C19210铜合金带材折弯性能与时效处理优化.pdf
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1、中国科技期刊数据库 工业 A 145 C19210 铜合金带材折弯性能与时效处理优化 范先勇 中铝洛阳铜加工有限公司,河南 洛阳 471039 摘要:摘要:本研究围绕 C19210 铜合金带材的折弯性能,针对影响折弯性能的关键因素如微观组织结构和时效处理工艺进行了深入探讨。首先,通过实验设备和方法分析了折弯现象,并观察了零件的形态。其次,探讨了材料结构、折弯角度和半径等因素对折弯性能的影响。在此基础上,进行了详细的生产工艺研究,包括化学成分、固溶处理和时效处理工艺。最后,根据实验结果进行了折弯工艺优化,并对实验结果进行了对比和讨论。研究结果表明,通过优化生产工艺,特别是在 500的时效处理温度
2、下,可以显著改善 C19210 铜合金带材的折弯性能和导电率,满足用户的需求。这项研究为 C19210 带材的工业生产提供了重要的参考,同时为未来相关材料的生产提供了有益的启示。关键词:关键词:C19210;溶处理;时效处理;断裂韧性;细晶强化 中图分类号:中图分类号:TG146 0 引言 金属材料折弯性能的研究历史悠久,这类研究的早期工作主要集中于金属材料的力学性能和成形性能。随着工业技术的发展和应用需求的多样化,金属材料折弯性能的研究范围也在不断拓宽和深化。以往的研究多聚焦于单一类型的金属材料,探索了材料微观结构、成分、力学性能等因素对折弯性能的影响。例如,孙元红在研究铝合金带材折弯性能时
3、,发现材料的结晶度和晶粒尺寸对折弯性能有着重大影响,并揭示了折弯角度和半径对材料折弯性能的显著影响1。随着金属材料的应用范围持续扩大,研究者对不同类型材料的折弯性能进行了深入探索。例如,李辉等人对 Ti-6Al-4V 合金板材的折弯性能进行了深入研究,发现材料的断裂韧性对折弯性能有着显著影响2。同时,张立涛等人对316L不锈钢管材在折弯过程中的性能进行了研究,揭示了管材的孔隙率和晶粒度对折弯性能有一定影响3。C1920 合金作为 Cu-Fe-P 系引线框架材料的一种,C19210 带材是一种新型的黄铜材料,拥有优秀的导电导热性能、卓越的机械性能、抗软化性能,还具备了适宜的加工性能、冲压性能等,
4、广泛应用于引线框架、电气接插件等领域。然而,关于其折弯性能的研究却相对匮乏。对于厚度为 1.5mm、状态为半硬(H02)的 C19210带材,用户需求其抗拉强度高于 330MPa,导电率超过85%IACS,且在加工过程中需要进行折弯(垂直轧制向折弯)。然而在折弯过程中,C19210 材料常常出现开裂现象。1 折弯现象分析 1.1 实验设备与方法 本研究主要使用了高分辨率扫描电镜(SEM)、微硬度测试仪以及万能试验机。首先,使用扫描电镜对材料的表面形貌以及断口形貌进行了详细的观察。然后,使用微硬度测试仪对材料的硬度进行了测定。最后,使用万能试验机对材料的折弯性能进行了试验。试验的过程中,严格按照
5、相关的标准以及操作规程进行,确保了实验数据的可靠性。1.2 零件形态观察和分析 图 1 零件形貌 上图为用户反馈的零件形貌,对图 1 箭头所指部位截取金相高倍试样,先截取未进行折弯的正常试样进行观察,经制样后观察显微组织,发现正常部位为加中国科技期刊数据库 工业 A 146 工组织,组织为+第二相,组织较均匀,未发现组织缺陷,见图 2。通过观察开裂部位,发现折弯处组织变形情况明显大于其它部位的显微组织,折弯处的外层及中心组织变形程度明显大于内表面组织,在开裂处未发现组织缺陷,见图 3。图 2 试样正常部位组织,200X 图 3 折弯处组织,200X 2 折弯性能影响因素分析 2.1 材料结构对
6、折弯性能的影响 折弯性能的表现受材料组成、结构特性以及几何形状等多因素制约。考虑到本文中研究的C19210产品,其材料成分和几何形状受用户使用需求限制,改进的空间较小。因此,本文着重从材料的组织结构入手,通过工艺试验,对折弯性能进行优化。C19210 作为析出强化型合金,经过固溶和时效处理后,析出的化合物有效阻止了位错和晶界的移动,对提升合金强度具有显著效果。同时,时效组织对合金的断裂韧性产生重大影响。一般而言,均匀弥散的第二相更为理想,而过大的第二相则对材料的抗弯性能产生不利影响。2.2 折弯角度和半径对折弯性能的影响 改善基体的组织特性能有效提高材料的断裂韧性,因为折弯裂纹主要在基体中展开
7、。在工程应用中,细化基体晶粒是提升材料强度和韧性的有效手段。细化晶粒能增加阻碍位错运动的数量,减小晶粒内位错堆积的长度,从而提高材料强度。另一方面,细小的晶粒能均匀承担变形量,不会引发严重的应力集中,有利于阻止裂纹的扩展,从而使材料展现出良好的塑性和韧性4。考虑到本研究涉及的产品为半硬状态,为确保产品的强度和改进折弯性能,产品的加工方法采用时效强化和细晶强化,并配合适当的精轧形变。3 生产工艺研究 在此,本研究的产品是厚度 1.5mm 的带材,其状态为半硬。相应的工艺流程如下:首先进行熔铸,接着铸锭加热,然后进行热轧开坯,使得厚度达到 13mm。这之后,将进行铣面、粗轧、退火、精轧,将厚度轧制
8、至 1.5mm,最后进行清洗和剪切。3.1 化学成分 下表是 C19210 合金的化学成分:表 1 C19210 化学成分,%Cu Fe P 备注 余量 0.050.15 0.0250.040 Cu+所列元素总和99.8%说明:熔炼时 Fe 和 P 的质量比需控制在一定范围,热处理后析出化合物应以 Fe2P 为主5。3.2 固溶处理 为避免在热轧过程中大量 Fe2P 化合物析出,影响后续工序和最终产品的性能,必须保证终轧温度在 700以上,并在轧制完成后迅速进行在线水淬。图 4 显示了热轧态固溶效果,试样的晶粒平均直径为 0.050mm,试样中的第二相非常稀少。这种处理方式有助于维护材料的稳定
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